Energieopslag in het materiaal

Winkelcentrum Cotroceni Park, Boekarest (M.Y.S. Architects).

Als de temperatuur in het gebouw stijgt, warmt een constructiemateriaal op. Het materiaal kan deze warmte (thermische energie) vervolgens vasthouden en later weer afgeven. Het vermogen daartoe heet thermische massa. In het algemeen bezitten zwaardere constructiematerialen een hogere thermische massa. Maar dat betekent niet dat je met een zware constructie altijd beter uit bent. Een lichte constructie is minstens zo goed.

De thermische massa van een constructiemateriaal is geen synoniem voor de massa van de constructie. De thermische massa wordt bepaald door drie materiaaleigenschappen:

• de soortelijke warmte: de energie die nodig is om de temperatuur van het materiaal te laten stijgen;
• de dichtheid: de massa van het materiaal per m³;
• de warmtegeleidingscoëfficiënt: de hoeveelheid warmte die per graad Celsius temperatuurverschil door het materiaal gaat.

Naarmate de soortelijke warmte en dichtheid hoger zijn en de warmtegeleidingscoëfficiënt lager, is de thermische massa van het materiaal groter.

Zwaar of licht?

Of een gebouw met een zware of juist een lichte constructie energiezuiniger is gedurende een geheel jaar, is van vele factoren afhankelijk: het klimaat, de jaargetijden, de dag-/nachtcyclus, de ligging en projectering van het gebouw, de gebouwvorm, -indeling en -functie en de bezettingsgraad.

In het algemeen geldt dat in het voor- en najaar, als de temperatuurschommelingen tijdens de dag-/nachtcyclus groter zijn, een licht gebouw meer energie vraagt. Daarentegen heeft een zwaar gebouw meer energie nodig in de zomer en winter, als de temperatuur vrij constant blijft.
Bovendien reageert een licht gebouw met een lage thermische massa sneller. Bij bijvoorbeeld een hoge interne warmtelast of na een onverwacht koude nacht, kost ‘t minder energie om het gebouw op een comfortabele temperatuur te krijgen.

De energievraag van zware en lichte gebouwen is sterk afhankelijk van het seizoen.

Een belangrijke wetenschap is ook dat de thermische massa van een materiaal slechts gedeeltelijk wordt benut voor korte-termijnenergieopslag en -afgifte. Zo wordt van een massieve vloer hooguit de buitenste laag van 70–100 mm gebruikt. Bij normale dag-/nachtcycIi in een gematigd maritiem klimaat, zoals in ons land, zijn slechts de buitenste 40 tot 50 mm van nut.

Om de thermische massa van het materiaal effectief aan te spreken, moet de massa (thermisch) in contact staan met de ruimten in het gebouw. De massa mag bijvoorbeeld niet bedekt zijn met warmte-isolerende bouwdelen, zoals een geïsoleerd systeemplafond.