Waar staat betonkernactivering in 2021? De weg naar hybride oplossingen ligt open!

Betonkernactivering maakte opgang in het eerste decennium van de 21e eeuw. Het systeem werd warm onthaald, als dé energiezuinige oplossing voor verwarming en koeling. Sindsdien groeide ons energetisch bewustzijn flink. Toch lijkt de toepassing van betonkernactivering in verhouding niet evenredig te zijn gegroeid. Door de sterke evolutie van de HVAC-sector en het gebruik van slimme controlesystemen lijkt daar nu snel verandering in te komen. In dit artikel schetsen twee experts op het vlak van betonkernactivering een stand van zaken. Aan het woord zijn Raf Poppe, product manager bij Echo nv, en Professor-ingenieur Wim Boydens, betrokken bij het Europese onderzoeksproject ‘hybridGEOTABS’ waaraan voor Boydens engineering ook KU Leuven en UGent als Vlaamse partners en trekkers optraden.

Betonkernactivering is perfect, in combinatie met complementaire systemen

Raf Poppe: “Het is intussen algemeen bekend dat betonkernactivering geen systeem is dat je even aan- en uitzet. Omdat het gebaseerd is op de accumulatie van energie, is het een systeem dat temperatuurverschillen over 24 uur uitvlakt. Het is een traag systeem, het duurt immers 4 uur om de temperatuur in de gebouwmassa één graad te laten afnemen of toenemen. Dat komt niet altijd overeen met de verwachting van de gebruiker, die graag een directe impact heeft op zijn binnenklimaat. Vandaag is men het erover eens dat er met betonkernactivering best een structurele basis van 70-85% van het totale energetische vermogen wordt voorzien. Voor de rest van de behoefte (verwarmen en koelen) doet men beroep op een aanvullend en sneller reagerend systeem. De laatste jaren zijn er dan ook steeds meer aanvullende systemen op de markt verschenen.”

Wim Boydens: “Ook wij zijn vanuit het project GEOTABS geëvolueerd naar ‘hybride GEOTABS’. Dat betekent dat we het onderzoek naar verwarmen en koelen middels geothermie en thermisch geactiveerde bouwdelen in een bredere context zijn gaan zien. Pure GEOTABS, waar betonkernactivering (TABS) de rol van het afgiftesysteem invult, is een zeer goed presterend concept. Maar in gebouwen die architecturaal niet zijn ontworpen als puur GEOTABS gebouw kan het zijn limieten bereiken. Daarom dat de thermisch geactiveerde vloerplaten worden ingezet als het meest performante van twee elkaar aanvullende systemen. Dat is vandaag meer dan ooit mogelijk, dankzij een goed aangepaste ventilatie, die complementair de temperaturen bewaakt, en ‘model predictive control’ (MPC) of ‘modelgebaseerde voorspellende regeling’, die dit proces aanstuurt. Via dataverzameling en monitoring kan het systeem zich aanpassen aan en anticiperen op de (voorspelde) vraag. Een secundair snel systeem moet dan in staat zijn thermisch vermogen toe te voegen wanneer de grenzen van de TABS of de regeling daarvan bereikt zijn. In de meeste gebouwen kan deze functie eenvoudig worden bereikt door verwarmings- of nakoelbatterijen toe te voegen aan het ventilatiesysteem. Het klinkt allemaal eenvoudig, maar deze MPC’s vragen configuratie gedurende het ontwerpproces, worden meer en meer geautomatiseerd en staan stilaan klaar voor de brede uitrol. Dat is een serieuze stap voorwaarts, want die zorgt ervoor dat beroep wordt gedaan op het meest comfortabele en klimaatvriendelijke systeem, en enkel volgens echte noodzaak aanvullend op het klassieke systeem.”

Raf Poppe: “Betonkernactivering is vooral geschikt in gebouwconcepten waar thermische vermogens voor verwarming én koeling beperkt blijven. Betonkernactivering in woningbouw is mogelijk, echter voorziet men daar niet steeds een gebouwbeheersysteem en een aanvulling om de wisselende behoefte per ‘kamer’ bij te sturen. In grotere gebouwen, zoals woonzorgcentra of kantoren, waar steeds minder verwarmd wordt maar des te meer gekoeld, kan betonkernactivering in combinatie met deze voorspellende systemen een perfecte ecologische, economische en comfortabele oplossing zijn. Het gebruik van BIM bij facility management zal daar zeker een rol in kunnen spelen. Door het gebruik van BIM kan van het gebouw een ‘digital twin’ worden bijgehouden. Faciliteitsmanagers kunnen deze informatie gebruiken om het klimaat te sturen op basis van bijvoorbeeld het aantal zonuren.”

Geothermische boringen hoeven geen drempel meer te zijn

Raf Poppe: “Betonkernactivering werkt ideaal in combinatie met geothermie, omwille van de lage ΔT tussen primair en secundair systeem (zie kader). Boringen voor geothermie worden alsmaar toegankelijker. Dat verlaagt ook de drempel voor betonkernactivering zelf. Zo bestaat er bijvoorbeeld een databank die aangeeft waar geothermische boringen mogelijk zijn. Zo weet je op voorhand of je terrein geschikt is, en spaar je de kost van proefboringen uit.”

Wim Boydens: “Er kan geen risico genomen worden inzake comfort en dus beschikbaar vermogen en anderzijds willen we dat we met een minimale investering een zo duurzaam mogelijke energieopwekking realiseren. Daarom wordt de oppervlakte van het boorveld optimaal gedimensioneerd. De ‘dimensioneringstools’ en de achterliggende methodologie die we nu ontwikkelden, draaien deels ook om dataverzameling, zowel gesimuleerd als ervaringsgebaseerd. Hoe meer kennis we hebben, hoe beter we het boorveld kunnen dimensioneren. Daardoor zullen we kleinere (en dus goedkopere) boorvelden kunnen aanwenden zonder dat dit ten koste gaat van een duurzame werking op lange termijn.”

Het concept ‘terugverdientijd’ speelt steeds meer een rol in de keuze

Raf Poppe: “Sinds de eerste toepassingen is betonkernactivering een bijzonder interessant systeem. Je moet echter steeds de volledige levenscyclus in beschouwing nemen. Het systeem, gekoppeld aan geothermie is iets duurder in aanschaf dan een klassiek systeem, maar eens geïnstalleerd is de energiekost te verwaarlozen. Het concept ‘terugverdientijd’ en ‘TCO’ had tijd nodig om te groeien, maar wordt vandaag systematisch in beschouwing genomen bij het maken van keuzes. Een hogere aanschafprijs is vandaag minder vaak een struikelblok dan in de begindagen van de geothermie.”

Wim Boydens: “Intussen weten we ook dat het gebruik van GEOTABS voor de gehele vraag kan leiden tot overgedimensioneerde systemen en een te lange terugverdientijd. Ook daarom is de hybride logica zowel vanuit financieel als vanuit technisch en ecologisch oogpunt zinvol.”

Betonkernactivering is de juiste keuze in een gebouw met verwarming- én koelbehoefte

Raf Poppe: “Net omwille van de geothermie blijft het rendement van betonkernactivering evenwel het grootst in gebouwen waar zowel verwarming als koeling nodig is. Dat is het geval waar veel mensen of veel apparatuur samenkomen, woonzorgcentra of andere publieke of residentiële instellingen, maar ook kantoorgebouwen. Door de steeds beter wordende gebouwconcepten en normen zien we een duidelijke tendens naar vermindering van het te installeren verwarmingsvermogen en meer nood aan koeling. Hierdoor zorgt ook de “activering” van het plafond en de gehele gebouwmassa voor een betere piek-demping en worden lage temperatuursystemen zeer interessant.”

Wim Boydens: “Het systeem kan gedurende lange perioden van het jaar profiteren van passieve geothermische koeling, waardoor het veel efficiënter is dan welk ander koelsysteem ook. De warmte die in de zomer aan het gebouw wordt onttrokken, wordt gebruikt voor meer efficiënte, milieuvriendelijke en hernieuwbare verwarming in de winter, en vice versa.”

Akoestische plafonds, open ramen en andere ontwerpkeuzes hoeven geen issue te vormen

Raf Poppe: “Er zijn ook andere dogma’s die intussen verlaten zijn. Ik denk het issue van de verlaagde plafonds, dat voor nogal wat weerstand zorgde. Bij betonkernactivering werd aangeraden om je plafond vrij te houden. Dat kan voor akoestische problemen zorgen. Laten we daar niet té dogmatisch in zijn. Bij nood aan akoestische aanpak, zijn er voldoende en best creatieve oplossingen beschikbaar.”

Wim Boydens: “Zowel uit laboratoriumstudies als uit empirische studies is gebleken dat zelfs met enkele akoestische panelen of plafonds, er nog steeds een aanzienlijke warmte-uitwisseling is tussen het TABS-oppervlak en de ruimte. Een opgehangen akoestisch absorberende oppervlakdekking van 70% leidt tot slechts ongeveer 30% emissiedaling.”

Raf Poppe: “In de vroege betonkernactivering-projecten werden gebouwen systematisch voorzien van gesloten ramen, om zo het binnenklimaat volledig te kunnen controleren. Een individuele gebruiker heeft graag impact op regelbaarheid en verlangt naar interactie met de omgeving. Een raam openzetten is daar onderdeel van. Daar wordt nu ontwerpmatig veel meer op ingespeeld.”

Wim Boydens: “Het is een strategie om het gebouw zo te ontwerpen dat het vraagprofiel perfect aansluit bij GEOTABS door de isolatieniveaus, beglazing en zonwering te optimaliseren. Dit was gebruikelijk in de vorige decennia en voor sommige gebouwen is dat nog steeds een interessante benadering. Vandaag luidt de ontwerpvraag eerder: Welk deel van de verwarmings- en koelbehoefte is geschikt om aan GEOTABS toe te wijzen en wat lossen we op via voorspellende controlesystemen en andere oplossingen? En het systeem is ook toekomstgericht. Immers, wanneer elektriciteitsprijzen in de komende jaren dalen op tijdstippen dat zon of wind het hernieuwbare aandeel verhogen kan het beton opgeladen worden, terwijl het zijn warmte of koude pas een halve dag later zal afgeven, wanneer de vraag zich ook werkelijk voordoet. Dit illustreert de kracht van de voorspellende regeling op financieel vlak. Dergelijke ontwikkelingen en ontplooiingen staan op de menukaart van enerCORE, het open kenniscentrum in oprichting, dat we nu lanceren samen met de partners van het hybridGEOTABS project. In enerCORE zijn alle praktijk- en onderzoeksspelers in de betrokken werkvelden welkom om mee te werken aan de kwalitatieve uitrol.”

“Geothermie, in combinatie met thermisch geactiveerde bouwdelen, is een goede deal tussen architectuur, welzijn en ecologie. Het is geen eenvoudig concept, maar net omdat het zo ecologisch is, verdient het in beslissingsmodellen een eerlijke vergelijking met concurrerende concepten.”

* hybridGEOTABS is de naam van het 5 jaar durende onderzoek dat recent werd afgerond en waarin boydens engineering, de Thermal System Simulation onderzoeksgroep van de KU Leuven, en de bouwfysicagroep van UGent, departement Architectuur en Stedenbouw, elkaar versterkten. GEOTABS verwijst naar de combinatie van een geothermische warmtepomp met thermisch geactiveerde bouwsystemen. Van de informatie die in het interview beknopt aan bod komt, kan u een uitgebreidere manual vinden op www.hybridgeotabs.eu