Warmtegedrag van muren slim in kaart gebracht
Gebouwen verliezen hun warmte deels via de buitenmuren, maar we weten slechts bij benadering hoeveel. Promovendus Arash Rasooli bedacht enkele methoden om dit ter plekke snel en accuraat door te meten. Dat leverde verrassende resultaten op.
Het bepalen van een energielabel of maken van een energiesimulatie van een woning gebeurt aan de hand van verschillende gebouwkarakteristieken. Bijvoorbeeld het bouwjaar: een huis van voor 1930 zal al gauw een label F krijgen, een hedendaags gebouw heeft goede kans op label A. “Maar daarvoor worden aannames gebruikt, het werkelijke thermische gedrag van het gebouw is onbekend,” zegt Rasooli. “Als je nauwkeurig gaat meten blijken de aannames over de warmtedoorgangscoëfficiënt er soms wel 400 procent naast te zitten.” Wie meer wil weten zal dus moeten meten, stelt Rasooli.
Zijn onderzoek 'In-Situ Determination of Buildings’ Thermo-Physical Characteristics' richt het vizier op het thermische gedrag van buitenmuren, voordat het hele gebouw wordt onderzocht. Vaak is de exacte opbouw van muren onbekend. Er bestaat een standaardmethode om het warmtegedrag in kaart te brengen: de 'ISO 9869 Gemiddelde Methode'. Maar die – statische - methode vergt al gauw een maand onderzoek en is niet altijd accuraat.
Dynamisch gedrag
Een alternatieve methode die Rasooli ontwikkelde, brengt het dynamische gedrag van een muur snel in beeld. Ze registreert wat de warmteweerstand van een muur is, en laat zien hoe goed en hoe lang een muur warmte kan opslaan. De zogenoemde Excitation Pulse Method (EPM) maakt gebruik van een driehoeksmeting. Daarvoor worden aan binnen- en buitenzijde van de muur temperatuur- en warmtestroomsensoren geplaatst. Het is niet nodig om in de muur te boren.
Rasooli bouwde thuis een EPM-prototype. Aan de ene kant van de muur plaatste hij een infrarood verwarming, een bedieningspaneel en een koelsysteem, bestaande uit een fan en een pomp die ijswater door een buizensysteem laat circuleren. Aan de andere kant plaatste hij een scherm. De temperatuur- en warmtestroomsensoren kunnen op basis daarvan een duidelijk beeld geven hoe de warmte zich gedraagt in de muur. “Je brengt met deze methode de responsfactoren van de muur in kaart”, zegt Rasooli. “Als die zijn vastgesteld, is het modelleren van het thermisch gedrag van een muur een koud kunstje.” De warmteweerstand (Rc-waarde), de geleidingscoëfficiënt en volumetrische warmtecapaciteit zijn daaruit eenvoudig te berekenen.
Proeven in het laboratorium en in een aantal woningen wezen uit dat de Rc-waarde op basis van bouwjaar soms fors kan afwijken van de werkelijke waarde. De nieuwe meetmethode kan dus een effectief hulpmiddel zijn bij het energiezuiniger maken van woningen. “Als uit metingen blijkt dat het gedrag van een muur minder slecht is dan gedacht, kun je je geld beter in dubbele beglazing of dakisolatie steken dan in muurisolatie”, zegt Rasooli. “Op basis van meetgegevens is het mogelijk een afgewogen oordeel te maken.”
De methode blijkt vooral geschikt voor lichte en middelzware gemetselde of betonnen muren met een dikte van pakweg 10 tot 25 centimeter. Daaronder valt het leeuwendeel van de buitenmuren van Nederlandse huizen. Bij dikkere muren zijn de meetresultaten minder accuraat.
In bewoonde huizen en bij grote vergelijkende studies is duur en ingrijpend onderzoek niet altijd mogelijk. In dat geval stelt Rasooli om bestaande data te gebruiken, bijvoorbeeld van domotica of slimme meters. Die kunnen een indicatie geven van karakteristieken zoals warmteverlies of luchtuitwisseling tot op het niveau van gebouwenvoorraad. De uitkomsten zijn alleen iets minder nauwkeurig.
Arash Rasooli won met zijn Excitation Pulse Method zowel de Europese REHVA Student Competition 2016 als de HVAC World Student Competition 2016. Hij patenteerde EPM bij het Nederlandse octrooibureau, maar heeft het patent voorlopig laten verlopen. “We zijn onderzoekers, geen zakenmensen. Wie bereid is erin te investeren, kan met ons samenwerken.”