Arjen van der meer belicht de eisen die in energiezuinige nieuwbouw aan gevels worden gesteld. Het weren en het benutten van de zon staan daarbij centraal.

Er is een toenemende aandacht voor het energiegebruik van gebouwen. Minister Cramer heeft aangekondigd om per 2020 energieneutrale woningbouw als norm te willen stellen. In Engeland wil men in 2016 al op dat niveau aangeland zijn. Ook in de utiliteitsbouw neemt de vraag naar 0-energiegebouwen toe. Ontwikkelaar OVG heeft recent aangekondigd in de komende vijf jaar 1 miljard dollar in klimaatneutrale gebouwen te gaan investeren.

De gevel is het intermediair tussen het buiten- en binnenklimaat. De gevel zorgt voor daglicht en weert regen-, wind-, geluid- en zoninvloeden en voorkomt dat warmte verloren gaat. In dit artikel wordt ingegaan op de eisen die in energiezuinige nieuwbouw aan gevels worden gesteld. Het weren en het benutten van de zon staan daarbij centraal.

Klimaatgevel en tweede huid gevel
Een ontwikkeling die zich de afgelopen decennia in de geveltechniek heeft voorgedaan is de dubbele uitvoering van de gevel, door ofwel een extra blad aan de binnenzijde (klimaatgevel) ofwel aan de buitenzijde (dubbele huid gevel) te plaatsen.

De spouwruimte tussen de twee bladen is als het ware een grote zonnecollector die kan bijdragen in de ruimteverwarming van het gebouw. Bij een klimaatgevel wordt door de zon opgewarmde lucht afgezogen en direct dan wel indirect benut voor de ruimteverwarming. Bij de tweede huid gevel is het extra gevelblad en de spouwruimte vooral een buffer tegen grote wind of geluidbelasting. Door spouwruimte wordt het ook bij hogere gebouwen mogelijk om ramen te openen.

Westraven
Daarnaast kan zonwering worden opgenomen in de spouwruimte waardoor deze minder onderhoudsgevoelig is. Het nieuwe gebouw voor Rijkswaterstaat te Utrecht Westraven - ontworpen door Cepezed - laat deze functies goed zien.

Aan de noordzijde heeft het gebouw een echte tweede huid gevel in verband met de geluidsbelasting van de A12, bij de overige drie gevels van het gebouw bestaat de tweede huid uit een open geweven met zwart teflon gecoat glasvezel zonwerend doek, waarmee de winddruk op de gevel wordt verminderd en gebruikers ook op grote hoogte ramen kunnen openen.

Philips High Tech Campus
Voor lagere gebouwen zonder extra belasting van buitenaf is een dubbele uitvoering van de gevel niet altijd rendabel. Bij moderne kantoorgebouwen is de warmtebehoefte vanwege enerzijds de interne warmteproductie en anderzijds de toepassing van een goede isolatie, hoog rendement glastypen en ventilatiesystemen met warmteterugwinning reeds gering. Extra warme lucht van de gevel opgewekt via een dubbele huid vormt een groter gedeelte van het jaar een probleem dat dit een bijdrage levert in de energiezuinigheid van het gebouw.

Bij de gebouwen van de Philips High Tech Campus te Eindhoven [Zie Afbeelding 1] is goed te zien hoe de architecten van INBO en JHK samen met adviesbureau DGMR zijn omgegaan met dit gegeven. Op de campus wordt ruim 300.000 m² aan kantoor- en laboratoriumfuncties gerealiseerd.

Voor de gevels is gesteld dat deze vooral zeer goede zonwerende eigenschappen moet krijgen. Dat gaf de architecten de vrijheid om vrijwel volledig open gevels te ontwerpen, mist deze voorzien waren van zonwerende hoog rendement beglazing en als tweede zeer belangrijke randvoorwaarde: voorzien waren van buitenzonwering. Op de campus is een keur aan buitengevelsystemen te zien, zowel horizontale- als verticale lamellen, screens en louvres.

Invloed energieopwekking op de gevel
Het energiegebruik van een gebouw wordt bepaald door het gebouw, de gebouwinstallatie en de energievoorzienig. Voor de energievoorziening van de High Tech Campus Eindhoven is in 2000 gekozen voor warmte/ koude-opslag.

Dit energieconcept heeft zich voor grotere utiliteitsbouw bewezen en is inmiddels de standaard geworden. Warmte wordt in de winter ontrokken uit het grondwater in dieper liggende waterreservoirs (aquifers). Warmtepompen verhogen deze brontemperatuur op een zeer efficiënte wijze naar circa 30-40 graden. Warmte en koude worden afgegeven met vloerverwarming aangevuld met inductieunits of via watervoerende klimaatplafonds. Door het onttrekken van warmte koelt de bodem af.

In de zomer vindt de omgekeerde beweging plaats. Warmte wordt uit het gebouw onttrokken en waarmee de bodem opgeladen wordt voor het volgende seizoen. Deze efficiënte wijze van verwarming is een volgende reden waarom een dubbele gevel minder kosteneffectief is.

Energieproducerende gevel
Bij een energieneutrale gebouw staat net als bij een Passief Gebouw het verminderen van de energiebehoefte voorop, met als vervolgstap om het Gebouw zelf deze energiebehoefte te laten produceren. PV-panelen (elektriciteit producerende panelen) laten zich uitstekend in woningen integreren.

Eind jaren negentig is een aantal 0-energie woningbouwprojecten gebouwd, onder meer te Leeuwarden, Amersfoort, Nieuwland, Utrecht en Leidsche Rijn. Deze projecten kenmerken zich door grote op het zuiden gerichte dakvlakken.

Waar het in de woningbouw mogelijk is om een woning te ontwerpen met voldoende oppervlak voor PV-panelen om de totale energiebehoefte in te vullen, lukt dat bij kantoorgebouwen niet.

Dat betekent dat er nog meer aandacht moet worden besteed aanvraag reductie, aan andere duurzame energiesystemen en dat de ambitie om klimaatneutrale kantoorgebouwen te realiseren invloed zal hebben op het gebouwontwerp.

PV- panelen in de gevel geïntegreerd
In de gebouwde omgeving is fotovoltaïsche zonne-energie, PV, een prima mogelijkheid om duurzaam elektriciteit op te wekken. De afgelopen jaren zijn er al vele PV-systemen gerealiseerd, zowel in Nederland als in andere landen.

Veel toegepast zijn PV-systemen op het dak, zowel op het platte als op het schuine dak. Gevels bieden echter een goede en zichtbare mogelijkheid om PV-systemen toe te passen. Dit kan op verschillende manieren. Aan de hand van een viertal projecten worden PV-gevel integratie oplossingen getoond.

1. PV geïntegreerd in een vliesgevelsysteem
Een vliesgevelsysteem leent zich ook uitstekend om PV in te integreren. De PV-panelen worden hierbij geïntegreerd in de dichte geveldelen. Een project waarbij een gevel een geïntegreerd PV-systeem krijgt, is de Palmtoren in Nieuwegein, een ontwerp van KCAP. Op de zuid-, west- en oostgevel zullen PV-laminaten, panelen zonder frame, als een glasplaat in het gevelsysteem worden verwerkt.

2. PV als gevelbekledingsmateriaal
Een andere, eenvoudige manier om PV toe te passen is bijvoorbeeld een kopgevel waar PV-panelen tegen worden gemonteerd. Dit gebeurt meestal door een frame te bevestigen waarin de panelen vastgezet worden. Hiervoor worden meestal standaard omkaderde PV-panelen gebruikt maar ook PV-laminaten kunnen worden gebruikt. Een voorbeeld van deze toepassing is de flat aan de Bieslandsekade in Delft van woningcorporatie Woonbron Delft. Op de zuidgevel zijn hier tijdens de renovatie PV-panelen aangebracht. De opgewekte elektriciteit wordt gebruikt voor de collectieve voorzieningen van de flat. Voorbeelden uit het buitenland zijn bijvoorbeeld de Solar Tower in Freiburg [zie afbeelding 2] en de CIS Tower in Manchester.

3. PV-doorzichtpanelen
PV-doorzichtpanelen worden ook geïntegreerd als doorzicht panelen in de open geveldelen toegepast. Door de afstand tussen de cellen te variëren kan een hogere of lagere lichtdoorlatendheid worden bereikt. De schaduwwerking van de cellen geeft een speels effect in de achtergelegen ruimte. Veelal worden de doorzichtpanelen toegepast bij wat grotere open ruimten. Voorbeelden in Nederland hiervan zijn het ECN gebouw in Petten en de brandweergarage in Houten van Samyn en Partners [zie afbeelding 3].

4. PV als zonwering
Zonwering wordt meestal in de vorm van lamellen toegepast. De PV-panelen zijn dan onder een hoek voor de ramen geplaatst. Er kan gekozen worden voor dichte panelen of ook glas-glas PV-panelen die nog een deel van het licht doorlaten. Een voorbeeld van deze toepassing is te vinden bij kantoor Schonenvaert in Haarlem [Afbeelding 4 en 5] van de Rijksgebouwendienst Directie Noord-West. Bij de uitbreiding van een bestaand kantoor is door O P L Architecten een zonweringsysteem ontworpen bestaande uit lamellen met daarin zonnecellen. De zonwering aan de gevel loopt door in het PV-systeem op het dak. Hiervoor zijn dezelfde typen modulen gebruikt.

Nieuwe ontwikkelingen
Nieuwe ontwikkeling in de PV-industrie zijn panelen die bestaan uit een dunne laag amorf silicium (fotovoltaisch materiaal) die aangebracht is op een glasplaat. Deze panelen zijn ook gedeeltelijk lichtdoorlatend doordat de laag heel erg dun is. Deze panelen zijn ook uitstekend geschikt voor integratie in de gevel en hebben naast de elektriciteitsproductie een zonwerende functie.

Opbrengst
Een gevel biedt een goede en erg zichtbare mogelijkheid voor het opwekken van elektriciteit met behulp van PV. Wel dient er rekening gehouden te worden met het feit dat de opbrengst minder zal zijn dan bij een vergelijkbaar systeem op een dak geplaatst met een optimale hellingshoek tussen de 20 en 40 graden.

Voor de hoogste opbrengst moet het gevelsysteem op het zuiden gericht zijn. Een systeem aan de gevel geeft dan 70 tot 75% van de opbrengst ten opzichte van een systeem op een dak, in de praktijk is dat circa 560 tot 600 kWh per kWp geïnstalleerd systeem per jaar. De opbrengst per vierkante meter hangt af van het totale PV-vermogen per vierkante meter ofwel het aantal en type PV-cellen die er zijn toegepast per vierkante meter.

Voor een standaard PV-paneel komt dit op jaarlijks circa 70 tot 75 kWh per m². Bij doorzichtpanelen ligt de opbrengst lager. Aandachtspunt bij het ontwerp is dat er geen of zo min mogelijk beschaduwing door nabijgelegen gebouwen plaatsvindt.

Gevels en duurzame energie
De gebouwde omgeving is goed voor veertig procent van het Europese energiegebruik. Door een goed ontwerp van de gevel kan de gevel bijdragen aan enerzijds vraagreductie en anderzijds duurzame opwekking van elektriciteit. Per 2008 worden binnen de nieuwe regeling Stimulering duurzame energieproductie (SDE) PV-systemen voor woningen weer gestimuleerd.

Afbeeldingen
Afbeelding 1: Gevels Philips High Tech Campus Eindhoven, ontwerp INBO en JHK Architecten. Transparante gevels met buitenzonwering.
Afbeelding 2: Solar Tower Freiburg
Afbeelding 3: Brandweergarage Houten, ontwerp Samyn en Partners
Afbeelding 4 en 5: Gebouw Schonenvaert, Rijkswaterstaat Haarlem, ontwerp uitbreiding OPL Architecten