Januari 2025
Gebouw met Earth Wind & Fire-concept bespaart energie én materiaal
Bouw
Termietenheuvels in het zuiden van Afrika stonden model voor wat we nu kennen als het Earth, Wind & Fire (EWF)-concept. Dit concept zorgt voor een energiezuinig, maar ook behaaglijk en gezond binnenklimaat, zonder dat veel installatietechniek nodig is. De markt ontving het met bewondering. Toch zijn de principes pas twee keer in de praktijk toegepast. Stichting EWF-lab is vastberaden daar de komende jaren verandering in te brengen.
Een termietenheuvel in zuidelijk Afrika is onderhevig aan grote temperatuurschommelingen. Overdag kunnen temperaturen extreem hoog oplopen en ’s nachts daalt de temperatuur soms tot onder het vriespunt. En toch, door de slimme wijze waarop de binnenkant van termietenheuvels is opgebouwd, heerst binnen altijd een constante temperatuur. Termieten passen hier namelijk de luchtstromen aan. Door de principes van deze techniek te vertalen naar duurzame en intelligente technologie en constructies, ontstond het idee voor Earth, Wind & Fire. Dit concept kwam voort uit onderzoek dat raadgevend ingenieur en TU-docent Bouwkunde Ben Bronsema uitvoerde, samen met de TU Delft en TU Eindhoven. Hij publiceerde zijn proefschrift in 2013 en presenteerde het concept als een ‘natuurlijke airconditioning’.
Minder energie en materiaal
Na de publicatie oogstte hij veel lof, zowel nationaal als internationaal. Maar tot op heden bleek het lastig om de bouw- en installatiewereld te overtuigen om het EWF-concept ook toe te passen. Sinds een paar jaar is er daarom een stichting die veel acties onderneemt om het concept te promoten. Dit heeft niet alleen te maken met de forse energiebesparing die dit systeem in gebouwen realiseert. Ook het materiaalgebruik voor installaties in gebouwen neemt bij dit concept flink af. En dat is met de invoering van de MPG (milieu prestatie gebouwen) een factor die de komende jaren een grote rol zal spelen.
Bovendien blijkt nu, in de eerste twee gebouwen die volgens dit concept zijn ingericht, dat het binnenmilieu uitstekend is.
‘Een gebouw met het EWF-concept zorgt aantoonbaar voor een kleinere milieu-impact dan een gebouw dat we op de traditionele manier klimatiseren. In feite creëren we een gebouw dat voor een groot deel door de natuur wordt aangedreven. Dit zorgt voor een energiereductie van tenminste 25 procent’, zegt Yvette Watson, als voorzitter van Stichting EWF-lab een enthousiast voorvechter van dit concept. Zij vertelde hierover op 7 november 2024, tijdens de KlimaatTop Gebouwde Omgeving. Tijdens die conferentie gaf de stichting een presentatie, die men aangreep om ook de Ben Bronsema EWF-prijs uit te reiken (zie kader).
‘In feite is dit -concept een bouwkundige -luchtbehandelingskast’
Conceptwerking
Het is echter de eenvoud van het concept die veel specialisten in bouw- en installatiesector aanspreekt. Of, zoals Ron van der Plas, directeur en adviseur bij Halmos adviesbureau, zei op de KlimaatTop Gebouwde Omgeving: ‘Er is niets ingewikkelds aan; in feite is dit concept een bouwkundige luchtbehandelingskast.’ Het komt erop neer dat het concept zoveel mogelijk gebruikmaakt van natuurlijke principes om een gebouw te klimatiseren: de wind en de zon.
Op het dak vangt een speciale dakopbouw de wind, die vervolgens in een schacht naar beneden wordt geduwd, al dan niet geholpen door ventilatoren. In die schacht – de klimaatcascade – besproeit het systeem de lucht met water. Dat maakt de lucht schoon en zorgt voor neerwaartse druk. Onder in het gebouw stroomt de lucht vanuit de schacht door een warmtewisselaar die, afhankelijk van de gewenste temperatuur in het gebouw, de lucht voorverwarmt. Via een naastgelegen schacht gaat de lucht weer omhoog en stroomt van daaruit naar de ruimten. Een derde bouwkundige schacht – de Zonneschoorsteen – zorgt er samen met het zogeheten Ventec-dak voor dat de vuile lucht het gebouw aan een andere zijde weer verlaat.
Het werkingsprincipe van het EWF-concept.
‘Mainstream’?
Nadat de drie kandidaten voor de Ben Bronsema EWF-prijs hun inzending kort hadden toegelicht en de winnaar bekend was gemaakt, ging Yvette Watson in gesprek met het publiek. De centrale vraag was hoe we het EWF-concept ‘mainstream’ kunnen krijgen. Uit de reacties bij het publiek bleek enerzijds dat de terughoudendheid volgens sommigen voortkomt uit het conservatisme in de bouwbranche. Het is een nieuw, relatief onbekend concept, en past dus niet in de gebruikelijke werkwijze. Maar dat is niet het hele verhaal.
In de zaal zaten ook vertegenwoordigers van Dura Vermeer en BAM. Zij betoogden dat bouwers wel degelijk nieuwe concepten willen proberen, maar niet als het risico uitsluitend op hun schouders komt te liggen. Wanneer we als branche nieuwe, innovatieve concepten willen toepassen – en dat moet ook als we energie- en materiaalgebruik willen reduceren – dan moeten opdrachtgever, hoofdaannemer en onderaannemers gezamenlijk de financiële risico’s dragen en delen.
Dat laatste is ook nadrukkelijk gebeurd bij de realisatie van het tweede gebouw dat met het EWF-concept is uitgerust: Langeveld Building van de Erasmus Universiteit in Rotterdam (EUR). Dit gebouw werd door BAM Bouw en Techniek eind 2022 opgeleverd. Zij staken daarbij hun nek uit, omdat zij het aandurfden om het gebouw niet uit te rusten met de traditionele luchtbehandelingskasten vol met filters, airco’s en warmtewisselaars.
Spannende keuze
Zowel voor BAM als de Erasmus Universiteit was het spannend of het concept goed zou werken. Als het gebouw op topdagen volloopt, dan biedt het onderdak aan 3.500 mensen. ‘Dat uiteindelijk BAM, maar ook adviesbureau Halmos en architect Paul de Ruiter heel zeker waren over de werking van het concept, gaf ons veel vertrouwen dat dit systeem hier goed zou functioneren’, vertelde Marcel Quanz, hoofd van de afdeling Projects bij de EUR, direct na de oplevering.
Dat BAM tijdens de aanbesteding met het EWF-systeem op de proppen kwam, was voor de mensen van EUR best verrassend. ‘Maar het was wel degelijk onze insteek om de markt uit te dagen om met een geïntegreerde en innovatieve oplossing te komen die met name heel sterk zou presteren op duurzaamheid en circulariteit’, zegt Jan-Cees Jol, senior beleidsadviseur Duurzame Campus aan de EUR. ‘Het EWF-systeem scoort bijzonder goed op veel van deze onderdelen. Het draagt eraan bij dat dit gebouw een van de duurzaamste onderwijsgebouwen in Nederland is, met een zeer hoge BREEAM Outstanding-kwalificatie voor nieuwbouw.’
Heel belangrijk in het aanbestedingstraject waren de dialoogsessies. Deze boden de aanbiedende partijen de mogelijkheid om hun voorstellen nader toe te lichten en daarin ook de innovaties te bespreken. ‘BAM kwam uit zichzelf met het idee om het EWF-systeem in ons gebouw toe te passen. Op een bepaald moment gingen we met z’n allen naar Hotel Breeze in Amsterdam, waar we het systeem in werking konden zien. De bedenker van het systeem, Ben Bronsema, gaf daar een heldere uitleg, zodat we wisten hoe het werkt en waar de voordelen zitten’, vertelt Quanz. ‘Tegelijk is het systeem in ons gebouw toch weer anders, alleen al door de omvang. Maar uiteindelijk hebben we, juist door die dialoogsessies, de overtuiging gekregen dat het ook in ons gebouw zou gaan werken.’
Een gebouw wordt een -synthese van -architectuur, bouwtechniek en -installatietechniek
Innovatief klimaatsysteem
Hotel Breeze in Amsterdam positioneert zich als het ‘zero energy-hotel’. In belangrijke mate dankt het deze titel aan het innovatieve klimaatsysteem. In 2019 opende het hotel zijn deuren en was het daarmee ook het allereerste gebouw in de wereld waar het EWF-concept werd toegepast. Wat het systeem bijzonder maakt is dat techniek en bouwkunde in elkaar worden verweven. Een gebouw wordt een synthese van architectuur, bouwtechniek en installatietechniek. Het binnenklimaat wordt daardoor primair geregeld met behulp van bouwkundige elementen en natuurkundige krachten.
Een gebouw met een EWF-systeem krijgt een ‘klimaatcascade’ voor natuurlijke ventilatie en luchtbehandeling, een zonneschoorsteen voor het afzuigen van lucht en het oogsten van zonne-energie en een Ventec-dak (voor een venturi-effect) voor het versterken van de natuurlijke ventilatie.
Concreet betekent dit bij Hotel Breeze dat buitenlucht door wind van buiten door het hotel wordt gecirculeerd. Via schachten en ventilatieopeningen stroomt de lucht door de klimaatcascade die de lucht in de winter verwarmt en bevochtigt en in de zomer koelt.
Het interieur van Langeveld Building biedt een erg open structuur met veel hout en natuurlijke materialen.
Meerdere voordelen
Dat de EUR, ondanks alle nieuwigheid, toch voor het EWF-concept durfde te kiezen, heeft vooral te maken met meerdere voordelen die dit ontwerp opleverde. Jan-Cees Jol: ‘Uit de berekeningen bleek dat het gebouw met dit installatieconcept een veel lager elektriciteitsverbruik zou hebben dan met conventionele klimaatsystemen. Bovendien zijn er geen grote luchtbehandelingskasten op het dak nodig, waardoor we meer zonnepanelen op het dak konden plaatsen. Ook dat is weer gunstig voor de energieprestatiecoëfficiënt van het gebouw. Daarnaast resulteerde het ontwerp in een zeer goede CPG-score, die de mate van circulariteit aangeeft, en een uitstekende MPG-score, waar het om materiaalgebruik gaat. Dit waren belangrijke elementen in de aanbesteding waarop wij de verschillende ontwerpen hebben beoordeeld.’
‘Maar zeker zo belangrijk waren ook de praktisch voordelen’, voegt Quanz toe. ‘Het hele gebouw was met dit concept duidelijk goedkoper dan een gebouw met de conventionele ontwerpen. En we hadden in dit ontwerp meer nuttig te gebruiken vloeroppervlak. Technische ruimtes zijn vervangen door schachten. Dit leverde wel bouwkundige uitdagingen op, maar die hebben architect Paul de Ruiter en het adviesbureau zeer deskundig opgelost.’ Bij Langeveld Building is het systeem aan de zuidzijde in tweevoud uitgevoerd, waarmee het systeem alle ruimten kan ventileren en klimatiseren.
Lastig in EPC-software
Bij de uitwerking van het ontwerp bleek het nog lastig om de verschillende aspecten en uitgangspunten van het EWF-concept in de EPC-berekening te waarderen. ‘De software is feitelijk niet geschikt om het EWF-concept door te rekenen. Maar de adviseur heeft de uitgangspunten uiteindelijk toch goed in een energieprestatieberekening kunnen verwerken’, vertelt Quanz. ‘Omdat het systeem voor iedereen erg nieuw is – ook voor het bedrijf dat op onze campus het beheer en onderhoud aan alle installaties uitvoert – is BAM verantwoordelijk voor het beheer en onderhoud tot twee jaar na oplevering. Dit geeft ons iets meer rust en vertrouwen dat eventuele kinderziektes op de juiste wijze worden opgelost, door de partij die het systeem ook heeft ontworpen en gerealiseerd. Onze onderhoudspartij Croonwolter&dros zal in die periode wel meekijken, zodat zij het systeem over twee jaar kunnen overnemen in het beheer.’
Hoge kwaliteit
Naast de genoemde voordelen, zoals een lager energiegebruik, een uitstekende milieuprestatie door veel minder technische systemen, minder materiaalgebruik en meer bruikbaar vloeroppervlak, zijn Quanz en Jol ook zeer te spreken over de ruimtelijke kwaliteit van het gebouw. ‘Mede door toepassing van het EWF-concept was de architect in staat om het gebouw veel flexibiliteit mee te geven, met name door de grote, vrije vloeroppervlaktes, waardoor de ruimtes in de toekomst eenvoudig aan te passen zijn.’
Omdat het klimaatsysteem substantieel minder elektriciteit nodig heeft, kon men ook nog eens kritisch kijken naar de benodigde capaciteit van de transformator. Die viel in elk geval een stuk kleiner uit dan wanneer er voor luchtbehandelingskasten was gekozen.
Toepassingsstudies
Hoewel de teller tot nu toe op twee gebouwen staat met het EWF-concept, heeft de stichting goede hoop dat er snel meer bij komen. ‘Er zijn op dit moment tien toepassingsstudies gaande’, vertelde voorzitter Watson op de KlimaatTop. ‘Vooral kennisdeling is daarvoor belangrijk. We moeten iedereen laten weten hoe fantastisch dit concept werkt’, zo klonk zij heel enthousiast. Ook de EUR bleek bij de oplevering van het eerste gebouw al na te denken over een vervolgproject.
‘Het bestaande Tinbergen-gebouw op de campus is aan een grootschalige renovatie toe. We denken er nu over na of we het EWF-concept ook in dit bestaande gebouw, bij een totale renovatie, kunnen toepassen. Mogelijk zullen we hiernaar een vooronderzoek uitvoeren. Ik denk dat, als we over een poosje onze ervaringen en metingen bekend kunnen maken, ook andere opdrachtgevers het EWF-concept serieus zullen overwegen’, aldus Quanz.
Kandidaten en jury EWF-prijs: (v.l.n.r.) Britta Hollebeek, Samira Boussoufi, Jeike Wallinga (bestuurslid), Thomas Krcevinca (winnaar), Yvette Watson (voorzitter) en Peter van Engel (juryvoorzitter).
Ben Bronsema EWF-prijs
Sinds een paar jaar looft Stichting EWF-lab de Ben Bronsema EWF-prijs uit. Dit jaar waren er drie genomineerden. Alle inzenders stuurden een studie of onderzoek in die in het teken staat van de promotie van technieken die werken op basis van natuurlijke krachten.
Een mooi voorbeeld was de inzending van Britta Hollebeek, student aan de Hogeschool Utrecht. Zij presenteerde urban heat, een ontwerp voor een façade-element dat de temperatuur reduceert door gebruik te maken van biomimicry. Dit is de wetenschappelijke naam voor geteste wijsheid uit de natuur die vertaald is naar ontwerpen om menselijke oplossingen te creëren. Zo toonde ze de ‘flappy cactus’, een geribbeld gevelelement dat, net als de ribbels van een cactus of de flaporen van een olifant, op natuurlijke wijze voor koeling aan de gevel zorgt.
Ook studente Samira Boussoufi van de Avans Hogeschool toonde als inzending een technisch concept dat werkt op natuurkrachten. Zij kwam met de ‘windcatcher of Nguwe’, een schoorsteen die in landen met een vochtig, tropisch klimaat wind opvangt. In de schoorsteen wordt die wind door het koele oppervlak afgekoeld waardoor condenswater ontstaat. Het condens wordt opgevangen en kan als drinkwater worden gebruikt. De afgekoelde lucht met lage luchtvochtigheid kan daarna voor het klimatiseren van een gebouw worden gebruikt.
De derde inzender en uiteindelijke winnaar van de prijs was Thomas Krcevinac. Hij onderzocht en ontwikkelde als afstudeerproject aan de Haagse Hogeschool een leerbundel over het EWF-concept. Daardoor kan deze techniek op hogescholen en universiteiten worden onderwezen. Voor de Stichting EWF is dat van groot belang. Juist kennisoverdracht naar een nieuwe generatie bouwers en technici kan ervoor zorgen dat het EWF-concept ‘mainstream’ wordt. De leerbundel is beschikbaar voor alle belanghebbenden op Klimapedia.nl en op de website van het EWF-Lab.
Tekst: Rob van Mil
Fotografie: Eric Fecken, BAM Bouw en Techniek