0

Warmteweerstand van prefab houten elementen; handberekening - 226

Het met de hand berekenen van de warmteweerstand van houten, samengestelde constructies (zoals prefab HSB-binnenspouwbladen) volgens NPR 2068, waarbij rekening wordt gehouden met de invloed van de doorbrekingen van de isolatielaag.

OPLOSSINGSRICHTINGEN

Algemeen

Paragraaf 7.2 van NPR 2068 geeft aan hoe de warmteweerstand van samengestelde constructies met een handberekening moet worden bepaald. Deze berekening bestaat uit de volgende stappen:

Stap 1. Bepaal de oppervlakte per sectie
Stap 2. Bepaal de hulpgrootheid R'
Stap 3. Bepaal de hulpgrootheid R''
Stap 4. Bepaal de weegfactor a'
Stap 5. Bepaal de warmteweerstand Rc van de constructie

De berekening wordt hier toegelicht met een voorbeeld. Uitgangspunt daarvoor is een constructie met de volgende opbouw (van binnen naar buiten; d=dikte, λ=warmtegeleidingscoëfficiënt):

  • gipskarton: d = 12,5 mm, λ = 0,30 W/(m·K) dampremmende laag
  • minerale wol: d = 140 mm, λ = 0,036 W/(m·K)
  • hout: d = 140 mm, λ = 0,150 W/(m·K) waterwerende dampdoorlatende laag luchtlaag, zwak geventileerd: d = 40 mm, Rm = 0,09 (m2·K)/W (volgens § 6.4.1 van NPR 2068)*
  • metselwerk: d = 100 mm, λ = 1,00 W/(m·K)

* Let op: de warmteweerstand van een spouw hangt af van de breedte. Ook de hoeveelheid ventilatie (niet, zwak of sterk) heeft invloed.

Figuur 1. Opbouw van de voorbeeldconstructie.

Figuur 2. Aanzicht van de voorbeeldconstructie.

Stap 1. Bepaal de oppervlakte per sectie

Het element is te verdelen in twee secties: - sectie a met isolatiemateriaal (opgebouwd uit de delen x en y), oppervlakte Aa; - sectie b met hout, oppervlakte Ab. De berekende oppervlakte (Acon) van het gehele element is 3,00 x 2,60 = 7,80 m2. De oppervlakte van de sectie a (Aa) is 3 x vlak X en 2 x vlak Y (fig. 2). Vlak X is 0,562 x 2,524 = 1,42 m2. Vlak Y is 0,543 x 2,524 = 1,37 m2. Hieruit volgt: Aa = 3 x 1,42 + 2 x 1,37 = 7,00 m2. Ab = Acon - Aa = 7,80 - 7,00 = 0,80 m2.

Stap 2. Bepaal de hulpgrootheid R'

De hulpgrootheid R' (de maximaal denkbare warmteweerstand van de constructie) wordt in vier deelstappen bepaald.

Stap 2a. Bepaal de warmteweerstand Rm per constructielaag

Sectie a
Gipskarton 12,5 mm λ = 0,300 W/(m·K) Rm = 0,04 (m2·K)/W
Minerale wol 170 mm λa = 0,036 W/(m·K) Rm = 4,72 (m2·K)/W
Luchtlaag Rm = 0,09 (m2·K)/W
Metselwerk 100 mm λ = 1,000 W/(m·K) Rm = 0,10 (m2·K)/W
+ ΣRm = 4,95 (m2·K)/W
Sectie b
Gipskarton 12,5 mm λ = 0,300 W/(m·K) Rm = 0,04 (m2·K)/W
Hout 170 mm λb = 0,150 W/(m·K) Rm = 1,13 (m2·K)/W
Luchtlaag Rm = 0,09 (m2·K)/W
Metselwerk 100 mm λ = 1,000 W/(m·K) Rm = 0,10 (m2·K)/W
+ ΣRm = 1,37 (m2·K)/W

Stap 2b. Bepaal de warmteweerstand Rc van de secties a en b
Sectie a

Sectie b

Hierin zijn Rsi en Rse de overgangsweerstanden aan de binnen- resp. buitenzijde. De correctiefactor a kan de volgende waarde hebben: a = 1 indien een isolatielaag aan weerszijde een luchtlaag heeft van meer dan 5 mm, tenzij er voorzieningen zijn getroffen om convectie tegen te gaan. a = 0 indien het isolatiemateriaal uitsluitend cellulair glas betreft. a = 0,02 indien het constructieonderdeel onder geconditioneerde en beheerste omstandigheden is vervaardigd (prefabricage / attest met productcertificaat). a = 0,05 in alle overige omstandigheden.

Stap 2c. Bepaal de warmtedoorgangscoëfficiënt U van de secties a en b

Stap 2d. Bepaal de hulpgrootheid R'

Stap 3. Bepaal de hulpgrootheid R''

De hulpgrootheid R'' (de minimaal denkbare warmteweerstand van de constructie) wordt in drie deelstappen bepaald.

Stap 3a. Bepaal de warmtegeleidingscoëfficiënt λ'' per constructielaag

Met uitzondering van de heterogene laag (isolatie en hout) zijn de λ''-waarden gelijk aan de gegeven λ-waarden. De bepaling van de heterogene laag (hout en isolatie) gebeurt met de volgende formule:

Voor de luchtlaag geeft de norm een vaste waarde: Rm = 0,09 (m2·K)/W.

Stap 3b. Bepaal d/λ''

Met behulp van de bovengenoemde ?''-waarden worden de warmteweerstanden (d/?'') per laag bepaald:
Gipskarton 12,5 mm λ'' = 0,300 W/(m·K) d/λ'' = 0,04 (m2·K)/W
Minerale wol / hout 170 mm λ" = 0,048 W/(m·K) d/λ'' = 3,56 (m2·K)/W
Luchtlaag d/λ'' = 0,09 (m2·K)/W
Metselwerk 100 mm λ'' = 1,000 W/(m·K) d/λ'' = 0,10 (m2·K)/W
+ Σdj/λj'' = 3,80 (m2·K)/W

Stap 3c. Bepaal de hulpgrootheid R''

Hierin zijn Rsi en Rse de overgangsweerstanden aan de binnen- resp. buitenzijde.

Stap 4. Bepaal de weegfactor a'

De weegfactor a' is bedoeld om de invloed van bijvoorbeeld een metalen stijl- en regelwerk in rekening te brengen. Deze kan de volgende waarden hebben: 1. Indien geldt: R' = 1,05 · (R'' + Rsi + Rse) dan is a' = 0. 2. Indien de isolatie wordt doorbroken door een materiaal met een warmtegeleidingscoëfficiënt (λ-waarde) = 0,30 W/(m·K) dat niet direct wordt afgedekt door isolatie met d > 20 mm, dan is a' = 0. 3. Indien de isolatie wordt doorbroken door een materiaal met een warmtegeleidingscoëfficiënt (λ-waarde) > 0,15 W/(m·K) maar = 0,30 W/(m·K) dat niet direct wordt afgedekt door isolatie met d > 20 mm, dan is a' = 0,5. 4. Indien de isolatie wordt doorbroken door metalen delen die aan ten minste één zijde worden afgedekt door een isolatiemateriaal met 20 < d < 30 mm, dan is a' =0,5. In overige situaties is a' = 1. In het voorbeeld zijn de voorwaarden zoals genoemd onder punt 2, 3 en 4 niet van toepassing. Toetsing aan de voorwaarde zoals genoemd onder punt 1: R' = 1,05 · (R'' + Rsi + Rse) 4,05= (1,05 · (3,89 + 0,13 + 0,04) = 4,26) Dit klopt niet; dus geldt 'overige situaties', waaruit volgt a' = 1.

Stap 5. Bepaal de warmteweerstand Rc van de constructie

Conclusie: De constructie voldoet aan de minimumeis van het Bouwbesluit: Rc = 3,5 (m2.K)/W.

ACHTERGROND

Het houten frame van prefab binnenspouwbladen (HSB-elementen) doorbreekt de isolatielaag. Dat heeft een negatieve invloed op de warmteweerstand, die bij de berekening moet worden meegenomen. Het feit dat fabricage van deze elementen onder geconditioneerde condities plaatsvindt, heeft een positieve invloed op de warmteweerstand. De warmteweerstand heeft invloed op de energieprestatiecoëfficiënt (EPC) van een gebouw. De aanvrager heeft vrije keuze uit alle in aanmerking komende maatregelen om de vereiste EPC te halen. Wel stelt het Bouwbesluit vangneteisen (eisen aan de minimale waarde) aan de warmteweerstand van dichte delen van de gebouwschil (Rc = 3,5 (m2·K)/W) en aan de warmtedoorgangscoëfficiënt (U) van gevelopeningen. Dit om te voorkomen dat er te weinig aandacht wordt besteed aan de thermische isolatie. Behalve HSB-elementen worden ook geprefabriceerde binnenspouwbladen van beton of met metalen profielen toegepast. Voordeel van prefabricage is besparing van bouwtijd en opslagruimte, en een hogere kwaliteit.

AANDACHTSPUNTEN

  • Bij een opbouw uit metalen profielen moet bij stap 4 voor de weegfactor a' worden gekozen uit de voorwaarden volgens punt 2 of 4. De handrekenmethode levert dan veel ongunstiger resultaten op dan de numerieke methode. Die heeft voor deze constructies dus altijd de voorkeur.
  • De numerieke methode is over het algemeen duur, omdat de constructie in de computer moet worden ingevoerd. Deze methode is handig voor leveranciers van bouwelementen, ook voor andere constructies dan met metalen profielen.
  • Een lage EPC is met de volgende maatregelen te bereiken (trias ecologica):
    • Beperk de warmtevraag. Met andere woorden: zorg voor een hoge isolatie en pas warmteterugwinning toe.
    • Wek de benodigde energie duurzaam op. Met andere woorden: gebruik zoveel mogelijk zonne- of bodemwarmte.
    • Wek de resterende warmtevraag zo efficiënt mogelijk op, bijvoorbeeld met een HR-ketel.

OVERIGE INFORMATIE

  • NEN 1068 (Thermische isolatie van gebouwen) 5e druk, Nederlands Normalisatie-instituut, 2001.
  • NPR 2068 (Thermische isolatie van gebouwen - Vereenvoudigde rekenmethoden) 1e druk, Nederlands Normalisatie-instituut, 2002.
  • SBR-Referentiedetails - Woningbouw