Klimaat en behaaglijkheid in monumentale gebouwen

(1)

Citation for published version (APA):

Schellen, H. L. (2010). Klimaat en behaaglijkheid in monumentale gebouwen. In A. J. Bommel, van (Ed.), Reader BK 6010 (pp. 50-63). Technische Universiteit Delft.

Document status and date: Published: 01/01/2010

Document Version:

Publisher’s PDF, also known as Version of Record (includes final page, issue and volume numbers)

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

(2)

Technische Universiteit Delft – Faculteit Bouwkunde – Afdeling ®MIT

Klimaat en behaaglijkheid in

mo-numentale gebouwen

Klimaatmaatregelen bedenken vanuit het begrijpen van

het gebouw

College 2

Dr.ir. H.L. Schellen

Een historisch (ambachtelijk gebouwd) gebouw wijkt in bouwfysische zin nogal af van wat de hedendaagse aannemer gewend is te bouwen. Muren bestaan bijvoorbeeld uit massief baksteenmetselwerk; vloeren en daken uit een relatief lichte houtconstructie waaraan een stucplafond of een laag pannen of leien is toege-voegd; ramen zijn uitgevoerd als ranke staal- of houtconstructies met een ‘enkele’ (enkelvoudige) geblazen of getrokken plaat glas in elke opening.

De gebruikelijke aanpak om te voldoen aan de moderne eisen op gebied van energiebesparing en behaag-lijkheid is dat men het oude gebouw zo veel mogelijk wil laten lijken op een modern gebouw. Men brengt isolatie aan, vervangt de ramen door moderne met dubbel (float)glas en voorziet het gebouw van verwar-mings- of klimaatinstallaties alsof het een modern gebouw zou zijn. Dat kan ook anders, door aan de hand van een goede bouwfysische analyse op maat maatregelen te treffen. Zo kan het gebouw niet alleen slim-mer en beter voldoen aan de gestelde eisen, ook kan veel meer van de bestaande bouwsubstantie (onaan-getast) bewaard blijven.

Ook om bepaalde schade te begrijpen (en goed te kunnen verhelpen), of juist om bepaalde schade te voor-komen, is een goede bouwfysische analyse vaak onontbeerlijk.

Hoe verschaft men zich echter de kennis en informatie die nodig is om op een andere manier, slimmer dan gewoon volgens het staande gebruik, energie te besparen, behaaglijkheid te bevorderen, en schade te voorkomen. Meten is weten, zo luidt een bekende slogan. Wat moet je echter meten om een gebouw qua binnenklimaat te begrijpen? Op hoeveel plekken moet je meten, en wat en waar? En hoe word je wijs uit de enorme rijstebrijberg aan gegevens die je zo ter beschikking krijgt? Hoe kun je daarmee maatregelen bedenken en vooraf ook testen wat het effect van die maatregelen is. Het moderne onderzoek naar klimaat in gebouwen maakt daarbij gebruik van computermodellen van gebouwen. Die modellen zijn gebaseerd op tekeningen en meetgegevens. Zo wordt een model verkregen dat niet alleen het huidige gedrag van een oud gebouw verklaart, maar waarin ook het effect van maatregelen adequaat is te voorspellen.

De voordracht licht deze methode toe en laat enkele praktijkvoorbeelden van de toepassing ervan zien.

Isolatie en klimaatbeheersing van monumenten

Inleiding

Toen ik in 1972 in de vierde klas van de middelbare school zat kwam het Rapport van de Club van Rome uit (Donnella 1972). De titel van het rapport was: De grenzen aan de groei. Het was verplichte lesstof voor het vak Maatschappijleer. De Club van Rome bestond uit vooraanstaande Europese wetenschappers die hun bezorgdheid uitten over de toekomst van de wereld. In het rapport werd voor de toekomstige jaren een heldere analyse gegeven van het grondstof- en voedselgebruik in de wereld. Uit het rapport werd duidelijk dat het einde in zicht is van de voorraad grondstoffen en met name van de fossiele energievoorraden. Het rapport werd na enige jaren bijgesteld, onder meer om de kritiek tegemoet te komen dat met nieuwe

(3)

tech-Technische Universiteit Delft – Faculteit Bouwkunde – Afdeling ®MIT

nieken verschillende andere scenario’s mogelijk waren voor de toekomst.1_{Het rapport heeft er mede voor}

gezorgd dat het milieu en ook de eindigheid van fossiele energievoorraden hoog op de politieke agenda kwamen te staan. Na die tijd is het onderzoek naar energiebesparende mogelijkheden in de energiehuis-houding van gebouwen pas echt op gang gekomen.2_{Daardoor werd ook duidelijk dat de energiebehoefte}

van gebouwen en woningen een belangrijk aandeel vormde in het wereldwijde energiegebruik. Een voor-beeld daarvan is de reeks ‘Beslissen over energiezuinige woningbouw’, waarin een weergave wordt gege-ven van tien jaar onderzoek van 1976 tot en met 1986 naar energie besparingsmogelijkheden in nieuwe en bestaande woningen (Woon-Energie 1987).

Nederlandse vertaling van het Rapport van de Club van Rome, Utrecht/Ant– werpen, Uitgeverij Het Spectrum (Aulaboeken 500), 1972.

Vanaf eind jaren tachtig begon ook het besef te groeien dat het wereldwijde fossiele energiegebruik een belangrijke bijdrage vormt aan de CO2 uitstoot in de atmosfeer. Dat CO2 wordt als een van de belangrijke

broeikasgassen gezien: een gas dat er toe bijdraagt dat zonne-energie gemakkelijk ingevangen wordt, maar moeilijk weer uit kan treden. Het draagt daardoor bij aan het verhogen van de evenwichtstempera-tuur van de aarde en daarmee aan de opwarming van de atmosfeer.

Bronnen van broeikasgassen in de EU in 2003.

In 1988 werd door de Verenigde Naties een organisatie opgericht om de risico’s van klimaatverandering te evalueren: het IPPC of het Intergovernmental Panel on Climate Change. Het IPPC bestaat uit honderden experts van over de hele wereld: uit de wetenschappelijke wereld van universiteiten en

1

Het zogenaamde voorzorgbeginsel van Rio, vastgesteld gedurende de milieuconferentie van de Verenigde Naties van 1992, gehouden te Rio de Janeiro, is een ethisch beginsel dat (onder andere) leert dat niet vooruitgelopen mag worden op (mogelijke) toekomstige (wetenschappelijke) ontwikkelingen. Gelet op dit beginsel was die kritiek dus onterecht. Vergelijkbaar is de dis-cussie over kernenergie. Voorstanders betogen dat verwacht mag worden dat we in de toekomst een oplossing vinden voor het radioactief afval. Volgens het voorzorgsbeginsel mag pas met een dergelijke oplossing rekening gehouden worden op het mo-ment dat die oplossing ook daadwerkelijk beschikbaar is.

2

Een belangrijke rol hierin speelde ook de oliecrisis van 1973. Omdat Nederland openlijk steun aan de staat Israël had verleend tijdens de Jom Kipoeroorlog werd het land, net als bijvoorbeeld de Verenigde Staten van Amerika, het slachtoffer van een olie-boycot van de Arabische olieproducerende landen. Naast autoloze zondagen markeert deze olieolie-boycot ook het begin van het serieus nadenken over het energiegebruik van gebouwen.

(4)

gen, maar ook uit ondernemingen en milieu- en andere organisaties. In hun rapport van 2007 was een van de belangrijkste conclusies dat het wel voor 90% vast staat dat het klimaat verandert en wel door toedoen van de mens. Er is kritiek op een aantal bevindingen van het IPPC. De eruit voortgekomen politieke beslis-singen, om het gebruik van fossiele energie te beperken en te werken aan meer duurzame energievormen, werken echter sterk in het voordeel van het milieu.

Energiegebruik van gebouwen

Een van de eenvoudigste manieren om het gebruik van fossiele energievoorraden te beperken en daarmee ook de uitstoot van broeikasgassen tegen te gaan is efficiënter gebruik van energie. Gebouwen staan hier-bij bovenaan de lijst. Het energiegebruik van gebouwen wordt namelijk geschat op 40% van het totale energiegebruik in de Europese Unie. Gebouwen zouden daarom beter en meer energiezuinig ontworpen moeten worden en er zouden meer energiezuinige verlichting, verwarming, koeling en heetwatersystemen toegepast moeten worden.

Wanneer we naar het energiegebruik in woningen kijken dan blijkt een belangrijk deel te bestaan uit het verwarmen van gebouwen in de winter en het koelen ervan in de zomer. Onderstaande figuur geeft een indruk van de energieverliezen in de winter.

Verdeling van het warmteverlies van een woning in de winter.

We onderscheiden daarbij warmteverliezen door transmissie en door ventilatie. Warmtetransport door transmissie ontstaat doordat warmte bij een temperatuurverschil tussen een vertrek en buiten, of tussen vertrekken onderling, door scheidingsconstructies stroomt. Om de luchtkwaliteit in stand te houden ventile-ren we met buitenlucht. Voor het opwarmen van die relatief koude lucht in de winter is energie nodig. Dit noemen we de warmtestroom door ventilatie en de ermee samenhangende energieverliezen noemen we ventilatieverliezen.

Warmtetransport door transmissie

Om warmtetransport door transmissie te beperken moet de weerstand van een bouwdeel tegen warmte-transport door transmissie vergroot worden. Deze zogenaamde warmteweerstand wordt voor een materi-aallaag bepaald door de verhouding van de dikte d van een materiaal en haar warmtegeleidend vermogen, de warmtegeleidingscoëfficiënt λ. De warmteweerstand van een constructie wordt dus vergroot door toe-passing van een materiaallaag met een grote dikte of een lage warmtegeleidingscoëfficiënt.

Het vermogen van materialen om warmte te geleiden, uitgedrukt dus met de warmtegeleidingscoëfficiënt, kan nogal uiteenlopen. De laatste decennia wordt veel zorg besteed aan het isoleren van gebouwen. Dat

(5)

betekent vrijwel steeds dat in de uitwendige scheidingsconstructies een materiaal aangebracht wordt met een kleine warmtegeleidingscoëfficiënt, een zogenoemd warmte-isolatiemateriaal, vaak slordig isolatiemate-riaal genoemd. Slordig, omdat het niet een isolatiemateisolatiemate-riaal in algemene zin is; geluid wordt er vrijwel niet door geïsoleerd. Voorbeelden van isolatiematerialen zijn minerale wol, kunststofschuim en cellulair glas (schuim van glas). Ook zijn er organische isolatiematerialen in de handel zoals kurk en wol en is er een isolatiemateriaal te koop dat gemaakt is van cellulose. Toepassing van deze materialen in een scheidings-constructie levert extra weerstand tegen warmtetransport op. Scheidingsscheidings-constructies (gevels, vloeren, da-ken etc.) zijn vaak opgebouwd uit een aantal lagen die op zich homogeen van samenstelling kunnen zijn. De warmteweerstand van de gehele constructie wordt dan bepaald door de som van de warmteweerstan-den van de afzonderlijke lagen.3

Naast dit soort isolatiematerialen wordt ook wel gebruik gemaakt van de warmte-isolerende werking van de luchtspouw, meestal in combinatie met de toepassing van oppervlakken met een lage emissiefactor. Dit soort spouwen vinden we voornamelijk in glasconstructies.

Koudebruggen

Het komt vaak voor dat in scheidingsconstructies isolatielagen plaatselijk zijn onderbroken door een materi-aal met een grotere warmtegeleidingscoëfficiënt. We spreken dan van een koudebrug. Ter plaatse heerst er een grotere warmtestroomdichtheid. Voorbeelden van koudebruggen zijn verankeringen zoals spouwan-kers, delen van een draagconstructie die door de isolatie heen steken zoals een stalen kolom in de gevel en een uitkraging zoals van een balkon.

Met koudebruggen moeten we om drie redenen oppassen:

1. Koudebruggen vergroten het warmteverlies door transmissie;

2. Aan het binnenoppervlak ter plaatse van de koudebrug zal de temperatuur lager zijn. Opgepast moet worden dat daar geen condensatie optreedt;

3. Door het grote temperatuurverloop in een koudebrug ontstaan spanningen die tot scheurvorming aanleiding kunnen geven.

We moeten er dus altijd op gespitst zijn om koudebruggen te vermijden. Waar ze toch onvermijdelijk zijn, dienen de consequenties zorgvuldig nagegaan te worden. Zo nodig kan het nadelige effect verminderd worden door het ‘inpakken’ van de constructie met een isolerend materiaal.

Warmtetransport door ventilatie

Wanneer we de opgewarmde ruimte ventileren met buitenlucht, dan zal lucht met een hogere temperatuur vervangen worden door evenveel lucht met een lagere temperatuur. Er verdwijnt daarmee warmte van binnen naar buiten en de koudere lucht die van buiten binnen komt moet weer opgewarmd worden. Er is dus sprake van een warmtestroom van binnen naar buiten en de grootte daarvan is recht evenredig met de grootte van de luchtstroom en het temperatuurverschil. Deze luchtstroom, uitgedrukt in m3_{/s (soms in}

dm3_{/s of l/s), noemen we luchtvolumedebiet of ventilatiedebiet.}

Condensatie op glas

In de volgende figuur is de binnenoppervlaktetemperatuur van drie glassoorten weergegeven als functie van de buitentemperatuur: enkel glas, ‘gewoon’ dubbel glas en HR++_{glas (glas, aan de spouwzijde voorzien}

van een emissieve coating in de vorm van een opgedampte metaaloxidelaag).

Indien we deze resultaten koppelen aan de binnenklimaatcondities, die vaak toegepast worden ter behoud van de collectie in musea (een binnentemperatuur van 20 ºC en een relatieve vochtigheid van 50%), dan kan uit bovenstaande oppervlaktetemperaturen de relatieve vochtigheid berekend worden nabij het glas.

3

Het toepassen van warmte-isolerende materialen is geen moderne uitvinding. Ook in het verleden werden gebouwen geïso-leerd. Denk hierbij bijvoorbeeld aan oranjerieën en ijskelders. Daarover is echter nog maar weinig bekend. Begin 2010 werd de redactie van de Praktijkreeks Cultureel Erfgoed een artikel van Ben Kooij van de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed aange-boden, dat als eerste een systematisch historisch overzicht probeert te geven van het isoleren van gebouwen. Bij de eerste toepassingen is vrijwel zonder uitzondering sprake van natuurlijke materialen zoals turf, houtkrullen, boekweitdoppen en derge-lijke.

(6)

Oppervlaktetemperaturen van ver-schillende glassoorten bij een vari-abele buitentemperatuur. De bin-nentemperatuur is 20 ºC.

Onderstaande figuur geeft dit weer. Uit de grafiek kan bijvoorbeeld afgelezen worden dat al bij buitentem-peraturen, lager dan ongeveer 6 ºC, condensatie (RV=100%) optreedt bij enkel glas. Condensatie op dub-bel glas komt slechts bij zeer lage buitentemperaturen voor.

Relatieve vochtigheid nabij het oppervlak van drie glassoorten bij een variabele buitentemperatuur. Ti

= 20 ºC; RVi = 50%.4

Ventilatie van voorzetbeglazing.

Om vanwege behaaglijkheidsoverwegingen oppervlaktetemperaturen te verhogen en om energie te bespa-ren wordt enkel glas wel voorzien van een voor- of achterzetbeglazing. Om kostbare glas-in-loodbeglazing te beschermen tegen vandalisme, maar ook tegen corrosie door condensatie in combinatie met effecten van milieuverontreiniging, worden ze vaak van buiten uit beschermd door een voorzetbeglazing. Dichting van binnenuit en ventilatie van de spouw van buiten uit is dan de beste bouwfysische oplossing om con-densatie van binnenuit tegen de buitenbeglazing te voorkomen.

4 _T

i is de luchttemperatuur in het interieur (niet bij het glas). De relatieve luchtvochtigheid (RV of Φ) is de werkelijke

luchtvoch-tigheid (massa waterdamp per massa droge lucht ew) in verhouding tot de maximale luchtvochtigheid die dezelfde massa droge

lucht bij dezelfde temperatuur en druk kan bevatten e*

w (uitgedrukt in procenten: Φ = ew/e*w x 100%). De RV kan maximaal

100% zijn; wordt meer vocht toegevoegd of daalt de temperatuur (waardoor de lucht minder vocht kan bevatten) dan komt wa-ter niet alleen als wawa-terdamp, maar ook als vloeibaar wawa-ter (bijvoorbeeld mist of condensatie) voor. RVi is de relatieve

lucht-vochtigheid die heerst in de ruimte. Bij een koud oppervlak (bij het glas) is de luchttemperatuur (en dus ook de hoeveelheid wa-terdamp die lucht kan bevatten) lager. De absolute hoeveelheid water per massa-eenheid lucht is in het midden van de ruimte ≈ hetzelfde als nabij het glas; de RV daarom bij het glas hoger.

(7)

Oppervlaktecondities nabij koude buitenwanden

De binnenoppervlaktetemperatuur van ongeïsoleerde buitenwanden is ’s winters vaak laag. Dit leidt tot onbehaaglijke effecten door koudestraling5_{en koudeval}6_{langs de gevel. Ook zal de relatieve vochtigheid}

aan de binnenkant van koude wanden duidelijk hoger zijn dan de relatieve vochtigheid binnen. Indien er gedurende langere tijd, bijvoorbeeld gedurende een aantal weken, een relatieve vochtigheid aan het bin-nenoppervlak optreedt, hoger dan 80% RV, dan bestaat de mogelijkheid op schimmelvorming.

Onderstaande figuren geven de oppervlaktetemperatuur en de relatieve vochtigheid weer nabij vier ver-schillende wanden.

Binnenoppervlaktetemperaturen van verschillende wanden bij een variabele buitentemperatuur. Bin-nentemperatuur is 20 ºC.

Relatieve vochtigheid nabij het binnenoppervlak van vier wanden bij een variabele buitentempera-tuur. Ti = 20 ºC; RVi = 50%.

De figuur geeft aan dat er bij halfsteens metselwerk al vanaf buitentemperaturen lager dan ongeveer 8 ºC oppervlaktecondities optreden die aanleiding tot schimmelvorming kunnen geven. Bij buitentemperaturen lager dan ongeveer 4 ºC zal bij datzelfde metselwerk sprake zijn van condensatie tegen het binnenopper-vlak.

De volgende figuren laten de binnenoppervlaktecondities nabij een balkoplegging zien in een museum, gehuisvest in een oud gebouw. Het museum werd om museale redenen bevochtigd tot binnencondities met een RV van 55%.

Een balkoplegging in een buiten-wand.

5

Koudestraling is eigenlijk een verkeerd woord. Een mens verliest en ontvangt warmte door straling. Met koudestraling wordt bedoeld dat meer warmte wordt uitgestraald naar de omgeving dan vanuit de omgeving wordt ontvangen. Dat ‘voelt’ alsof er koude wordt uitgestraald.

6

Koudeval: lucht die langs een koud oppervlak strijkt koelt af. Wie zich in de baan van die afgekoelde lucht bevindt kan zich daardoor onbehaaglijk voelen.

(8)

Thermografisch gemeten opper-vlaktetemperaturen nabij de bal-koplegging.

Uit meting van RV en thermogram bepaalde hygrische oppervlakte-condities.

Isolatie en klimaatbeheersing van een monument

Om de oppervlaktetemperatuur van wanden te verhogen en daarmee dit soort hoge RV condities te voor-komen wordt vaak gekozen voor isolatie van de buitengevels. Omdat buitenisolatie en spouwisolatie voor dit soort monumenten meestal niet aan de orde zijn, kan vaak alleen voor binnenisolatie van de wanden gekozen worden. Onderstaand artikel geeft de problematiek van isolatie en klimaatbeheersing weer, zoals die aan de orde was in het Nieuwe Rijksmuseum. Het verscheen eerder als een bijdrage aan de studiedag Isolatie en Klimaatbeheersing van Monumenten, die werd gehouden op 26 november 2004.7_{Het geeft een}

verdieping van de hiervoor weergegeven problematiek. Musea en monumenten zijn een veelvoorkomende combinatie, maar vanwege de klimaateisen die binnen vanwege het behoud van de collectie worden ge-steld vaak ook een zeer lastige. Dat geldt niet alleen vanwege de hierna aan de orde gege-stelde bouwfysische problematiek. Zo is het integreren van de installaties ook een gekend probleem, maar zeker niet het enige. Veiligheid en beveiliging zijn dat vaak eveneens (denk bijvoorbeeld aan inbraakwerende beglazing in com-binatie met historische vensters). Daarnaast is het behoud van historisch interieur niet zelden maar lastig te combineren met eisen gesteld vanuit de museale presentatie.

Isolatie en Klimaatbeheersing van het Nieuwe Rijksmuseum

Inleiding

Het Rijksmuseum ondergaat een ingrijpende restauratie, verbouwing en uitbreiding en er is zelfs sprake van het Nieuwe Rijksmuseum. Een groot deel van de aandacht gaat natuurlijk uit naar de hernieuwde ope-ning van de binnenhoven en de hoofdindeling van de gebouwen. Er is echter ook een belangrijke koers uitgestippeld voor de klimaatbeheersing en luchtbehandeling van het gebouw (RGD 2003). Dit is het ultie-me voorbeeld van een gebouw, waarbij de complexe problematiek van klimaatbeheersing en mogelijke isolatie van een monumentaal gebouw bij elkaar komen. En dat doet veel stof opwaaien. Daarom zijn er ook een aantal expert meetings gehouden, waaronder een expertmeeting Bouwfysica, om de mening van deskundigen te raadplegen.

Waaruit bestaat de complexiteit van de problematiek? Het Rijksmuseum huisvest de zo ongeveer de be-langrijkste Rijkscollectie van Nederland. Er worden hoge eisen tot behoud van de collectie gesteld, met name op het gebied van het binnenklimaat wat betreft temperatuur, relatieve vochtigheid en ook licht en luchtkwaliteit. Het monumentale gebouw zelf is echter ook op te vatten als belangrijke collectie: denk aan

7

Georganiseerd door de WTA (Wetenschappelijk-technische groep voor aanbevelingen inzake bouwrenovatie en monumenten-zorg) afdeling Nederland-Vlaanderen.

(9)

de bijzondere afwerking van het interieur met schilderingen en het exterieur met sculpturen en keramiek (tegels) en ook hieraan worden eisen gesteld wat betreft het klimaat. Het probleem bestaat er nu uit dat deze eisen met elkaar kunnen conflicteren. Er bestaat daarom in kringen van deskundigen, Instituut Collec-tie Nederland (ICN),8_{de Rijksdienst voor de Monumentenzorg}9_{en de Inspectie Cultuurbezit}10_{zorg voor het}

gebouw en zorg voor de collectie. Ik ben gevraagd om deze plannen kritisch te beoordelen. Daarover gaat mijn bijdrage aan deze WTA studiedag.

Eisen aan de collectie

De Inspectie Cultuurbezit beoordeelt onder andere de conservering van een Rijkscollectie. Het beoorde-lingskader is voor een belangrijk deel afgeleid van eisen die het ICN heeft vastgesteld voor een museale collectie (Jütte 1994). Ook als uitgangspunt voor het programma van eisen van Nederlandse musea worden meestal de aanbevelingen van ICN voor een gemengde collectie aangehouden:11

– een waarde van de relatieve vochtigheid tussen 48% en 55%;

– constantheid van de RV met een bandbreedte van 2% per uur en 3% per dag; – een waarde van de temperatuur tussen 20 ºC en 25 ºC;

– een constantheid van de temperatuur met een bandbreedte van 3 ºC per dag.

Het betreft in het geval van het Rijksmuseum een belangrijke gemengde collectie. Er bestaat bij het muse-um de wens om in het Nieuwe Rijksmusemuse-um zo ongeveer overal in het gebouw alles te kunnen presente-ren, dat wil zeggen klimaatgevoelige en minder gevoelige objecten, zonder het instellen van klimaatzones of klimaatvitrines. Het concept van (de instelling en de regeling van) de klimaatinstallatie is hierop gericht. Het resultaat van dit concept is dat er dan ook overal in het gebouw de klimaateisen voor een gemengde collectie moeten gelden. En dat kan op gespannen voet staan met de bouwfysische kwaliteit van met name de buitengevel, beglazing en dak.

In het programma van eisen van het Nieuwe Rijksmuseum is overigens een onderscheid gemaakt in zomer- en wintercondities: voor de zomer wordt aangehouden 23 ºC en 54% RV en voor de winter 20 ºC en 50% RV, met een tolerantie van ± 2 ºC en ± 5% RV per dag. In die eisen is al rekening gehouden met een lich-te lich-teruggang in relatieve vochtigheid gedurende de winlich-ter, om daarmee de situatie nabij koude binnenop-pervlakken van gevels te verbeteren.

Situatie in het oude Rijksmuseum

In het Rijksmuseum bestaat uiteraard veel ervaring met de huidige (oude) klimaatinstallatie. Die werd in principe in het verleden afgeregeld op het klimaatregime zoals door ICN aangegeven. Daarbij zijn tijdens de expertmeetingen klachten ‘van horen zeggen’ uitgesproken, dat in het oude Rijksmuseum ‘hier en daar het vocht af en toe langs de wanden af liep’. Het bouwfysisch rapport van Arup/DGMR (Arup/DGMR 2002) spreekt van condensatie op de binnenoppervlakken van zuidoost gerichte buitenwanden op de hogere ver-diepingen. Ze houden rekening met de gereduceerde wanddikte op verdiepingshoogte, een hogere exposi-tie en de oriëntaexposi-tie ten opzichte van de belangrijkste windrichting in de winter (west/zuidwest). Hun (re-kenkundige) analyse geeft geen te verwachten oppervlaktetemperaturen beneden het dauwpunt, tenzij ze veronderstellen dat de stenen nat zijn en dat dit komt door inwendige condensatie.

Om tot een grondige analyse van de problematiek te kunnen komen, zou een gedegen meetprocedure in het oude Rijksmuseum voor de hand hebben gelegen. Meting op diverse plaatsen van de luchttemperatuur en de relatieve vochtigheid, in combinatie met oppervlaktetemperaturen op kritische plaatsen, gemakkelijk vast te stellen met bijvoorbeeld infrarood thermografie, zou antwoord gegeven hebben op mogelijk te ver-wachten hoge vochtigheid of condensproblemen nabij de koude binnenoppervlakken van gevels, beglazing

8

Bij reorganisatie inmiddels opgegaan in de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed, een directoraat van het Ministerie van On-derwijs, Cultuur en Wetenschap.

9

Bij reorganisatie inmiddels opgegaan in de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed, een directoraat van het Ministerie van On-derwijs, Cultuur en Wetenschap.

10

Een inspectie verbonden aan het Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap.

11

In 2009 verschenen nieuwe richtlijnen voor het klimaat in musea: Bart Ankersmit: Klimaatwerk. Richtlijnen voor het museale binnenklimaat. Amsterdam: Amsterdam University Press, 2009.

(10)

en daken. Verder hadden met de huidige hulpmiddelen warmteweerstanden van gevels en vochtgehalten meettechnisch vastgesteld kunnen worden. Deze metingen hadden wat mij betreft tenminste gedurende vier seizoenen plaats hebben moeten vinden. Ik heb geen weet van – en ken tenminste geen resultaten van – dergelijke metingen in het Rijksmuseum. Die zijn althans niet bij de expertmeetingen of anderszins via genoemd Arup/DGMR rapport als informatie overgedragen. Dat is werkelijk een gemiste kans tot analy-se!

Ik laat als voorbeeld een uitwerking zien van een dergelijke meting in een ander gebouw, waarbij in een oogopslag te zien is gedurende welke seizoenen, en hoe langdurig er, hoge relatieve luchtvochtigheden nabij koude oppervlakken te verwachten zijn en wat de kans is op schimmelvorming of condens.

Boven: het relatieve vochtgehalte (en de temperatuur) bij de binnenkant van de buitenwand van een monument gedurende anderhalf jaar. Onder: de problemen die daaruit afgeleid kunnen worden: waarnemingen die wij-zen op het gevaar van schimmelgroei (links) en zelfs op condensatie (rechts).

Isolatie van de buitenwanden

Om de kans op problemen nabij koude binnenoppervlakken én de door Arup/DGMR verwachte interne con-densatie te voorkomen werd aanvankelijk besloten dat de buitenwanden aan de binnenzijde geïsoleerd moesten worden en wel dampdicht. Een materiaal wat isolatie en dampdichting combineert werd gevonden in de toepassing van 30 mm schuimglas (Foamglass). Om de kans op problemen nabij koude oppervlakken in te schatten was er geen andere weg dan die van het voorspellen met reken- en simulatieresultaten. Die

(11)

gaan in dit geval uit van geschatte materiaal- en te verwachten klimaatcondities. Een toetsing op inwendige condensatie vond in eerste instantie plaats met een verbeterde ‘Glaser berekening’. Deze berekening was echter alleen gericht op damptransport van binnen uit en hield geen rekening met waterabsorptie aan de buitenkant en de door dampdichting gereduceerde droging aan de binnenkant. Uit een beperkte zoektocht van mij naar voorbeelden van ‘good practices’ bleek dat deze wijze van isoleren tenminste bij twee gebou-wen tot vochtproblemen had geleid.

Geavanceerde simulaties

Latere simulaties met een meer geavanceerd rekenmodel door de universiteit van Dresden toonden aan dat de opbouw met schuimglas meer dan een verdubbeling (!) betekende van het vochtgehalte van de be-staande wanden (Ruisinger 2004). Deze latere berekeningen toonden ook aan dat het belangrijkste boven-hygroscopisch (vloeibaar) vocht12_{in de buitenwanden niet vanwege inwendige condensatie komt, maar}

door regenpenetratie van (slag-)regen op de gevel. De penetratiediepte van de bestaande constructie werd geschat op 300 mm; bij isolatie met schuimglas zou een volledige penetratie van vocht in baksteen én pleisterlaag optreden! Door het verhoogde vochtgehalte bij schuimglasisolatie bestaat een duidelijk ver-hoogde kans op bevriezingsverschijnselen en vorstschades gedurende een winter. Vooral de externe tegel-plateaus worden hierdoor bedreigd. Verder is er kans op chemische en biologische schades. Indien er spra-ke is van onvolkomenheden als kieren en naden tussen isolatieplaten of aansluitingen kan het water zich hier ook een weg naar binnen zoeken, met een verhoogde kans op schimmelgroei en vochtvlekken.

Een alternatieve isolatie met een calciumsilicaat isolatielaag werd ook door Dresden onderzocht. Deze ma-teriaallaag heeft, in tegenstelling tot schuimglas, de eigenschap dat ze wel vocht kan verdelen en lokaal het vochtgehalte kan verlagen.

Vochtgehalte in het buitenblad (Ruisinger 2004).

Inwendige condensatie

Inwendige condensatie in de constructie treedt alleen op bij de toepassing van calciumsilicaat en wel direct achter de laag van binnen uit gezien. Inwendige condensatie bij de toepassing van schuimglas treedt alleen op waar naden tussen de platen of bij hoeken of aansluitingen onvoldoende dicht zijn. Door de lage mate van flexibiliteit van schuimglas, in combinatie met de breekbaarheid en eventueel lage kwaliteit van afwer-king komt dit in de praktijk frequent voor.

12

Bovenhygroscopisch vocht: een poreus materiaal zal in een omgeving met een constante relatieve luchtvochtigheid, als er geen water wordt toegevoegd, op den duur een daarmee in evenwicht zijnde hoeveelheid water bevatten (capillair gebonden en ge-bonden aan hygroscopische stoffen in dat materiaal). Bovenhygroscopisch vocht is het vocht dat het materiaal meer bevat dan in deze evenwichtssituatie.

(12)

Temperatuur en relatieve vochtigheid aan het binnenoppervlak

De buitenmuren van het Rijksmuseum zijn beneden ongeveer 600 mm dik; naar boven toe worden ze dun-ner. De berekeningen toonden aan dat bij geen van de drie onderzochte constructies oppervlaktecondensa-tie te verwachten valt. Ook de kans op schimmelgroei door hoge RV aan het oppervlak wordt laag geschat bij de bestaande constructies met een dikte van 600 mm.

Bij de constructies met een geringere dikte van 400 mm (op hoger gelegen verdiepingen) wordt de behoef-te aan binnenisolatie meer evident. De berekeningen uit Dresden tonen aan dat de kans op schimmelgroei en oppervlaktecondensatie bij deze constructies meer waarschijnlijk is, met name in hoeken, bij scheuren en raamaansluitingen.

Relatieve vochtigheid aan het binnenoppervlak (Ruisinger 2004).

Temperatuurreductie in de bestaande constructie

Ten gevolge van binnenisolatie wordt de bestaande constructie ’s winters kouder. Dit lagere temperatuurni-veau zorgt er ook voor dat het drogen naar buiten minder snel gaat. Het verhoogde vochtgehalte heeft verder een negatief effect op de warmteweerstand van de bestaande constructie. Bovendien leidt de ver-laagde temperatuur in combinatie met het verhoogde vochtgehalte tot een verhoogde kans op vorstschade.

Temperatuur van het buitenblad (Ruisinger 2004).

Warmteverliezen

Ten gevolge van de isolatie wordt afhankelijk van de keuze van isolatiematerialen bij de onderzochte con-structies een reductie van de warmteverliezen bereikt van 30 á 40 %. De gemiddelde warmteflux ter plaat-se van de gevel neemt af van circa 18 tot 10 W/m2_.

(13)

Conclusies uit het rapport van Dresden

Handhaving van de bestaande constructie zorgt er voor dat vocht ongehinderd aan het binnenoppervlak kan verdampen. Van de drie onderzochte constructies leidt het tot het laagste vochtgehalte in de buiten-wanden. Het risico op schimmelgroei en condensatie wordt echter het hoogste geacht; vooral bij de dunne-re wanden van 400 mm tdunne-reden RV-en aan het oppervlak op van meer dan 80 %.

Het isoleren met schuimglas leidt tot een complete vochtpenetratie van de bestaande gevel, met name door het verhinderen van droging aan de binnenzijde. Vorstschades zijn meest waarschijnlijk, door de combinatie van de hogere vochtgehaltes en lagere temperaturen.

Isolatie met calciumsilicaat leidt tot redelijke profielen van vochtgehalten. De relatieve vochtigheid aan het binnenoppervlak is voldoende laag om schimmelvorming en oppervlaktecondensatie te voorkomen. Warm-teverliezen worden gereduceerd. Hun aanbeveling is te kiezen voor een 35 mm isolatie van calciumsilicaat.

Mijn kritiek

Het isoleren met een calciumsilicaat isolatielaag verkeert in het experimentele stadium. Voor zover ik weet zijn er woningen mee geïsoleerd uit de negentiende-eeuwse ring rond de binnenstad van Dresden. Daarvan worden er enkele gevolgd via metingen. Die opvolging heeft geleerd dat het systeem alleen goed functio-neert als er een capillair contact is met het binnenoppervlak van de te isoleren wand. De platen dienen dan ook met een capillaire kleefmortel te worden vastgezet. Als dat zo gebeurt, biedt het systeem enige extra isolatie zonder teveel risico's. Natuurlijk zijn die muren van negentiende-eeuwse woningen ook behoorlijk massief, maar zit aan de buitenzijde dikwijls een bepleistering, waardoor problemen met opgezogen re-genwater minimaal worden, in tegenstelling tot de situatie in het Rijksmuseum. Er is in de berekeningen verder slechts gerekend met ééndimensionaal warmtetransport. Koudebrugeffecten en driedimensionale vochteffecten zijn niet doorgerekend. Wat te doen bijvoorbeeld bij de geboorten van gewelven, of ribben, pilasters en kolommen die uitsteken naar binnen toe en boven met gebeeldhouwd natuurstenen ornamen-ten afgewerkt zijn? Wat te doen met schoonmetselwerk buiornamen-tenwanden? Hoe is rekening gehouden met redelijk dampdichte tegelplateaus aan de buitenzijde? Is er een verhoogde kans op vorstschade? Is het systeem weer terug te brengen in de originele staat? Wat betekent dat voor bestaande schilderingen aan de binnenzijde?

Wat gebeurt er met aanpalende ruimten die gerestaureerd worden en waar men niet zal isoleren, zoals de voorhal, de Aduardkapel en de bibliotheek? Of gaat men de interieurafwerkingen reconstrueren op de nieuwe isolatielaag?

Er is duidelijk een verschil geconstateerd in de dikke 600 mm buitenwanden, die in hun huidige staat nau-welijks een probleem opleveren en de op hoger verdiepingen verjongde dikte van 400 mm wanden, die wel een probleem op zouden leveren. Zou het aanbrengen van klimaatzones met een wat lagere relatieve voch-tigheid onder winterse condities op bijvoorbeeld hogere verdiepingen niet veel te verwachten problemen hebben kunnen oplossen?

Gemengde ventilatie versus verdringingsventilatie

Het patroon van luchtstroming in een geventileerde ruimte is grofweg te verdelen in twee verschillende typen stroming: gemengde ventilatie en verdringingsventilatie.

Gemengde ventilatie

Bij gemengde ventilatie wordt de luchttoevoer zodanig geregeld dat de ruimtelucht volledig gemengd is en de concentratie verontreiniging overal hetzelfde is. Het principe van mengstroming is dat lucht met hoge snelheid, bijvoorbeeld dicht bij het plafond wordt ingebracht. De ingeblazen lucht heeft boven leefniveau een zodanig hoge snelheid, dat lucht die zich al in het vertrek bevindt via inductie door de stroming wordt meegezogen, waardoor menging met de vertreklucht plaatsvindt. Zowel temperatuur als vervuilingconcen-traties zijn door deze menging in het gehele vertrek nagenoeg gelijk, in tegenstelling tot het principe van verdringingsventilatie, dat gekenmerkt wordt door het ontstaan van gradiënten. Tevens zorgt deze menging voor een afname van de luchtsnelheid voordat het leefniveau wordt bereikt. Dit was het ventilatieprincipe van het oude Rijksmuseum.

(14)

Verdringingsventilatie

Het principe van verdringingsventilatie is dat een stratificatie van de luchtstroom wordt gecreëerd, gebruik makend van de dichtheidverschillen in de ruimte. Gemiddeld is de luchtkwaliteit wat betreft verontreiniging beter dan die bij gemengde ventilatie. Het principe is dus gebaseerd op luchtdichtheidsverschillen die de ruimte grofweg indelen in twee lagen: een bovenste vervuilde laag en een onderste schone laag. Dit wordt dan bereikt door relatief koele lucht met lage snelheden in te blazen in de lage zone en deze hoog in de bovenste zone af te zuigen. Vrije convectiestromen nabij warme bronnen als bijvoorbeeld de mens zorgen dan voor een opwaarts gerichte luchtstroom, koele objecten als wanden zorgen voor omlaag gerichte lucht-stroom. In het algemeen worden er op die manier horizontale luchtlagen gevormd, met warme luchtlagen boven in de ruimte en relatief koele luchtlagen onder in de ruimte. De luchtuitwisseling in een luchtlaag gaat over het algemeen gemakkelijker dan het transport tussen de lagen. Extractie van lucht vindt meestal plaats boven in de ruimte. Afhankelijk van het vermogen en de geometrie van de warmtebronnen zullen convectiestromen tot aan het plafond rijzen, of zich op een lagere hoogte oplossen. De toevoerlucht moet koeler zijn dan de ruimtetemperatuur, wat in een kantooromgeving meestal het geval is door een warmte-overschot van verlichting, computers en mensen. Als de toevoertemperatuur hoger is dan de ruimtelucht, bijvoorbeeld als verwarming nodig is, dan werkt verdringingsventilatie niet, door het kortsluiten van de stroming via het plafond.

Ventilatiestrategie voor een museum

De strategie voor airconditioning wordt bepaald door een fundamenteel schema dat de verdeling van tem-peratuur, vochtigheid en vervuiling omvat, zowel als de luchtstromingspatronen. Dat schema is weergege-ven in de volgende figuur.

(15)

Keuze van de installatie

De keuze voor een systeem op basis van het principe van verdringingsventilatie heeft, afhankelijk van de eisen aan het binnenklimaat, voor- en nadelen. Algemeen kan gesteld worden dat verdringingsventilatie in de volgende situaties een gunstige oplossing kan bieden:

– In ruimten met veel lichte verontreiniging, waarbij tevens overmatige warmte moet worden afge-voerd;

– In situaties waarin de vervuilde lucht warmer en/of lichter is dan de omgeving; – In ruimten met een hoogte > 3m;

– In situaties waarin een grote hoeveelheid ventilatielucht in relatief kleine vertrekken moet worden ingebracht;

– In situaties waarin de verstoring van de luchtstroming tot een minimum kan worden beperkt; – In situaties waarin behoud van de luchtkwaliteit belangrijker is dan afvoer van een teveel aan

warmte;

– In situaties waarin het ontstaan van een verticale temperatuurgradiënt, en daarmee een gradiënt in de relatieve vochtigheid, niet op bezwaren stuit.

Mijn kritiek

In het Nieuwe Rijksmuseum is gekozen voor het concept van verdringingsventilatie. Ten gevolge van de temperatuurstratificatie over de hoogte bij verdringingsventilatie zal er dus ook een gradiënt bestaan in de RV over de hoogte. Onderstaande grafiek geeft een indruk van een mogelijke temperatuurvariatie ten ge-volge van stratificatie en het effect ervan op de RV-variatie en daarmee RV-stratificatie.

RV-variaties bij temperatuurvariaties.

Het is de vraag of deze RV-variaties over de hoogte acceptabel zijn, bijvoorbeeld voor een Nachtwacht met een hoogte van 4 m. Een uitvoerige meetprocedure is te zijner tijd nodig om het bestaan van deze stratifi-catie en de mogelijke effecten ervan te bezien.

Verdringingsventilatie werkt verder eigenlijk alleen maar bij koeling met relatief koelere inblaaslucht in ver-gelijking tot de ruimtelucht. Verwarmde lucht stijgt echter meteen op en zorgt voor een kortsluiting van inblaas- en retourlucht. Het verdringingsprincipe wordt hiermee volledig teniet gedaan.

(16)

Literatuur

Donnella, H., Meadows et al., The Limits to Growth (New York: Universe Books, 1972). Nederlandse vertaling: Rapport van de Club van Rome. De grenzen aan de groei (Utrecht/Antwerpen, Het Spectrum, 1972).

Woon-Energie, 1987. Beslissen over energiezuinige woningbouw. Stichting Woon-Energie. Utrecht. Stichting Projectbureau Energieonderzoek.

RGD Rijksgebouwendienst, 2003. Smaak: special over het Nieuwe Rijksmuseum. Blad voor de Rijkshuisvesting, jaargang 3, special.

Jütte, B.A.H.G., 1994. Passieve Conservering; Klimaat en Licht. Centraal Laboratorium voor Onderzoek van Voorwerpen van Kunst en Wetenschap.

Arup DGMR, 2002. Het Nieuwe Rijksmuseum. Rijksmuseum Amsterdam. Preliminary Design (VO) Report Building Physics. Job number 98024.

Ruisinger, U., 2004. Hygrothermal analysis of external walls of the Rijksmuseum Amsterdam. Dresden University of Technology. Skistad, H.(ed), Mundt, E., Nielsen, P.V., Hagström, K., Railio, J., 2002. Displacement Ventilation in non-industrial premises.

REHVA, Federation of European Heating and Air-conditioning Associations. Guidebook no 1. DGMR, 2004. Minites of expertmeeting 26-05-2004, nr. B.2002.0146/001.