0

publicatie: Thermisch actieve vloeren

1 Wat verstaan we onder betonkernactivering?

1 Wat verstaan we onder betonkernactivering?

1.1 Principe

Thermische activering
Het principe van betonkernactivering berust op de actieve inzet van de gebouwmassa voor het verwarmen en koelen van ruimten in gebouwen. Om de massa te activeren, wordt een register van watervoerende leidingen (of een kanalenstelsel met lucht) in de constructieve massa van de vloer of de wand opgenomen.

Door inwendige warmtegeleiding verandert de oppervlaktetemperatuur van de constructie, waardoor warmte aan de ruimte wordt afgegeven of onttrokken. De warmteoverdracht wordt bewerkstelligd door straling en convectie. Het grootste aandeel hiervan betreft stralingsoverdracht, en deze levert een hoge mate van thermisch comfort in de ruimte.

Figuur 1.1
Thermisch geactiveerde betonconstructie.

Een belangrijke voorwaarde voor een goede werking van het systeem is dat er een ongestoorde warmteuitwisseling tussen de vloer en de ruimte mogelijk is. De constructie moet daarom zo min mogelijk worden afgedekt (bijvoorbeeld door een verlaagd plafond en akoestische voorzieningen bij toepassing van warmteafgifte via het plafond of door een hoogpolig tapijt bij toepassing van warmte-afgifte via de vloer).

Temperatuurverschil
De constructie wordt slechts enkele graden opgewarmd of afgekoeld ten opzichte van de gewenste ruimtetemperatuur. Dit geringe temperatuurverschil is mogelijk door het grote beschikbare warmteafgifteoppervlak.
Hoogtemperatuurkoeling (HTK) en laagtemperatuurverwarming (LTV), zoals betonkernactivering, voldoet aan de randvoorwaarden om energie-efficiënte warmte- en koudeopwekking toe te passen. Mogelijkheden zijn bijvoorbeeld betonkernactivering gecombineerd met energieopslag in de bodem, warmtepompen of zonne-energie.

Zelfregelend effect
De temperatuur van het betonoppervlak is vrijwel constant en slechts enkele graden hoger of lager dan de gewenste ruimtetemperatuur. Fluctuaties in de ruimtetemperatuur veroorzaken een groter of kleiner temperatuurverschil met het betonoppervlak. De automatisch op gang komende warmteuitwisseling (via straling en convectie) vanuit het beton wordt het zogenaamde zelfregelende effect van betonkernactivering genoemd.
De invloed van het temperatuurverschil kan gemakkelijk uit de vergelijking voor de warmteafgifte worden afgelezen: P = α·ΔT·A

Met:

P = vermogen in watt
α = overdrachtscoëfficiënt in W/m²·K
ΔT = temperatuurverschil tussen ruimte en betonoppervlakte in K
A = betonoppervlakte in m²

Overdrachtscoëfficiënt · in W/m²·K

Verwarmen Koelen
Plafond 6 8,5
Vloer 8,5 6

Bij een temperatuurverschil van 5ºC wordt dus een koelend/verwarmend vermogen van 30 à 45 W/m² bereikt.

Het daadwerkelijk geleverde vermogen in de ruimte is afhankelijk van:

  • het temperatuurverschil tussen het beton en de omgeving,
  • opbouw van de vloer,
  • de manier van luchttoevoer,
  • het aanvullend vermogen uit de ventilatielucht,
  • overige aanvullende maatregelen.

Traagheid
Via de leidingenregisters wordt de gebouwmassa opgewarmd (of afgekoeld) voordat de warmte aan de ruimten wordt afgegeven. De massa van het gebouw functioneert als warmtebuffer, waardoor de ruimtetemperatuur wordt vereffend. In figuur 1.2 en figuur 1.3 is de invloed van de thermische traagheid weergegeven.

Figuur 1.2
Zomersituatie/tussenseizoen.

  1. Situatie met verlaagd plafond. De betonmassa werkt nauwelijks mee als warmtebuffer.
  2. Situatie met betonkernactivering. Koel overdag, gebruik van koele nachtventilatie.

Figuur 1.3
Wintersituatie.

  1. Situatie met verlaagd plafond: nachtverlaging.
  2. Situatie met betonkernactivering: gelijkmatige temperatuur, gelijkmatige temperatuurverdeling.

Een ander gevolg van de thermische buffering is een afname van de piekvraag naar warmte en koude. Hierdoor kan het vermogen van de opgestelde technische installaties worden gereduceerd.

1.2 Geschiedenis

Het activeren van gebouwmassa is een bewezen klimaatconcept. In de Romeinse thermen werden vloeren en wanden verwarmd met vuren, rookgas en stoom. Tegenwoordig wordt vloerverwarming en soms wandverwarming in vooral de woningbouw toegepast. Betonkernactivering, waarbij de leidingen voor het verwarmen en koelen van gebouwen in het constructieve beton zijn opgenomen, ontstond rond 1990 in Zwitserland. Via Duitsland werd betonkernactivering (rond 2000) in Nederland geïntroduceerd. Het toepassingsgebied betreft hierbij vooral de utiliteitsbouw. Buitenlandse en Nederlandse ervaringen hebben betonkernactivering verder doorontwikkeld.

Figuur 1.4
Principe van Romeinse thermen.

1.3 Afbakening van deze publicatie

Betonkernactivering is de thermische activering van gebouwmassa. Er wordt onderscheid gemaakt tussen de activering van wanden en vloeren en het type medium (bijvoorbeeld lucht of water) dat ervoor zorgt dat de massa wordt geklimatiseerd.
Deze publicatie betreft alleen thermische activering van de constructieve vloer.
De thermische activering van dekvloeren, die fysisch gezien weliswaar sterke overeenkomsten vertoont met betonkernactivering, wordt gezien als vloerverwarming/vloerkoeling. In figuur 1.5 is het onderscheid tussen de afgiftesystemen aangeven. Voor meer informatie over vloerverwarming wordt verwezen naar ISSO-publicatie 49 'vloerverwarming/wandverwarming', ISSO-publicatie 85 met betrekking tot het thermisch afgiftevermogen van betonkernactivering en de SBR-publicaties over dekvloeren.

Figuur 1.5
Betonkernactivering versus vloerverwarming. In de linkerafbeelding zijn de leidingen opgenomen in de constructieve vloer. Op de afbeelding in het midden zijn de leidingen opgenomen in de dekvloer. Fysisch gezien komt dit nagenoeg overeen met betonkernactivering. In de rechterafbeelding is de werking van de thermische massa van het beton uitgeschakeld vanwege de isolerende laag. Het is in dit geval ook mogelijk leidingen op te nemen in zowel de dekvloer als de constructieve vloer.