Ingenieur Roel Loonen (29) van de TU/e was betrokken bij dat FACET-project. Hij vertelt over zijn specialiteit: het voorspellen van de prestaties van adaptieve gevels met behulp van computermodellen en gebouwsimulaties.

Bijna alle onderzoeksinstituten en een groot aantal wetenschappers in Nederland die zich systematisch bezighouden met ontwikkeling van vernieuwende geveltechniek, werkten in de afgelopen drie jaar samen in de FACET- en CAGIM-projecten (zie kader). Centrale vraag was: hoe kunnen dynamische, adaptieve gevels worden ontworpen waarmee we nul-energiegebouwen realiseren die tegelijkertijd een comfortabel binnenklimaat bieden voor gebruikers (FACET) of de geschikte omstandigheden voor plantengroei (CAGIM)? Roel Loonen, verbonden aan de Bouwkundefaculteit van de TU/ Eindhoven en lid van de leerstoelgroep ‘Building Performance’ was actief in de ontwikkeling van software voor FACET. Loonen: “Vóór het FACET-project was het softwarematig nog niet goed mogelijk om de veranderlijke eigenschappen van een adaptieve gevel te onderzoeken. Met onze groep hebben we in het kader van FACET die mogelijkheden uitgebreid met nieuwe simulatieprogramma’s en computermodellen. Daarmee kun je bijvoorbeeld de impact van slimme daglichttoetreding berekenen of aantonen wat zonwering of weersafhankelijke isolatie doen. Dat onderzoeksgereedschap ontwikkelen is tegelijkertijd ook mijn promotieonderzoek.”

Omgekeerd
Op de zesde verdieping van het Bouwkundegebouw op de campus van de TU/Eindhoven heerst een rustige werksfeer, terwijl toch zeker veertig mensen er hun werkplek hebben. Aan hun beeldschermen werken studenten en wetenschappers aan hun scripties en onderzoeksverslagen. Roel Loonen heeft zijn computer even uitgezet om in de glazen spreekkamer op de afdeling te vertellen over FACET en zijn andere wetenschappelijke activiteiten. Loonen: “FACET was vooral bijzonder vanwege de gekozen onderzoeksstrategie. We volgden in feite een methode die omgekeerd was ten opzichte van de traditionele aanpak. Normaal gesproken ga je bij het ontwikkelen van een gevel uit van een bepaald materiaal of een gegeven gebouwontwerp. Vervolgens ga je met behulp van simulatieprogramma’s berekenen hoeveel energie je kunt besparen bij verschillende opties voor de gevel. FACET deed het andersom: we zijn eerst gaan kijken welke aspecten echt belangrijk zijn voor de aanpasbaarheid van gevels met het oog op optimaal comfort bij minimaal energieverbruik. Dat ideaal of die potentie, projecteerden we tien jaar in de toekomst. Terugredenerend vroegen we ons vervolgens af: ‘Wat moeten we doen om binnen tien jaar op het ideale punt te belanden? Het antwoord daarop is de kern van het FACET-project.”

Optimaal
Met simulatieprogramma’s hebben de onderzoekers in FACET een groot aantal oplossingen voor adaptiviteit van bestaande gevels en gevelconcepten (zie: https://www.pinterest.com/CABSoverview/) doorgerekend en op basis daarvan de beste geselecteerd. Zo konden ze nagaan wat werkt en wat niet. Loonen: “Het gaat erom dat je de optimale combinatie vindt van oplossingen. Dat zijn er miljoenen, als je de veranderende invloed van alle klimaatfactoren per tijdseenheid daarbij betrekt. We willen bijvoorbeeld zo weinig mogelijk verblinding door de zon, en tegelijk zoveel mogelijk helder zicht. Je moet dus verblinding en uitzicht tegen elkaar afwegen en proberen de optimale combinatie te vinden. Zo kijk je ook naar de hoeveelheid nuttig daglicht die je binnenhaalt ten opzichte van het thermisch comfort en de energie die nodig is voor verwarming, koeling en verlichting. Die energiefactor moet natuurlijk zo laag mogelijk zijn.” Nog ingewikkelder wordt het als gevelontwerpers bij afwegingen van oplossingen ook rekening willen houden met de veranderlijkheid van de stand van de zon en van de seizoenen.

Volgens Loonen maakt een adaptieve gevel het mogelijk om de optimale afweging te maken voor elk punt in de gevel en voor elk tijdstip, daarbij rekening houdend met de buitencondities en met comfortwensen. Loonen: “Dat is feitelijk de motivatie waarom wij denken dat statische gevels niet zo handig zijn. Er is daarbij altijd sprake van een compromis, van een starre situatie die eigenlijk nooit optimaal is, hooguit voldoende. Bij de adaptieve gevel kun je steeds inspelen op wat werkelijk gevraagd wordt.”

Voorspellend berekenen
De resultaten van het FACET-onderzoek zijn zeer veelbelovend. Bij de ideale FACET-gevel kan het totale energiegebruik tien keer zo laag zijn als dat van de referentiesituatie (nieuwbouwkantoor in 2009). (Zie diagram onderaan dit bericht).

De verwarmingsbehoefte kan nagenoeg geëlimineerd worden, de koelbehoefte en de post verlichting kunnen gehalveerd worden. Die slotsom betekent voor Roel Loonen niet dat hij ophoudt met waar hij in het kader van FACET mee bezig was. Hij zet zijn expertise en simulatiegereedschap nu in bij projecten die direct aan de praktijk zijn gekoppeld. Loonen: “Voor het project PEER+, een bedrijfje dat is ontstaan op de scheikundefaculteit van de TU/e, heb ik een voorspellende berekening gemaakt van de energiewinst die haalbaar is bij toepassing van een nieuw soort schakelbaar glas.” Inmiddels is deze vinding, op basis van vloeibare kristallen, overgenomen door het Duitse bedrijf Merck. Volgens Teun Wagenaar, een van de oprichters van Peer+, is dit schakelbare glas een ‘world changing product’. De Eindhovense vinding heet nu Merck Liquid Crystal Windows. Het liquid crystal-glas kan op elk gewenst moment en binnen enkele seconden schakelen van licht en transparant naar donker en minder transparant. Een elektrisch circuit regelt de schakeling. In de voorgevel van het hoofdkantoor van Merck in Darmstadt is een raam geïnstalleerd dat bestaat uit ‘pixels’ van afzonderlijke  liquid crystal-ramen. Daardoor is bij de wisselende lichttoetreding per pixel de optimale lichtdoorlatendheid te regelen waardoor energie kan worden bespaard op koeling, verwarming en verlichting. Bovendien biedt het architectonische mogelijkheden. Merkck is nu bezig met ramen van schakelbaar glas van 2 bij 2 meter voor toepassingen in de bouw. Een ander jong Nederlands bedrijf is Wellsun (voorheen: Solarswing Energy, red.). Zie ook: www.wellsun.nl.  Daar werken ze aan een module die het directe, verblindende zonlicht omzet in elektriciteit en die tegelijkertijd diffuus daglicht doorlaat. Dat brengt interessante zonweringsoplossingen in beeld. Het werkt alleen als die module precies op de zon gericht blijft. Het project is deels gefinancierd met private middelen en subsidie van de RVO. Ook de Radbouduniversiteit van Nijmegen is erbij betrokken. Roel Loonen: “Daar speelt dus de aanpasbaarheid van de gevel een cruciale rol, mijn werkterrein. Wij modelleren, simuleren en voorspellen wat dit systeem doet voor het daglicht binnen. Hoeveel energie kun je bijvoorbeeld besparen door minder koelvraag? Op die manier proberen we het productontwerp te optimaliseren. Het mooie is dat een aantal weken geleden een eerste testopstelling is gerealiseerd op het dak van de Radboud Universiteit.“

FACET en CAGIM
Die eerste afkorting staat voor ‘Façade als Adaptief Comfortverhogend en Energiebesparend Toekomstconcept’. FACET was een samenwerking van ECN, DPA Cauberg-Huygen, TNO, TU Delft en TU Eindhoven en werd gesubsidieerd door de Rijksoverheid (RVO). CAGIM (Climate Adaptive Greenhouses Inverse Modelling) heeft betrekking op onderzoek naar klimaattechnologie in de glastuinbouw. De partners bij CAGIM waren de Haagse Hogeschool, Priva, TNO, TU Delft, Kenlog, Productschap Tuinbouw, Wageningen Universiteit en TU/e.
Voor de einderapportages, kijk op: www.eosfacet.nl en www.cagim.weebly.com  

Tekst: Louis Jongeleen Beeld: Ingmar Kurth, bouwplaatVught