Bouwen met Staal | Veelzijdig, flexibel, duurzaam Bouwen met Staal

Warmteaccumulatie

« terug naar Bouwfysica
Warmteaccumulatie Warmteaccumulatie

Warmte-accumulatie is het effect, dat een zwaar (betonnen of stenen) gebouw de hele zomer dag en nacht betrekkelijk koel blijft, terwijl een licht gebouw (van staal of hout) in de zomer overdag warm en 's nachts weer koud wordt. Voor beide is wat te zeggen.

Bij woongebouwen, waar op elk moment van de dag iemand aanwezig is, kan het beter zijn om de binnenluchttemperatuur constant te houden. Daar kan een warmte-accumulerende constructie van pas komen. Maar bij utiliteitsgebouwen, waar mensen van 9 tot 5 verblijven, kan het voor de energierekening beter zijn om een lichtere constructie te kiezen. Bovendien hoeft de warmte-accumulatie niet per se uit massa te worden gehaald. Er zijn tegenwoordig slimme technieken en materialen (bijv. faseveranderingsmaterialen) waarmee warmte-accumulatie makkelijk te regelen is.

Warmte-accumulatie
De warmteaccumulatie is afhankelijk van de warmtecapaciteit C. Dat is de hoeveelheid warmte die nodig is om 1 m3 materiaal 1 graad Kelvin of Celsius in temperatuur te doen stijgen. De warmtecapaciteit C is het product van de dichtheid ρ en de soortelijke warmte c. Daarnaast is uiteraard de hoeveelheid materiaal te variëren. In de volgende tabel staan de belangrijkste bouwmaterialen met hun waarden.

materiaal soortelijke dichtheid soortelijke warmte warmtecapaciteit
  ρ c C
  kg/m3 J/kg.K J/m2.K
water 1000 4186 4,19.106
lucht 1,29 710 0,00092.106
staal 7800 530 4,13.106
aluminium 2800 880 2,46.106
baksteen 1750 840 1,47.106
kalkzandsteen 1900 840 1,60.106
grindbeton 2400 840 2,02.106
naaldhout 550 1880 1,03.106
glas 2500 840 2,10.106
pur-schuim 90 1470 0,13.106
paraffine 900 2300 2,07.106

De waarden uit de tabel zijn afkomstig uit het "Tabellenboek voor de bouw" van uitgeverij Ten Hagen Stam.

Zwaar en licht
Zoals te zien in bovenstaande tabel is de warmtecapaciteit van staal groter dan van beton of baksteen. Toch noemen we gebouwen met een stalen draagconstructie of stalen gevel licht van gewicht. Dat komt, doordat er voor een staalconstructie veel minder materiaal nodig is dan voor een vergelijkbaar betonnen alternatief.

Zomer
Wanneer de buitentemperatuur stijgt, of de zon gaat schijnen, wordt ook de gehele gebouwconstructie mee opgewarmd. Bij een licht gebouw kost dat weinig tijd. Binnen een paar uur is het gebouw zo warm, dat niet alleen de temperatuur van de lucht in het vertrek gaat stijgen, maar ook de warmtestraling van de wanden de behaaglijkheid bevordert.
Bij een zwaar gebouw is er door de grotere massa veel meer warmte nodig om het gebouw op te warmen. Dit kost veel tijd, waardoor het pas tegen de avond opgewarmd is en waardoor de afkoeling plaatsvindt gedurende de koelere nachtperiode. Hierdoor is de temperatuur in de zomer bij een zwaar gebouw bijna gelijk aan de gemiddelde buitentemperatuur over een aantal dagen.

Winter
Warmteaccumulatie speelt ook in de winter een rol. Een licht gebouw is snel opgewarmd als de verwarming aangaat. Bij een zwaar gebouw kan dit uren duren (na-ijleffect). Bij gebouwen met een constante binnentemperatuur zoals woningen kan warmteaccumulatie bijdragen aan een behaaglijk binnenklimaat. Door de warmteaccumulatie zijn wisselingen in de buitentemperatuur binnen niet zo snel merkbaar. De verwarming die ook een zekere traagheid heeft, hoeft niet zo snel te reageren, waardoor de binnenluchttemperatuur uiteindelijk veel constanter is.

Massa
Het is een wijdverbreid misverstand, dat we in Nederland minstens 20 centimeter dikke massieve vloeren en wanden nodig hebben, om warmte te bufferen. Dat geldt misschien voor het mediterrane klimaat, maar niet voor het onze. Bij een normale dag- en nachtcyclus in een gematigd klimaat, wordt slechts de buitenste 5 centimeter gebruikt. Jaap Wiedenhoff van ingenieursbureau Arup heeft een studie gedaan naar het energieverbruik van lichte en zware gebouwen met hun installaties. Daaruit blijkt dat in noordelijke en gematigde klimaten lichte gebouwen minder energie verbruiken voor verwarming en koeling. Een licht gebouw koelt immers sneller af en is ook weer sneller op te warmen.

Andere vormen van warmteopslag
Door bouwdeelactivering zal de massa een rol gaan spelen bij de energiehuishouding. Dit wordt al gedaan met beton, maar er zijn zogeheten faseveranderingsmaterialen ("phase changing materials") die warmte veel efficiënter bufferen. Rond kamertemperatuur veranderen deze materialen van fase (veelal van vloeibaar naar vast en weer terug). In Nederland is paraffine al succesvol toegepast in het dak en er zijn vergevorderde plannen om deze vorm van warmtebuffering in vloeren toe te passen.