Duurzaam bouwen met aluminium

Het tekort aan conventionele energiebronnen, hun stijgende prijzen en hun invloed op het milieu, hebben geleid tot een heroverweging van de algemeen gangbare bouwontwerppraktijken en het gebruik van luchtbehandelingsapparatuur.

Energieverbruik in gebouwen vormt vandaag de dag ongeveer 35 tot 40% van het totale energieverbruik in de Europese Unie en draagt voor zo'n 40 tot 45% bij aan de in de atmosfeer uitgestoten kooldioxide (CO2).
Volgens internationale statistieken geldt dat:

 

• 75% van de wereldvoorraad energie wordt verbruikt door het gebouwde milieu met zijn bouwwerken, bezigheden en vervoer.
• 36 tot 45% van de primaire energie waarover een natie beschikt gaat op in gebouwen.
• 40 gewichtsprocent van het jaarlijkse verbruik aan grondstoffen wordt verwerkt in gebouwen.
• 20 tot 26% van het gestorte afval stamt van nieuwbouw, renovatie of sloop.

Verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen worden toegepast om ervoor te zorgen dat op elke tijd van het jaar de temperatuur, de luchtvochtigheid en de luchtkwaliteit in gebouwen hetzelfde is, ongeacht de heersende weerstoestand. Ze verbruiken echter waardevolle energiebronnen, zoals fossiele brandstoffen voor verwarming of elektrische energie voor het aandrijven van de luchtbehandelingsapparatuur. De energiecrisis uit het midden van de jaren 70 van de vorige eeuw heeft de aandacht verlegd naar verbeterde bouwnormen in een poging om het energieverbruik te verminderen. Dit vond zijn weerslag in onder andere richtlijnen voor betere thermische isolatie van gebouwen, verbetering van de efficiëntie van de luchtbehandelingsapparatuur en verwarmingsinstallaties. De Kyoto Conferentie van 1997 over klimaatsveranderingen, die het terugdringen van CO2 en andere broeikasgasemissies tot doel had, heeft een sterke impuls gegeven aan het bedenken van maatregelen die kunnen leiden tot duurzaam gebruik van energiebronnen, waarbij het milieu wordt gespaard.

Duurzame architectuur

Duurzame architectuur is kenmerkend voor het ontwerp van gebouwen die comfortabele en veilige binnenruimte bieden aan de bewoners, terwijl tegelijkertijd het milieu wordt ontzien door het gebruik van natuurlijke bronnen tot een minimum te beperken en gebruik te maken van levenscycluseconomie. De algemene term bioklimaat maakt eveneens deel uit van duurzame of ecologische architectuur en verwijst naar passieve of hybride ontwerp-principes. Het gebruik van niet-giftig en recycleerbaar bouwmateriaal is de kerngedachte van duurzaam bouwen. Het gebruik van materiaal dat directe of indirecte gevaarlijke uitstoot tijdens hun productie- of afvalfase moet worden vermeden. Het gebruik van veilig materiaal, met een gesloten levenskringloop zodat hergebruik mogelijk is, moet worden bevorderd. Dit zal leiden tot minimale milieu-invloeden tijdens materiaalproductie, nieuwbouw, renovatie of sloop. Er moet worden gepoogd om de diverse zaken betreffende houdbaarheid en duurzaamheid te verenigen met plaatselijke kenmerken en toestanden, terwijl ondertussen een keuze wordt gemaakt voor geschikt bouwmateriaal. Tevens moet daarbij rekening worden gehouden met de invloed daarvan op de energiebehoefte van het bouwwerk en op het milieu. Het gaat erom een evenwicht te vinden tussen enerzijds milieu-overwegingen en anderzijds economische beperkingen.

Hergebruik

De keuze van materiaal met lage inwendige energie (de energie die nodig is om het materiaal te produceren) is van vitaal belang. Het vermogen van een materiaal om te worden hergebruikt en te worden gerecycled, is van nog groter belang, omdat de inwendige energie elke keer dat het materiaal wordt hergebruikt, afneemt in een mate die afhangt van de kosten van de benodigde recyclingenergie. De Technische Universiteit Delft heeft in het kader van het programma 'Aluminium voor de Generaties van de Toekomst' een onderzoek uitgevoerd naar de sloop van een aantal gebouwen in zes landen in Europa, te weten Frankrijk, Duitsland, Italië, Spanje, Nederland en Engeland. Hieruit blijkt dat 92 tot 98% van het uit de gesloopte gebouwen afkomstige aluminium werd ingezameld.

Levensduuranalyse

Levensduuranalyse wordt beschouwd als een zeer effectief middel om onderscheid te kunnen maken tussen diverse materiaalsoorten en ontwerpen. De analyse wordt uitgevoerd voor de totale economische levensduur van het gebouw (gewoonlijk een periode van 50 jaar). Door levensduuranalyse te combineren met economische kostenanalyse, is het mogelijk om een bouwontwerp in zijn totaal te kunnen beoordelen. Voor wat betreft de economische kant: hier is het nodig om de beginkosten van de bouw plus de gebruikskosten en onderhoudskosten gedurende de gehele levensduur van het gebouw in rekening te brengen.

Omhulling

De omhulling van het gebouw is maatgevend voor de energie-uitwisseling tussen het buitenklimaat en de binnenruimte, en beheerst dus de algehele energiebehoefte van het gebouw. Het doel bestaat uit het beperken van warmteverliezen tijdens de winter en het behalen van warmtewinst tijdens de zomer. Geschikte thermische isolatie kan de warmte die door geleiding via de omhulling het gebouw verlaat beperken. Het niveau van thermische isolatie van gebouwen wordt doorgaans gespecificeerd door nationale normen in de diverse landen. Er moet worden gelet op het feit dat bouwontwerpen en! of bouwmaterialen die geschikt zijn in het ene land dat niet zonder meer ook in een ander land zullen zijn. Bouwontwerp of materiaalgebruik dat het goed doet in koude klimaten kan desastreus blijken te zijn in warme klimaten. Moderne gebouwen zijn ontworpen om een optimaal binnenklimaat te verschaffen al naar gelang hun functie (werk, ontspanning). Op deze manier kunnen bewoners hun maximale productiviteit realiseren en genieten van een omgeving die geschikt is voor hun activiteit. Binnen een gebouw moet er worden gezorgd voor aangename thermische, visuele en acoustische omstandigheden, alsmede goede kwaliteit van de aanwezige lucht. Deze eisen vergen een zorgvuldige afweging van verscheidene variabelen teneinde te kunnen komen tot wenselijke omstandigheden.




Afbeelding 1 Invloeden van zomer en winter op een gebouw.

Energie verbruik

Energieverbruik hangt voornamelijk af van de functie van het gebouw (commercieel, kantoor, ziekenhuis, school, bewoning), constructietype en omhulling (materiaal, isolatie), besturing en bedrijfstijd van mechanische systemen, gebruikersgedrag, gebruiksuren, type luchtbehandelingssysteem en het soort brandstof dat wordt gebruikt. Energieverbruik van een gebouw wordt uitgedrukt in energie per eenheid van vloeroppervlakte (kWh/m2) of per volumeëenheid (k Wh/m3) voor gebouwen met grote inhoud, ook wel per bed of per bewoner voor gebouwen met specifieke functies, zoals ziekenhuizen en hotels. Afhankelijk van de functie van een gebouw en de lucht behandelingsinstallatie, kan het totale jaarlijkse energieverbruik van Europese gebouwen variëren tussen 80 en 450 kWh/m2. Maatregelen ter besparing van energie moeten gericht zijn op specifieke problemen die ontstaan als gevolg van de kenmerken van het gebouw. Sommige daarvan zijn uniek en hangen samen met de specifieke functie van het gebouw, terwijl andere gelijk zijn voor alle gebouwen, zoals warmteverlies tijdens de winter en warmte-opname tijdens de zomer (afbeelding 1).

Aluminium als bouwmateriaal

De afgelopen 30 jaar is het gebruik van aluminium in gebouwen voortdurend toegenomen. Deze groei is het gevolg van een aantal kenmerkende voordelen die voortkomen uit de volgende materiaalkarakteristieken:

 

• Aluminium is niet giftig, niet magnetisch, onbrandbaar en vonkt niet, dus is het een veilig materiaal.
• Aluminium heeft een lange levensduur en vereist beperkt of in het geheel geen onderhoud, gedurende de totale levensduur van het gebouw. Hoge duurzaamheid en sterkte worden verkregen door het aluminium te legeren met andere elementen.
• Aluminium heeft een laag soortelijk gewicht, dat slechts 1/3 bedraagt van dat van staal. De sterkte/gewichtsverhouding stelt architecten in staat om de belasting van de dragende structuur te beperken.
• Aluminium is een goede warmtegeleider. Het kan gemakkelijk warmte afvoeren en kan dus worden beschouwd als een koel materiaal. Dit is een gunstige eigenschap met betrekking tot het verhelpen van het probleem van warmte-eilandeffecten die zich bij bouwmaterialen kunnen voordoen.
• Blank of speciaal bekleed aluminium, vertoont een hoge mate van spiegeling en lage uitstraling, beide van groot belang voor zonnestralingsenergie.
• Aluminium biedt aanzienlijke ontwerp-vrijheid. Het kan worden gewalst, geëxtrudeerd en gegoten tot een grote verscheidenheid van vormen. Het kan worden bewerkt, gezaagd, geboord, gebogen en gelast in de werkplaats of op de bouwplaats.
• Aluminium kan worden geanodiseerd of bekleed in diverse kleuren. Op deze manier komt het tegemoet aan tal van esthetische en decoratieve eisen, terwijl tegelijkertijd zijn natuurlijke duurzaamheid en corrosieweerstand worden verbeterd via zo'n makkelijk reinigbaar oppervlak.
• Aluminium heeft een hoge intrinsieke waarde en lage recyclingkosten. Dit verlaagt de kosten van ontmanteling van het materiaal in geval van renovatie of sloopkosten aan het eind van de economische levensduur van het gebouw.

Energiebesparing

Toepassing van aluminiumbekleding van gebouwen kan leiden tot aanzienlijke energiebesparing. Voor een nietgeïsoleerd gebouw, kan aanbrengen van een geschikte isolatielaag op het gebouw plus een aluminium afdekking op een geschikte afstand van de muur (afbeelding 2) de verhitting van buitenaf verminderen met maximaal 30% en de warmteverliezen van binnenuit met maximaal50%. Het concept achter energiebesparing is betrekkelijk simpel. Slagen of falen liggen soms dicht bij elkaar. Het is daarom van belang om te realiseren dat een zorgvuldige analyse nodig is, alsmede enige praktijkervaring en een correct samengaan van de verschillende bouwmaterialen en technieken om tot een praktisch ontwerp te komen. De ontwerper moet zich rekenschap geven van de beperkingen, specifieke eisen, karakteristieken en mogelijkheden die elk project biedt aan de hand van een goed gedefinieerde strategie en integratie van plaatselijke tradities en omstandigheden.





Afbeelding 2 Gebouw met isolatie en uitwendige aluminium bekleding.
 

Conclusie

Aluminium als metaal komt tegemoet aan alle vereisten voor duurzaamheid. Op correcte wijze toegepast kan het zorgen voor energiebesparing.

Bronnen

European Aluminium Association (EAA)
Aluminium Handbook