Energieprestaties van houtconstructies 2013/01.03

Gebouwen met houten wanden bieden een aantal voordelen op het vlak van energieprestaties. We lichten de mogelijke winst in dit artikel toe in het licht van de voortdurend evoluerende thermische regelgeving. We geven daarnaast ook een aantal concrete voorbeelden van EPB-aanvaarde bouwknopen en gaan dieper in op het zomercomfort.
Sinds 2006 hebben de verschillende Gewesten van ons land een regelgeving ingevoerd voor de energieprestaties en het binnenklimaat van nieuwe gebouwen (EPB). Om aan deze regelgeving te voldoen, mag de U-waarde (warmtedoorgangscoëfficiënt) van de wanden niet hoger zijn dan een limietwaarde (Umax-waarde) die door elk Gewest afzonderlijk vastgelegd werd en terug te vinden is op hun respectievelijke websites (zie www.normen.be, rubriek 'Energie en binnenklimaat'). Deze limietwaarden zijn aan evolutie onderhevig. Op het moment van publicatie van dit nummer situeert de limietwaarde voor gevels en daken zich rond 0,3 W/m²K (zie tabel A voor de exacte waarden). In navolging van de Europese regelgeving zullen de thermische reglementeringen in ons land in de toekomst verder aangescherpt worden. Zo zullen tegen 2020 enkel nog bijna-nulenergiegebouwen toegelaten worden voor nieuwbouw. Ook op het vlak van renovatie zal de lat steeds hoger gelegd worden.

Vermits de regelgeving in verband met de energieprestaties steeds strenger wordt, zullen de nodige isolatiediktes vermoedelijk nog sterk toenemen. Zo is het niet onwaarschijnlijk dat de limietwaarde voor de warmtedoorgangscoëfficiënt van opake buitenwanden de komende tien jaar nog verder zal dalen tot een grootteorde van 0,15 tot 0,10 W/m²K (i.e. dezelfde waarden als voor passieve gebouwen). In het Brussels Hoofdstedelijk Gewest worden vanaf 2015 zelfs prestatieniveaus vergelijkbaar met de passiefstandaard verplicht voor alle nieuwbouwprojecten.

Kenmerken en voordelen van houtconstructies

In het kader van de hiervoor geschetste snelle verhoging van het globale thermische isolatieniveau van gebouwen wordt, zowel bij nieuwbouw als renovatie, steeds meer aandacht besteed aan de prestaties van de bouwschil. Gezien hout een relatief zwakke warmtegeleider is (λ ≈ 0,13 tot 0,17 W/mK) en de meeste houtconstructies gekenmerkt worden door een holle structuur, leent deze bouwwijze zich uitstekend voor de realisatie van hoogwaardig thermisch geïsoleerde gebouwen. In het geval van houtskeletbouw kan de ruimte tussen de stijlen zelfs volledig opgevuld worden met isolatiemateriaal.

A | Maximale U-waarden voor opake wanden en daken volgens de actuele thermische regelgeving in de verschillende Gewesten
Gewest Umax [W/m²K]
Opake buitenwanden Dak
Vlaams Gewest 0,32
(vanaf 01/01/14: 0,24)
0,27
(vanaf 01/01/14: 0,24)
Brussels Hoofdstedelijk Gewest 0,4 0,3
Waals Gewest 0,32 0,27

Soepele isolatiematerialen (zoals minerale wol, houtwol of cellulose) die geplaatst worden in de vorm van halfstijve platen of ingeblazen vlokken, kunnen de holtes tussen de houten elementen in principe het beste opvullen. Door een extra isolatielaag aan te brengen aan de binnen- en/of buitenzijde van de wand, kan de thermische weerstand nog verder opgedreven worden en kunnen de thermische zwakke punten ter hoogte van de stijlen beperkt worden. Deze extra lagen kunnen bovendien op een eenvoudige wijze ononderbroken uitgevoerd worden. Men kan de warmteverliezen via de stijlen verminderen door elementen met een I-vormige doorsnede te gebruiken. Op die manier wordt de houtfractie in de wand beperkt (het percentage hout t.o.v. het percentage isolatie). Voor extra isolatie kan gebruik gemaakt worden van stijve isolatieplaten met relatief goede l-waarden (bv. polyurethaan (PUR) of resol (RF): grootteorde 0,020 W/mK).

Bij de keuze van de materialen voor de buitenwanden dient men rekening te houden met de waterdampdiffusieweerstand van de respectievelijke lagen en zo nodig aan de warme zijde van de isolatie een gepast dampscherm aan te brengen om inwendige condensatie te vermijden. Door middel van simulatiemodellen (bv. de methode van Glaser voor de berekening van de waterdampdruk) kan onderzocht worden of er een risico op condensatie door dampdiffusie bestaat en kan eventueel de aard van het dampscherm bepaald worden. Er bestaan ook dynamische simulatiemodellen waarmee men het hygrothermische gedrag van wanden kan onderzoeken. We merken hierbij op dat de luchtdichtheid van de wand een bepalende factor is, gezien de meeste vochtproblemen te wijten zijn aan luchtstromen doorheen de bouwschil. Indien men de voornoemde maatregelen treft (en eventuele combinaties ervan), kan men met houtskeletbouw vrij eenvoudig U-waarden rond 0,15 W/m²K behalen en globale K-waarden van om en bij de K30.

Bij eenzelfde isolatieniveau zal de dikte van een draagstructuur uit metselwerk of beton echter steeds groter zijn dan bij houtskeletbouw.

Houtskeletbouw wordt bij renovatie ook steeds vaker toegepast in de vorm van bijvoorbeeld geprefabriceerde platen die tegen een bestaande gevel geplaatst worden en die zelfs fabrieksmatig voorzien kunnen worden van buitenschrijnwerk en/of technieken.

Ten slotte vormt ook de combinatie van een zware draagstructuur (die een extra thermische inertie verschaft die voordelig is voor het zomercomfort) met goed geïsoleerde, lichte houten platen als buitenwand een interessante optie. Deze hybride bouwwijze wordt steeds vaker toegepast, in het bijzonder voor tertiaire gebouwen zoals kantoorgebouwen.

Bouwknopen

Volgens de EPB-regelgeving moeten ook de warmteverliezen door bouwknopen in rekening gebracht worden bij de bepaling van de K- en E-peilen. Bouwknopen zijn plaatsen in de bouwschil waar verschillende wanden samenkomen (verbinding tussen een venster en het metselwerk, verbinding aan de muurvoet) en waar de isolatielaag plaatselijk onderbroken wordt (kolom, puntverankering, balkon, ...).

In de EPB-regelgeving werd vast-gelegd hoe men de invloed van bouwknopen op de warmtedoorgangscoëfficiënt door transmissie dient te bepalen. Hierbij heeft men de keuze uit drie methoden. De meest courante methode (optie B: de methode van de EPB-aanvaarde bouwknopen) voor houtskeletbouw voorziet in een kleine forfaitaire toeslag op het K-peil voor koude-brugarme (EPB-aan-vaarde) bouwknopen.

Een bouwknoop is EPB-aanvaard wanneer hij aan minstens een van deze voorwaarden voldoet:
  • de energieprestaties van de knoop zijn hoger dan een bepaalde limietwaarde (ψ ≤ ψ e,lim)

  • de knoop beantwoordt aan minstens een van de basisregels voor een koudebrugarm detail.
Men zal in eerste instantie trachten om de bouwknoop EPB-aanvaard te maken door hem te laten voldoen aan een van de basisregels. Voor meer informatie hierover kan men het WTCB-dossier nr. 2010/3.16 raadplegen.

B | Thermische karakteristieken van mogelijke isolatielagen in houtskeletbouw en courante bouwmaterialen
Eigenschap ρ [kg/m³] c [J/kgK] (1) λ [W/mK] C [J/m²K] (2)
Isolatiematerialen
Minerale wol 30 1.030 0,035 (3) 4.326
Cellulosevlokken 45 1.600 0,040 (3) 10.080
Houtvezelplaat 55 2.000 0,039 (3) 15.400
Bouwmaterialen (4)
Hout 500 1.600 0,13 112.000
(Volle) baksteen 2.100 1.000 0,81 294.000
Beton (gewapend) 2.500 1.000 1,7 350.000
(1) Waarden afkomstig uit de norm NBN EN ISO 10456.
(2) De waarden voor C werden berekend voor een veronderstelde laagdikte van 14 cm.
(3) Indicatieve waarden.
(4) Deze waarden zijn afkomstig uit het EPB-transmissiereferentiedocument.

Zomercomfort

Het zomercomfort van gebouwen met lichte buitenwanden, zoals houtskeletbouw, wordt soms in vraag gesteld. Door de relatief geringe massa van de wanden en de vloeren hebben deze gebouwen immers een lagere thermische inertie dan massieve constructies. Dit hoeft echter niet noodzakelijk aanleiding te geven tot een verhoogd risico op oververhitting. Indien het gebouw correct ontworpen en opgericht werd en men rekening houdt met de basisprincipes die hieronder opgesomd worden, kan men ook met houtskeletbouw perfect een goed zomercomfort realiseren.

Hoewel de opbouw en de uitvoeringskwaliteit van de buitenmuren een zekere invloed uitoefenen op het zomercomfort, zijn vooral de beglaasde oppervlakte in de bouwschil en de aan- of afwezigheid van een zonnewering doorslaggevende factoren. Grote beglaasde oppervlakken zorgen immers – in vergelijking met opake wanden – voor een veel grotere toetreding van warmte (zonnestraling) in de binnenruimten die vervolgens niet meer langs dezelfde weg kan ontsnappen (serre-effect). De eerste en voornaamste maatregel voor een goed zomercomfort is dan ook de beperking van de beglaasde oppervlakte tot het noodzakelijke minimum voor een voldoende daglichttoetreding en het voorzien van een performante, bij voorkeur aanpasbare, zonnewering. Deze zonnewering heeft een dubbel doel: ze laat zonne-energie toe in de winter en in de tussenseizoenen (benutting van de passieve zonnewinsten, beperking van het verbruik van fossiele brandstoffen) en herleidt de warmtetoetreding tijdens de zomer tot een minimum.

De resterende warmte die de ruimte binnendringt tijdens de zomer (doorheen de beglaasde delen of doorheen de wanden) moet zoveel mogelijk afgevoerd worden door middel van een nachtelijke ventilatie. Hiervoor moeten de nodige voorzieningen getroffen worden (bv. opengaand schrijnwerk, toepassing van inbraakwerende roosters).

Ten slotte speelt ook de warmte-capaciteit van de omliggende elementen (bv. muren, vloeren, …) een rol. Deze parameter beïnvloedt immers de binnentemperatuurevolutie. Hoe hoger de warmtecapaciteit van een gebouw is, hoe trager de temperatuur in de ruimten zal stijgen en hoe trager deze temperatuur zal dalen na een warme periode. De warmtecapaciteit van een wand wordt bepaald door zijn volumieke massa en de warmtecapaciteit c van de samenstellende materialen. Houtskeletwanden zullen omwille van hun beduidend lagere massa een minder goede prestatie leveren op dit vlak dan zware massieve metselwerk- of betonwanden.

Hoewel de toepassing van materialen met een hoge warmtecapaciteit en een grote densiteit een gunstig effect heeft op het zomercomfort, moet de impact ervan genuanceerd worden. Deze is immers beperkt in vergelijking met de andere bovenvermelde factoren. Het is bijgevolg belangrijker om de warmte buiten te houden (beglaasde oppervlakte beperken en zonnewering voorzien) en de warmte die binnenkomt zo snel mogelijk te evacueren (nachtelijke ventilatie).

Voor meer informatie over het zomercomfort in lichte constructies zoals hellende daken verwijzen we naar het WTCB-Dossier nr. 2010/3.16.