Duurzaam bouwen met glas

Interview met Jón Kristinsson

2009 ir. Hajo Schilperoort, architect

Jón Kristinsson is uitvinder, architect en emeritus hoogleraar en in die hoedanigheden al meer dan 30 jaar dé expert en pionier bij uitstek als het gaat om duurzaamheid. In zijn meer recente werk voor en aan het plan Zonneterp, de Villa Flora voor de Floriade 2012, het onderzoek Bouwen met Groen en Glas en de uitvinding/innovatie SmartSkin speelt glas een belangrijke rol, in combinatie met uitgebalanceerde en verfijnde installatietechniek. Een gesprek met de visionaire ingenieur.

Eerst een terugblik. Dertig jaar geleden ontwierp u de eerste Minimumenergiewoningen, die in Schiedam gebouwd zijn. Hoe ging u toen om met de energetische aandachtspunten?

Je zou die woningen Passiefhuizen avant-la-lettre kunnen noemen. Ze maken intensief gebruik van de zon voor warmte. De ramen zijn voorzien van zonwerende luifels, maar ook van isolerende luiken om de uitstraling via glas - destijds bij uitstek de zwakke plek - op een winternacht tegen te gaan. De huizen zijn verder, ook naar de huidige Bouwbesluitnormen gemeten, buitengewoon goed geïsoleerd (Rc = 5,0 m2K/W), en het was het eerste project waarin de begane grondvloer en de fundering geïsoleerd waren. In eerste instantie bedachten we de cv-loze woning, opgevolgd door de Minimumenergiewoning (ME-woning). Om het warmteverlies via lucht in te dammen ontwikkelde Koos Slootweg een unieke zeer compacte verwarming en balansventilatie-unit met warmteterugwinning (WTW) boven de afzuigkap in de keuken. Die volstaat, samen met de tochtdichte, driedubbel beglaasde Zweedse kozijnen, om het huis van verse lucht en warmte te voorzien. De cv-loze huizen worden in de winter bijgestookt met een schone kachel op hout of oud papier. De ME-woningen hebben luchtverwarming en een combinatie-installatie voor warm tapwater. Omdat de waakvlam de helft van het gasverbruik voor zijn rekening bleek te nemen, hebben we ook een waakvlamloze geiser ontwikkeld. Het resultaat van dit alles: 90 procent reductie van het jaarlijkse gasverbruik voor slechts 4500 euro extra bouwkosten, en - last but not least - meer comfort.

Wat vind u van de huidige generatie Passiefhuizen?

Het is een uitgebalanceerde formule die zich heeft bewezen, maar ik denk dat we voor wat betreft de isolatiewaarde van de schil met minder toe kunnen, als we gebruikmaken van (zeer) lage temperatuur verwarming (ZLTV of LTV) uit hernieuwbare bronnen. Een Rc van 4,0 m2K/W volstaat, in combinatie met HR++ glas (U = 1,1 Wm2/K), een geïsoleerde buitendeur (U = 3,4 Wm2/K) en goede kierdichting (n50). Voor de LTV zijn verschillende goede oplossingen beschikbaar. Zo heeft Brink een Passiefhuisinstallatie met zonneboiler en voorraadtank die in LTV-verwarming, balansventilatie met WTW en warm tapwater voorziet. Een andere optie is bodemopslag met warmtepomp en zonneboiler en Breathing Windows (zie verderop, red.) voor de ventilatie en eventuele naverwarming en -koeling. Voor kleinere woningen zou ik denken aan een zuinige cv-ketel voor LTV-convectorradiatoren en warm tapwater, gecombineerd met balansventilatie met WTW en CO2-sensoren in woonvertrekken.

Zo passief als een Passiefhuis is, zo actief is de klimatisering en energiehuishouding in een kas. U bent nauw betrokken bij het vanuit de kastuinbouw geleide innovatieprogramma Bouwen met Groen en Glas.

De oude generatie kassen neemt jaarlijks 10 procent van het Nederlandse aardgas af. Dat is in het kader van de stijgende energieprijzen, toegenomen internationale concurrentie en de groeiende urgentie van het thema duurzaamheid een ongewenste situatie, die tot grote innovatiebereidheid heeft geleid. De sector loopt nu voorop in de ontwikkeling van energiebesparende duurzame technieken.

Een belangrijke technische innovatie die de afgelopen jaren op de markt is gebracht, is de Fine Wire Heat Exchanger (FiWiHex) van dr. Noor van Andel en Hydro Systems Holland. Dit is een lucht-water warmtewisselaar waarmee in de zomer de warmte uit de lucht gehaald kan worden voor seizoensopslag in de bodem. Andersom dient de FiWiHex in de winter voor de verwarming van de lucht in de kas met gebruikmaking van de opgeslagen warmte. Het apparaat is zeven keer efficiënter dan een plaatconvector, door mechanische luchtcirculatie en het uitzonderlijk grote contactoppervlak van zeventien kilometer dun koperdraad per unit. Het grote voordeel daarvan is dat het mogelijk is om (zeer) geringe temperatuurverschillen te gebruiken voor verwarming en koeling. Een unit kan met een aanvoertemperatuur van 11-12 graden Celsius (de temperatuur van grondwater) koelen met een vermogen van 25kW. Hij kan verwarmen met een aanvoertemperatuur van 25-30 graden Celsius (de temperatuur van rioolwater) met een vermogen van 16kW.

Het blijkt hiermee mogelijk om een honderd procent glazen gebouw, bouwfysisch gezien inderdaad de tegenpool van het passiefhuis, te koelen en verwarmen zonder gebruik van aardgas of elektriciteit, behalve voor de waterpompen en ventilatoren. De zonnewarmte wordt geoogst, opgeslagen en weer gebruikt wanneer hij nodig is. Dankzij het 'broeikaseffect', kunnen kassen zelfs energie produceren en gaan leveren.

Is het principe van de energieleverende kas ook bruikbaar om energiezuinige kaswoningen te maken? Professor Cauberg (TU Delft) merkte in De Architect (september 2008) hierover op dat een kas bij een goed geïsoleerd gebouw "energetisch gezien veel minder interessant is dan bijvoorbeeld PV-panelen. De kosten zijn relatief hoog en de energie is laagwaardig."

Zodra we gebruik maken van efficiënte koeling en verwarming met geringe temperatuurverschillen, is het geen punt dat de energie laagwaardig is, want dat volstaat voor het doel. Maar verder heeft hij volledig gelijk. Voor een woning is het vanuit kostenoogpunt niet interessant om er een 'broeikas' met FiWiHex en bodemopslag naast te zetten, als het doel is om daarmee in energie voor ruimteverwarming te voorzien. De energiezuinige woningen die ik hierboven beschreef zijn om die reden dan ook geen kaswoningen. De kas kan wel interessant zijn omwille van welzijn en beleving. Daglicht en groen vergroten het welzijn en welbevinden, en hebben zelfs een aangetoonde heilzame werking.

Bij uw concept voor de grootschaligere Zonneterp dient de kas wel als energieleverancier.

Op stedenbouwkundige schaal is de energieproductie van tuinbouwkassen interessant. Deze kassen hebben niet als primair doel om in energie te voorzien, maar het is een waardevol bijproduct waar we graag gebruik van maken. We oogsten de warmte uit de kassen met FiWiHex en seizoensopslag, en gebruiken deze om een woonwijk te verwarmen. Twee hectare tuinbouwkas kan tweehonderd nabijgelegen energiezuinige woningen van warmte voorzien. Vanaf deze schaal is het concept economisch haalbaar en interessant, en verdienen de investeringen in de technische infrastructuur zich terug.

De Zonneterp is volledig zelfvoorzienend. Niet alleen op het vlak van verwarming en koeling, maar ook elektriciteit en warm tapwater worden gewonnen uit biomassa en zon. Ook de overige kringlopen zijn gesloten: water, biomassa, voedingsstoffen, afval, zuurstof en CO2. Mens en plant zijn complementair: de plant gebruikt wat de mens uitstoot, en andersom. De regeringen van Frankrijk en Turkije hebben interesse getoond en in ShenZhen wordt een internationaal demonstratieproject gebouwd.

Bij het gebouw VillaFlora voor de Floriade 2012 gaat u nog een stap verder: behalve bezoekers die door de kas heenlopen, zijn er ook kantoorwerkplekken gesitueerd in het glazen gebouw, tussen de planten. Hoe bereikt u daar het gewenste verblijfscomfort?

Villa Flora is behalve expositiegebouw het groenste kantoorgebouw van Nederland met volop daglicht en uitzicht op een groene omgeving. Net als de Zonneterp is het energetisch zelfvoorzienend, CO2- neutraal en afvalvrij door het oogsten van zonne-energie en het sluiten van de kringlopen.

Bezoekers van de Floriade komen vanuit de hele wereld. Het kas-/kantoorklimaat tijdens het evenement speelt hierop in. De kas met werkplekken in de kas heeft vier klimaten en sferen: een groot subtropisch kantoor met mediterrane lavendelgeur, olijf- en palmbomen; een Midden-Oosten- kantoor in het zand met leembouw met cederhouten luiken, tenten en dadelpalmen; een Amazone-kantoor met een tropisch warm en vochtig klimaat met vogels en vlinders en stromend water onder een dik bladerdak; en tot slot een koele vegetatiekas met Poolcirkelklimaat, schaduwvrije hoge verlichting en aangepaste werkplekken. De kantooreilanden die we in drie van deze klimaatzones hebben gemaakt, leveren het bewijs dat werken in groen gezond en ontspannen is, zelfs in uitdagende omstandigheden.

De kantooreilanden zijn afgescheiden met glas. In 'het Midden-Oosten' en 'de Amazone' zijn ze voorzien van 'stand-alone'-klimaatwerkplekken, gebaseerd op evenwicht tussen lucht- en stralingstemperatuur, met gebruikmaking van individuele FiWiHex-units en koele bureaubladen als stralingspanelen, individueel regelbare lichtwering, lichte verstelbare ventilatoren en planten voor de akoestiek.

Heeft u hierbij geen last van het 'broeikaseffect'?

We hebben extra aandacht besteed aan de glazen schil. Het meeste glas is isolerend en zonwerend, behalve op de noordgevel en bij de gevels van de warme kassen (Amazone- en Midden-Oostenklimaat), waar dat niet nodig en wenselijk is. De ramen voor uitzicht zijn helder. De bovenste kantoorverdiepingen hebben isolerende translucente aerogel dakramen. De glazen envelop is verder daar waar nodig voorzien van variabele zonwering en nachtwering in de vorm van reflecterende schermen, die zowel automatisch als handmatig kunnen worden bediend. En zomernachtventilatie aan de hand van open ramen levert een belangrijke bijdrage aan de koeling van het gebouw. Het bouwen met veel glas vergt extra, of andere aandacht, maar de conclusie van dit project en van eerdere projecten is dat het mogelijk is, en dat we hiermee een aantrekkelijke verblijfsomgeving kunnen creëren.

In 1998 kreeg u als eerste de Koninklijke Shellprijs voor Duurzame Ontwikkelingen en Architectuur (Hfl 200.000,-, vrij te besteden). U besloot deze te gebruiken voor de ontwikkeling van de Breathing Window. Wat houdt deze innovatie in?

Ventilatiesystemen zijn vaak over-, en voornamelijk ondergedimensioneerd, het regelsysteem is niet op maat van de gebruiker gemaakt, en de ventilatiekanalen worden ofwel ingestort, ofwel verborgen achter verlaagde plafonds, waardoor de thermische massa van vloeren een geringe bijdrage levert aan de stabilisering van het binnenklimaat. Het is verder vreemd dat we onze ventilatielucht met een stelsel van lange kanalen door heel het gebouw op en neer leiden, terwijl schone buitenlucht meestal op korte afstand aanwezig is.

De Breathing Window, overigens geen ruit, is een geavanceerde decentrale balansventilatie-unit met warmteterugwinning, op basis van FiWiHex-technologie voor efficiënte lucht/lucht-warmtewisseling. De unit kan ook gebruikt worden voor nakoeling en naverwarming. Hiermee kunnen luchtkanalen, behalve bij keukens en sanitair, voortaan achterwege blijven. En afhankelijk van het ontwerp en de variant reduceert hij ook de traditionele verwarmings- en koelinstallaties. Het apparaat is voorzien van een intelligente besturing die reageert op wind, temperatuur, tijd, CO2 en vocht. Niet-bewoonde vertrekken worden in geringe mate geventileerd en naast een open raam houdt de mechanische ventilatie op. De unit is geluidwerend en de ventilatoren zijn stil uitgevoerd (<30dB). Als in een goed geïsoleerde woning het warmteverlies door transmissie gelijk is aan het ventilatieverlies, zal circa 40 procent besparing op het totale energieverlies mogelijk zijn. We zijn het stadium van onderzoek en prototypes voorbij: hij komt in 2010 op de markt.

Een andere vinding waar u aan meewerkt, is de SmartSkin.

De SmartSkin oogst warmte en koude om die tijdelijk op te slaan en te verplaatsen naar de tijd en plek waar ze nodig zijn. Als je inzoomt op samengestelde buitenmuren, of op drievoudig glas, dan zie je een groot temperatuurverloop. De kou of wamte op verschillende posities in een buitenmuur kun je oogsten. Hetzelfde geldt voor een drievoudige glazen ruit. Als je watervoerende aluminium kokertjes tussen de verschillende platen aanbrengt, kun je deze aansluiten op een warmte-koude-opslag. De SmartSkin-ruit wint tussen de buitenste en middelste glasplaat op een winternacht water van 8-10 graden Celsius, en op een zomerdag water van 18-25 graden Celsius. Deze warmte en koude kun je vervolgens gebruiken om de temperatuur tussen de middelste en binnenste glasplaat omhoog of omlaag te brengen voor zuinige en comfortabele koeling en verwarming. SmartSkin is ook in massieve, niet-translucente toepassing mogelijk, bijvoorbeeld bij renovatie van monumenten en woningen. Deze nieuwe veelbelovende zeer-lage-temperatuur technologie staat nog in de kinderschoenen, maar zal van majeur belang zijn bij de toekomtige, duurzame steden. SmartSkin is een hybride tussen materiaal- en installatietechniek in de schil of huid van een gebouw. Dat is de plek waar het gebeurt: het verschil tussen binnen en buiten wordt in dat dunne laag overbrugd, en tegelijkertijd heeft de huid of schil aan de binnenzijde een groot laagverwarmd oppervlak.

In 1976 verwierf u het wereldwijde patent op seizoensopslag in de bodem. Een uitvinding die duurzaam bouwen een flinke stap dichterbij heeft gebracht, maar pas de laatste jaren aan het doorbreken is. In datzelfde jaar ontwierp u al een balansventilatiesysteem met WTW en LTV vloerverwarming. Hier gaat hetzelfde verhaal op. Wat is er nodig om duurzaam bouwen in een stroomversnelling te brengen?

De innovaties en vindingen die u noemt, vinden hun oorsprong in een meervoudige opdracht voor het stadskantoor van Lelystad. De gemeenteraad heeft ons project destijds niet gekozen en het project is ook niet gebouwd. Met deze innovaties en een integraal ontwerp wisten we het geschatte energieverbruik van het stadskantoor met meer dan 85 procent te reduceren ten opzichte van destijds gangbare bouw.

Ingenieurs en wetenschappers zijn ver gevorderd met het oplossen van de duurzaamheidproblematiek. Opdrachtgevers kiezen er in de praktijk vaak voor om risico te vermijden en de kat uit de boom te kijken, terwijl zij bij uitstek in de positie zijn om kwaliteit af te dwingen. Daardoor blijven waardevolle innovaties jarenlang (en niet zelden decennialang) op de plank liggen. Dat is een erg dure gemiste kans om de problematiek voortvarend aan te pakken en een wereld achter te laten die onze kinderen graag als erfenis hebben.

Dit artikel werd eerder gepubliceerd in bouwIQ 2009-5.