Thermal comfort in a warming climate - How should we rethink our buildings?

Archipelago Architects en VELUX tonen hoe ‘design over techniek’ kan leiden tot comfortabele en energieefficiënte gebouwen.

Hoe kunnen gebouwen ook tijdens de steeds warmere zomers comfortabel blijven zonder automatisch terug te grijpen naar steeds meer technische installaties? Die vraag staat centraal tijdens een gezamenlijke perspresentatie van het architectenbureau Archipelago en VELUX in de nieuwe kantoren van Archipelago in Leuven.

Het bureau is opgevat als een living lab waarin wordt onderzocht hoe architectuur, daglicht, natuurlijke ventilatie, thermische massa, zonwering en slimme datasturing samen een comfortabel binnenklimaat kunnen creëren, met beperkte technische ondersteuning.

Van techniek als oplossing naar ontwerp als vertrekpunt

Volgens Joost Declercq, Director Research & Innovation bij Archipelago, is er sinds de jaren 1950 een sterke tendens ontstaan om binnencomfort vooral via technische installaties te organiseren. Het normen- en wetgevingskader heeft die evolutie verder versterkt.
Dat heeft geleid tot steeds complexere gebouwen en installaties, met bijkomende investerings-, gebruiks- en materiaalimpact. Meer techniek leidt echter niet automatisch tot meer comfort of gebruikerstevredenheid.

Archipelago pleit daarom voor een andere volgorde: eerst via het ontwerp de behoefte aan technische ondersteuning zo klein mogelijk maken, en pas daarna bepalen welke techniek nog nodig is.

“Waar efficiëntie gaat over dingen goed doen, gaat sufficiëntie over de juiste dingen doen. We moeten niet eerst een probleem creëren om het vervolgens met technologie op te lossen. We moeten de vraag zelf kleiner maken.”— Joost Declercq, Director Research & Innovation, Archipelago Architects

In het Leuvense kantoor werd die filosofie concreet toegepast. Oriëntatie, gebouwschil, openingen, thermische massa, zonwering en natuurlijke ventilatie werden als één geheel ontworpen.
Volgens simulaties voor het project kan de koelvraag daardoor met meer dan 80% dalen ten opzichte van een standaardkantoor.
Ook bij extreme klimaatscenario’s blijft volgens de studie een aanzienlijke reductie mogelijk.

Climate based design: gebruikmaken van wat de omgeving biedt

Voor Joël Sels, Senior Daylight Design Engineer bij VELUX, sluit deze benadering aan bij het principe van climate based design: een gebouw ontwerpen vanuit zijn specifieke oriëntatie, klimaat, gebruik en omgeving.

Daarbij gaat het niet alleen om hoeveel daglicht een opening binnenbrengt, maar vooral om waar, wanneer en hoe.
Een raam of dakraam is tegelijk een bron van daglicht, een mogelijke bron van zonnewarmte en een middel om natuurlijke ventilatie te organiseren. De juiste positie en oriëntatie kunnen daardoor een groot verschil maken voor het binnenklimaat.

“Dit is climate based design. We moeten eerst begrijpen wat de zon, de oriëntatie, de lucht en de massa van het gebouw ons kunnen geven. Pas daarna bepalen we welke techniek nog nodig is.” — Joël Sels, Senior Daylight Design Engineer, VELUX

Een strategische combinatie van openingen, buitenzonwering, thermische massa en nachtventilatie kan helpen om oververhitting te vermijden en tegelijk natuurlijk licht en verse lucht binnen te brengen.

Comfort hoeft niet overal hetzelfde te zijn

Beide partners plaatsen ook vraagtekens bij het klassieke idee van comfort als een volledig constante toestand. Het menselijk lichaam kan zich aanpassen aan temperatuurvariaties en gebruikers hebben niet allemaal dezelfde comfortbehoeften.
In plaats van overal exact dezelfde omstandigheden te creëren, kan een gebouw verschillende comfortzones of woonbiotopen aanbieden. Zo krijgt de gebruiker meer mogelijkheden om zijn omgeving af te stemmen op activiteit en persoonlijke voorkeur.
Technologie verdwijnt daarbij niet. Ze krijgt wel een andere rol: ondersteunen waar nodig, in plaats van voortdurend te moeten compenseren wat architecturaal niet werd opgelost.

Het Leuvense kantoor als living lab

Het nieuwe Archipelago-kantoor brengt deze principes samen in één gebouw. De ontwerpstrategieën worden er niet alleen theoretisch onderzocht, maar ook dagelijks ervaren en gemonitord.
Voor VELUX vormt het project tegelijk een concreet voorbeeld van hoe daglicht en natuurlijke ventilatie onderdeel kunnen worden van een bredere klimaatstrategie. Via onder meer de VELUX Daylight Academy deelt het bedrijf kennis met architecten en bouwprofessionals over het integreren van daglicht en klimaatstrategieën vanaf de ontwerpfase.

Slimme techniek als ondersteuning

Low-tech betekent echter niet no-tech. Waar het ontwerp de basis legt, kan slimme technologie helpen om de gekozen strategie op het juiste moment te activeren. VELUX ACTIVE with NETATMO monitort onder meer temperatuur, luchtvochtigheid en CO₂ en kan gekoppelde VELUX-dakvensters en zonwering automatisch aansturen op basis van de binnencondities en weersinformatie.
Zo kan technologie natuurlijke ventilatie en bescherming tegen oververhitting ondersteunen. Ze neemt het ontwerp niet over, maar helpt de gekozen klimaatstrategie op het juiste moment en met de juiste intensiteit te laten werken.
De gezamenlijke boodschap van Archipelago en VELUX is dan ook eenvoudig: niet meer techniek om een gebouw achteraf comfortabel te maken, maar beter ontwerp om de comfortvraag vanaf het begin te beperken.

Aanvullende lectuur

De vraag hoe Europa zijn gebouwen tijdens steeds warmere zomers comfortabel kan houden zonder de energievraag voor actieve koeling sterk te verhogen, staat steeds nadrukkelijker op de agenda.
In zijn analyse “What happens when 90% of Europe has air con?” gaat energie-expert Jan Rosenow dieper in op de mogelijke gevolgen van een sterke groei van airconditioning in Europa en op de rol die onder meer zonwering, isolatie, natuurlijke ventilatie en slimme sturing kunnen spelen om de toekomstige koelbehoefte te beperken.

Jan Rosenow – “What happens when 90% of Europe has air con?”

www.velux.be

Aanvullende lectuur

Praktisch ontwerpgids - 10 principes voor climate based design

Van ‘design over techniek’ naar een comfortabel gebouw dat maximaal gebruikmaakt van zijn omgeving
Een comfortabel gebouw hoeft niet automatisch een gebouw met veel technische installaties te zijn. Door vanaf het begin rekening te houden met oriëntatie, zon, daglicht, lucht, thermische massa en het gebruik van het gebouw, kan een groot deel van de comfortvraag al architecturaal worden opgelost. Het nieuwe kantoor van Archipelago in Leuven fungeert als living lab voor deze aanpak. VELUX sluit hierop aan vanuit zijn expertise in natuurlijk daglicht en natuurlijke ventilatie.

1. Begin bij de context
Hoe is het gebouw georiënteerd? Waar staat de zon? Waar zijn er obstakels? Wanneer zijn de gebruikers aanwezig? Niet elke gevel of dakzijde heeft dezelfde klimaateigenschappen. Zonnebelasting, bomen, omliggende gebouwen en oriëntatie bepalen mee waar openingen het meest zinvol zijn. Ontwerp dus eerst vanuit de specifieke plek, niet vanuit een standaardoplossing.

2. Bekijk opening, lucht en massa als één geheel
Een raam of dakraam staat nooit op zichzelf. Een opening brengt licht en lucht binnen, terwijl de gebouwmassa warmte kan opslaan en die warmte via ventilatie opnieuw kan afvoeren. De prestaties ontstaan uit de samenwerking tussen gebouwschil, openingen, massa en ventilatie.

3. Gebruik nachtventilatie om warmte af te voeren
Afhankelijk van de seizoenen kan een gebouw warmte opslaan. Wanneer de buitentemperatuur ’s avonds en ’s nachts daalt, kan die opgeslagen warmte opnieuw worden afgevoerd. Openingen hoog in het gebouw kunnen warme lucht afvoeren. Zo kan het gebouw frisser aan de volgende warme dag beginnen. Nachtventilatie is een eenvoudige manier om thermische massa actief te benutten.

4. Denk aan kruisventilatie
Openingen aan tegenoverliggende zijden van een ruimte of gebouw kunnen natuurlijke luchtstromen creëren. Warme lucht wordt afgevoerd en verse lucht kan binnenkomen. Ventilatie begint dus niet noodzakelijk bij een installatie, maar kan al bij de positie van de openingen worden ontworpen.

5. Houd ongewenste zonnewarmte buiten
De beste manier om vooral oververhitting te voorkomen, vooral tijdens de zomermaanden, is vermijden dat ongewenste zonnewarmte het gebouw binnenkomt. Buitenzonwering is daarbij een belangrijke strategie. Het is efficiënter om ongewenste zonnewarmte buiten te houden dan ze eerst door het glas binnen te laten en vervolgens met actieve koeling weer af te voeren. Tegelijk hoeft de zon niet altijd geweerd te worden. In de winter of wanneer de zon lager staat, kan directe zoninstraling juist nuttig zijn voor daglicht en warmtewinst. De vraag is dus niet: “Hoe houden we de zon buiten?” maar: “Wanneer willen we de zon binnenlaten?”

6. Ventileer op het juiste moment
Natuurlijke ventilatie werkt het best wanneer ze wordt afgestemd op de omstandigheden. Wanneer het buiten warmer is dan binnen, kan een open raam extra warmte binnenbrengen. Wanneer de buitenlucht koeler is, kan ventilatie juist helpen om warmte af te voeren. De juiste reflex is dus niet simpelweg “raam open”, maar kijken naar temperatuur, luchtkwaliteit, weer en het moment van de dag.

7. Elk gebouw hoeft er niet hetzelfde uit te zien
Als oriëntatie, zon, functies, openingen, patio’s, oversteken en ventilatie vanaf het begin deel uitmaken van het ontwerp, is het logisch dat gebouwen verschillende vormen krijgen. Een goede klimaatstrategie kan leiden tot meer architecturale diversiteit, niet minder.

8. Ontwerp vanuit het moment waarop mensen het gebouw gebruiken
Wanneer ben je thuis? Wanneer werk je? Wanneer slaap je? Wanneer heb je behoefte aan direct zonlicht? Een opening die op een bepaald moment prachtig licht binnenbrengt, heeft weinig meerwaarde als de ruimte op dat moment niet wordt gebruikt. Daglichtontwerp gaat daarom niet alleen over hoeveel licht, maar ook over waar en wanneer.

9. Denk per ruimte en per activiteit
Niet elke ruimte heeft dezelfde behoeften. Een slaapkamer, werkplek, keuken en leefruimte vragen elk om een andere combinatie van daglicht, zonnewarmte, ventilatie en privacy. Ook de oriëntatie kan daarbij een rol spelen. Ochtendlicht kan bijvoorbeeld aangenaam zijn in een slaapkamer, terwijl sterke namiddagzon daar minder gewenst kan zijn. Ontwerp dus niet één klimaat voor het hele gebouw, maar verschillende aangename plekken voor verschillende activiteiten.

10. Gebruik technologie als ondersteuning
Low-tech betekent niet no-tech. Slimme technologie kan natuurlijke strategieën ondersteunen door te meten wat er werkelijk in de woning gebeurt en daarop te reageren. VELUX ACTIVE with NETATMO monitort temperatuur, luchtvochtigheid en CO₂. Het systeem kan gekoppelde VELUX-dakvensters en zonwering automatisch aansturen op basis van de gemeten binnencondities en weersinformatie. Zo kan het natuurlijke ventilatie ondersteunen en helpen om oververhitting te beperken. De technologie vormt daarmee een interface tussen de woning, de gebruiker en de buitenomgeving. Het uitgangspunt blijft echter hetzelfde: technologie vervangt het ontwerp niet. Ze ondersteunt een klimaatstrategie die al in de architectuur werd ingebouwd.