Waar staat betonkernactivering in 2021?

Algemeen principe van een warmtepompinstallatie

1. Compressie
2. Condensatie
3. Expansie
4. Verdamping

WIM BOYDENS: “Ook wij zijn vanuit het project GEOTABS geëvolueerd naar ‘hybride GEOTABS’. Dat betekent dat we het onderzoek naar  verwarmen en koelen middels geothermie en thermisch geactiveerde bouwdelen in een bredere context zijn gaan zien. Pure GEOTABS, waar  betonkernactivering (TABS) de rol van het afgiftesysteem invult, is een zeer goed presterend concept. Maar in gebouwen die architecturaal niet zijn ontworpen als puur GEOTABS gebouw kan het zijn limieten bereiken. Daarom dat de thermisch geactiveerde vloerplaten worden ingezet als het meest performante van twee elkaar aanvullende systemen. Dat is vandaag meer dan ooit mogelijk, dankzij een goed aangepaste ventilatie, die  complementair de temperaturen bewaakt, en ‘model predictive control’ (MPC) of ‘modelgebaseerde voorspellende regeling’, die dit proces aanstuurt.

Via dataverzameling en monitoring kan het systeem zich aanpassen aan en anticiperen op de (voorspelde) vraag. Een secundair snel systeem moet dan in staat zijn thermisch vermogen toe te voegen wanneer de grenzen van de TABS of de regeling daarvan bereikt zijn. In de meeste gebouwen kan deze functie eenvoudig worden bereikt door verwarmings- of nakoelbatterijen toe te voegen aan het ventilatiesysteem. Het klinkt allemaal eenvoudig, maar deze MPC’s vragen configuratie gedurende het ontwerpproces, worden meer en meer geautomatiseerd en staan stilaan klaar voor de brede uitrol. Dat is een serieuze stap voorwaarts, want die zorgt ervoor dat beroep wordt gedaan op het meest comfortabele en klimaatvriendelijke systeem, en enkel volgens echte noodzaak aanvullend op het klassieke systeem.”

RAF POPPE: “Betonkernactivering is vooral geschikt in gebouwconcepten waar thermische vermogens voor verwarming én koeling beperkt blijven.  Betonkernactivering in woningbouw is mogelijk, echter voorziet men daar niet steeds een gebouwbeheersysteem en een aanvulling om de wisselende behoefte per ‘kamer’ bij te sturen. In grotere gebouwen, zoals woonzorgcentra of kantoren, waar steeds minder verwarmd wordt maar des te meer gekoeld, kan betonkernactivering in combinatie met deze voorspellende systemen een perfecte ecologische, economische en comfortabele oplossing zijn. Het gebruik van BIM bij facility management zal daar zeker een rol in kunnen spelen. Door het gebruik van BIM kan van het gebouw een ‘digital  twin’ worden bijgehouden. Faciliteitsmanagers kunnen deze informatie gebruiken om het klimaat te sturen op basis van bijvoorbeeld het aantal zonuren.”

AKOESTISCHE PLAFONDS, OPEN RAMEN EN ANDERE ONTWERPKEUZES HOEVEN GEEN ISSUE TE VORMEN
RAF POPPE: “Er zijn ook andere dogma’s die intussen verlaten zijn. Ik denk het issue van de verlaagde plafonds, dat voor nogal wat weerstand zorgde. Bij betonkernactivering werd aangeraden om je plafond vrij te houden. Dat kan voor akoestische problemen zorgen. Laten we daar niet té dogmatisch in zijn. Bij nood aan akoestische aanpak, zijn er voldoende en best creatieve oplossingen beschikbaar.”

WIM BOYDENS: “Zowel uit laboratoriumstudies als uit empirische studies is gebleken dat zelfs met enkele akoestische panelen of plafonds, er nog steeds een aanzienlijke warmte-uitwisseling is tussen het TABS-oppervlak en de ruimte. Een opgehangen akoestisch absorberende oppervlakdekking van 70% leidt tot slechts ongeveer 30% emissiedaling.”

RAF POPPE: “In de vroege betonkernactivering-projecten werden gebouwen systematisch voorzien van gesloten ramen, om zo het binnenklimaat volledig te kunnen controleren. Een individuele gebruiker heeft graag impact op regelbaarheid en verlangt naar interactie met de omgeving. Een raam openzetten is daar onderdeel van. Daar wordt nu ontwerpmatig veel meer op ingespeeld.”

WIM BOYDENS: “Het is een strategie om het gebouw zo te ontwerpen dat het vraagprofiel perfect aansluit bij GEOTABS door de isolatieniveaus, beglazing en zonwering te optimaliseren. Dit was gebruikelijk in de vorige decennia en voor sommige gebouwen is dat nog steeds een interessante benadering.

Vandaag luidt de ontwerpvraag eerder: Welk deel van de verwarmings- en koelbehoefte is geschikt om aan GEOTABS toe te wijzen en wat lossen we op via voorspellende controlesystemen en andere oplossingen? En het systeem is ook toekomstgericht. Immers, wanneer elektriciteitsprijzen in de komende jaren dalen op tijdstippen dat zon of wind het hernieuwbare aandeel verhogen kan het beton opgeladen worden, terwijl het zijn warmte of koude pas een halve dag later zal afgeven, wanneer de vraag zich ook werkelijk voordoet. Dit illustreert de kracht van de voorspellende regeling op financieel vlak. Dergelijke ontwikkelingen en ontplooiingen staan op de menukaart van enerCORE, het open kenniscentrum in oprichting, dat we nu lanceren samen met de partners van het hybridGEOTABS project. In enerCORE zijn alle praktijk- en onderzoeksspelers in de betrokken werkvelden welkom om mee te werken aan de kwalitatieve uitrol.”

“Geothermie, in combinatie met thermisch geactiveerde bouwdelen, is een goede deal tussen architectuur, welzijn en ecologie. Het is geen eenvoudig concept, maar net omdat het zo ecologisch is, verdient het in beslissingsmodellen een eerlijke vergelijking met concurrerende concepten.”

BETONKERNACTIVERING – WAT IS DAT NU ALWEER?

HET ALGEMENE PRINCIPE
Het principe van betonkernactivering is gebaseerd op de eigenschap van thermische inertie van beton. Thermische inertie kan worden gedefinieerd  als het vermogen van een materiaal om warmte of koelte op te nemen en daarna vertraagd weer vrij te geven. In de praktijk kan je het fenomeen waarnemen in middeleeuwse burchten of kloosters met heel dikke muren. Tijdens zonnige periodes onttrekt de massa van de muur warmte-energie  uit de ruimte en houdt die vast, waardoor het er altijd heerlijk koel is. De warmte die de lijvige muren overdag opslaan, komt in frissere periodes langzaam terug vrij, waardoor de nachtkoude wordt afgevlakt. Dat ingenieuze en natuurlijke principe van thermische inertie zorgt ervoor dat warmte-  en koudepieken worden afgevlakt, waardoor ruimtes altijd aangenaam blijven.

Betonkernactivering gaat uit van hetzelfde principe:  accumulatie van energie in de betonmassa. Betonkernactivering rekent evenwel niet op de  warmte van de zon. De accumulatie van warmte-energie wordt hier letterlijk en figuurlijk ‘gestuurd’: Een netwerk van leidingen, gevuld met water,  loopt doorheen de betonelementen (meestal vloeren, soms muren). Via een warmtebron – bij die burcht het zonlicht, hier meestal een warmtepomp – kunnen we op een kunstmatige manier de temperatuur van beton gaan beïnvloeden en gebruik maken van thermische massa. Zo worden in een  gebouw met betonkernactivering de warmte- en koudepieken afgevlakt. Als dusdanig kan het systeem functioneren als verwarming en koeling.

WAAROM IS BETONKERNACTIVERING ZO ENERGIEZUINIG?
Betonkernactivering wordt meestal gebruikt in combinatie met geothermie. De geothermische warmtepomp gaat energie gaan onttrekken uit onze  ondergrond. In die ondergrond heerst een vrij constante temperatuur van 10 tot 12°. Met de energie die uit de bodem wordt gehaald, krijgt het water  in de leidingen een bepaalde temperatuur.

Geothermie is een ecologisch verwarmingsprincipe, maar dat loont extra in combinatie met betonkernactivering. Er is namelijk slechts een minimaal  temperatuurverschil tussen het water dat je oppompt uit ondergrond en de benodigde temperatuur van de leidingen in de vloer. Net omdat het  temperatuurverschil tussen je bron of primaire systeem (de energie uit de ondergrond die je middels een warmtepomp oppompt) en je afgiesysteem of secundair systeem (je leidingen in de betonvloer) de zogenaamde ΔT (‘delta T’) – zo klein is zorgt het ervoor dat je bijna geen extra energie nodig  hebt om je complex te verwarmen. De temperatuur in het beton kan gematigd blijven omdat de volledige oppervlakte van plafond of vloer instaat  voor verwarming of koeling. Ook tochtverschijnselen kunnen daardoor volledig vermeden worden.

WAAROM EEN PREFAB SYSTEEM KIEZEN?
Prefab systemen worden onder gecontroleerde omstandigheden, onaankelijk van de weersomstandigheden, geproduceerd. Algemeen heeft prefab het  voordeel dat alles voorbereid is in de fabriek, wat een tijdswinst oplevert op de werf. De tijd die we zo winnen, heeft uiteraard zijn impact op de kostprijs van het gebouw.

Voor prefab betonkernactivering geldt dat voordeel dubbel, omdat noch een betonneerploeg, noch een technieker nodig is op de werf. Omdat de  buizen ingekapseld zijn in de elementen (welfsels), of onmiddellijk na aankomst op de werf worden ingestort (breedplaten), is er geen gevaar voor beschadiging door andere ploegen.