Klimaatbestendigheid van gebouwen tegen overmatige hitte

Verschillende benaderingen kunnen worden gebruikt om gebouwen klimaatbestendig te maken tegen buitensporig hoge temperaturen. Dergelijke opties hebben betrekking op het ontwerp van gebouwen (met inbegrip van het gebruik van IT-technologieën om het thermisch comfort te optimaliseren) en gebouwschilfers (dak, plafonds, buitenmuren, deuren, ramen – met inbegrip van zonweringsbrillen die de zonnestraling die de woning binnenkomt, verminderen – en funderingen).

Oplossingen voor gebouwontwerp omvatten traditionele kenmerken die vaak worden aangetroffen in regio's met een warm klimaat, zoals:

• De verhouding van het bouwaspect: De verhouding tussen de binnenruimte en het buitenoppervlak van het gebouw, die de interne warmteverspreiding optimaliseert en tegelijkertijd de absorptie van zonnewarmte minimaliseert.
• Architectonische elementen: Kenmerken zoals luifels, overhangen, raamkappen, portieken, witte of lichtgekleurde buitenmuren en daken om warmte te reflecteren.
• Oriëntatie op zonne-energie: Plaatsing van het gebouw om de dagelijkse blootstelling aan direct zonlicht te minimaliseren.

Hi-tech oplossingen kunnen ook een zeer belangrijke rol spelen. Deze omvatten sensoren die de thermische omstandigheden bewaken, waardoor nauwkeurige aanpassingen van airconditioning en ventilatie mogelijk zijn, evenals de real-time oriëntatie van zonweringspanelen op basis van isolatieomstandigheden. Sensoren en digitale thermische regelapparatuur kunnen worden geïntegreerd met beheersmaatregelen aan de vraagzijde, waardoor de impact van de vraag naar koeling op piekbelastingen tijdens perioden van spanning van het elektrische systeem wordt verminderd (zie ook de aanpassingsoptie voor veranderingen in individueel gedrag in de energiesector). Een bekend voorbeeld van een gebouw waarin een compleet pakket van state-of-the-art oplossingen is toegepast is het kantoorgebouw The Edge in Amsterdam, opgeleverd in 2014. De envelop bevat dynamische ramen, automatische tinten en verdringingsventilatie. Met 28.000 sensoren die beweging, verlichtingsniveaus, vochtigheid en temperatuur monitoren, kan het gebouw zich onmiddellijk aanpassen aan de energiebehoeften, zoals het automatisch uitschakelen van verwarming, airconditioning en verlichting in ongebruikte ruimtes. Bovendien kunnen medewerkers een app gebruiken om de temperatuur en verlichtingsniveaus in hun werkruimte aan te passen. Bovendien wordt koeling en verwarming geoptimaliseerd door warmteoverdracht tussen het gebouw en een watervoerende laag eronder.

De technische kenmerken van de gebouwschil zijn cruciaal voor het vermogen om binnentemperaturen te regelen. De gebruikte materialen in de envelop en hun massa spelen een belangrijke rol in hoe snel temperatuurverschillen tussen binnen en buiten worden gecompenseerd. Traditionele dikwandige gebouwen in de Middellandse Zee vereisen bijvoorbeeld veel minder airconditioning dan moderne structuren. Als alternatief kan het gebruik van materialen met een hoge thermische weerstand helpen de warmte die het gebouw binnenkomt te minimaliseren. Deze optie is met name interessant voor de aanpassing van bestaande gebouwen met isolatielagen die de slechte thermische eigenschappen van de oorspronkelijke bouwmaterialen compenseren.

Ook het gebruik van mechanische of natuurlijke ventilatie, of het opslaan van koude in materialen met een hoge thermische massa zoals tegels of stenen, vermindert de noodzaak van airconditioning. Koude opslag kan worden gekoppeld aan een warmtepomp (mogelijk op basis van een geothermisch systeem, waarbij het verschil tussen ondergrondse en oppervlaktetemperaturen wordt benut) om de flexibiliteit bij de inzet van koude lucht te vergroten. Het aanpassen van de luchtvochtigheid binnenshuis kan een sterke invloed hebben op de waargenomen temperaturen en uiteindelijk op het thermisch comfort van de bewoners van een gebouw.

Daken zijn ook belangrijke warmte-uitwisselingsoppervlakken en hun ontwerp (bv. witte daken, groene daken) kan helpen de energiebehoeften van een gebouw aanzienlijk te verminderen. De aanwezigheid van bomen verhoogt bijvoorbeeld de luchtstroom, vermindert de impact van zonnestraling en helpt ook het stedelijke warmte-eilandeffect tegen te gaan. Bij de uitvoering van maatregelen om extreme hitte het hoofd te bieden, is het in feite belangrijk om rekening te houden met de impact van bouwmaterialen en bouwstijlen op het microklimaat van stedelijke gebieden. Onderzoek naar de beperking van stedelijke warmte bevordert het gebruik van reflecterende oppervlakken om de negatieve effecten van extreme hitte tegen te gaan. Oppervlaktereflectie is een belangrijke parameter voor het begrijpen, modelleren en wijzigen van de energiebalans van het stedelijke oppervlak, om steden te koelen en het thermische comfort buitenshuis te verbeteren (Fox et al., 2018). Oplossingen om het stedelijke warmte-eilandeffect te verminderen en tegelijkertijd de binnenomstandigheden te verbeteren via de bouwschil, kunnen op twee manieren worden benaderd: het verhogen van zonnereflectie en het verbeteren van verdamping en transpiratie. Zonnereflectie (albedo) van de buitenkant van gebouwen en stedelijke bestrating kan helpen het hitte-eilandeffect te verzachten. Dit kan worden bereikt door koude kleurcoatings en reflecterende coatings zoals retroflecterende materialen te gebruiken. Bovendien kunnen toenemende verdamping en transpiratie worden vergemakkelijkt door groene oppervlakken en bomen, zoals verticale groenvoorzieningen, groene gevels en groene daken.

Aanvullende informatie over het gebruik van groene infrastructuur om de leefbaarheid van steden onder klimaatverandering te verbeteren, is te vinden in de klimaatadaptatieoptie stedelijke groene en blauwe infrastructuur.

Bijzondere aandacht moet worden besteed aan historische gebouwen, aangezien veel van de beschreven maatregelen mogelijk niet van toepassing zijn vanwege bestaande wet- en regelgeving die gericht is op het behoud van de gebruikte oorspronkelijke materialen en bouwtechnieken. Er moeten verschillende specifieke interventies worden vastgesteld, gepland en uitgevoerd, waarbij zorgvuldig rekening moet worden gehouden met de kenmerken van historische gebouwen en hun culturele betekenis. Het wordt ten zeerste aanbevolen om deskundigen op het gebied van historisch behoud en bouwtechniek te raadplegen om een op maat gemaakt koelplan voor specifieke gebouwen te ontwikkelen. Klimaatbestendige oplossingen die de historische betekenis van gebouwen behouden en tegelijkertijd hun architectonische en culturele waarde behouden, zijn echter al beschikbaar. Enkele voorbeelden zijn te vinden in het RIBuild-project.

De richtlijn energieprestatie van gebouwen (EPBD) biedt de lidstaten de mogelijkheid om de minimumeisen inzake energieprestatie aan te passen voor zowel woningen (artikel 5, lid 2) als niet voor bewoning bestemde gebouwen (artikel 9, lid 6 bis).

De kenmerken van een gebouw, inclusief de manier waarop het overmatige verwarming binnenshuis voorkomt, zijn meestal een particuliere contractuele aangelegenheid tussen de bouwer en de kopers van het gebouw. Deelname van belanghebbenden kan relevant zijn in het geval van grote openbare gebouwen, indien de kosten van het voorgestelde ontwerp aanzienlijk hoger zijn dan die van een standaardgebouw en dit kan zorgen wekken over de gevolgen voor de overheidsbegrotingen en/of over het vermogen van de indiener om voldoende financiering voor het project te vinden. Onder de genoemde opties, het creëren van groene gebieden rond gebouwen voor schaduw is onderworpen aan de standaard autorisatie proces. Het vereist ook overleg met lokale gemeenschappen om hun voorkeur voor deze oplossing boven alternatief gebruik van de ruimte te peilen. Culturele erfgoedorganisaties en -autoriteiten moeten worden betrokken bij de renovatie van historische gebouwen, met name wanneer specifieke vergunningsprocedures moeten worden gevolgd.

De belangrijkste obstakels voor klimaatbestendig gebouwontwerp zijn economisch en cultureel. Een deel van de voorgestelde optie (materiaal van hogere kwaliteit voor bouwschilfers, groene daken, geautomatiseerde raamschaduwing) is duurder en moeilijker te implementeren en te onderhouden dan standaardbouwpraktijken. Cultureel gezien kunnen architecten hun creativiteit verminderen door de complexiteit van sommige van deze oplossingen. Het ontwerpen van een gebouw met totale keuzevrijheid wat betreft vormen en materialen, terwijl het vertrouwen op airconditioning om te zorgen voor thermisch comfort binnenshuis is een verleidelijk perspectief dat technische uitdagingen, bouwkosten vermindert en het esthetische bereik voor ontwerpopties vergroot. Dit is met name relevant voor grote gebouwunits zoals wolkenkrabbers, winkelcentra, campussen enz. De relevantie van dit obstakel zal de komende jaren waarschijnlijk afnemen naarmate klimaatbestendige oplossingen technologische volwassenheid bereiken en technologische innovatie hun kosten zal drukken. Er is echter geen garantie dat de flexibiliteit in het ontwerp van gebouwen die momenteel door airconditioning wordt geboden, ooit door deze oplossingen zal worden geëvenaard.

Aan de andere kant, met name voor kleinere eenheden zoals eengezinswoningen of kleine middelgrote woonwijken, kan klimaatbestendigheid een zeer stimulerende ontwerpuitdaging zijn. Er zijn een aantal initiatieven in de EU die groene oplossingen voor woongebouwen en stadsplanning ten uitvoer leggen, waaronder vergroening van stedelijke landschappen, bewustmakingscampagnes en financiële stimulansen. Voorbeelden van financiële stimulansen zijn onder meer te vinden in Rotterdam (subsidie voor klimaatadaptatie), Hamburg (strategie voor het groene dak van Hamburg) en Italië (groene bonus).  

Bovendien vormt klimaatbestendigheid in bestaande gebouwen, met name cultureel erfgoed, specifieke uitdagingen vanwege regelgeving en instandhoudingsparadigma’s. De uitdaging is om een evenwicht te vinden tussen aanpassing aan de klimaatverandering en het waarborgen van de authenticiteit en integriteit van deze historische locaties.

De kosten variëren afhankelijk van de toegepaste oplossing en de locatie waar ze worden geïmplementeerd vanwege de verschillende maturiteit van de industrie en lokale bouwkenmerken. Volgens de casestudy van de Hamburgse Green Roof Strategy zijn groene daken een investering met een duidelijk toekomstig rendement. De kosten voor de meest uitgebreide groendaken liggen in het bereik van 40-45 € /m2, terwijl intensieve groendaken ongeveer 58 € /m2 kunnen kosten.

Witte daken zijn aanzienlijk goedkoper. De prijzen voor wand- en dakisolatie variëren sterk afhankelijk van het isolatiemateriaal, maar variëren meestal tussen de 40 en 100 EUR per vierkante meter. De prijzen van glazen voor zonne-energiecontrole zijn vergelijkbaar met of iets hoger dan die van standaard isolerende glazen die gewoonlijk in de ramen van Europese woningen worden geïnstalleerd. Het inpakken van een volledig menu van state-of-the-art klimaatbestendige oplossingen in een gebouw kan duur zijn, en het is gemakkelijker om het helemaal opnieuw te doen door een nieuw gebouw voor dat doel te ontwerpen. De extreem energiezuinige en thermisch comfortabele 39.673 m2 kantoorruimte (plus 11.558 m2 overdekte parkeerplaats) van het The Edge-gebouw vereiste een investering van 74 miljoen EUR (totale bouwkosten).

Deze kosten moeten worden afgewogen tegen de gunstige effecten op de begrotingen van huishoudens, bedrijven en overheden in termen van energiebesparingen, die voor geavanceerde oplossingen zeer aanzienlijk kunnen zijn en zelfs kunnen leiden tot bijna-nul netto-energiegebruik. De toename van groene ruimten in een stedelijke context brengt ook een aantal nevenvoordelen met zich mee in termen van verbeterde gezondheid, stedelijke biodiversiteit, sociale interacties en esthetische verbeteringen.

Op regelgevend niveau kunnen de bovengenoemde technische oplossingen worden opgenomen in bouwvoorschriften. Wanneer dit nog niet wordt afgedwongen, is een regelgevende stap in deze richting raadzaam voor EU-landen met een warm klimaat.

De herziene richtlijn energieprestatie van gebouwen (EU/2024/1275) verbetert de energieprestatie-eisen voor nieuwe gebouwen. Alle nieuwe residentiële en niet-residentiële gebouwen moeten vanaf 1 januari 2028 emissievrije gebouwen zijn voor gebouwen die eigendom zijn van overheidsinstanties en vanaf 1 januari 2030 voor alle andere nieuwe gebouwen, met de mogelijkheid van specifieke vrijstellingen. Volgens de herziene richtlijn heeft een emissievrij gebouw ter plaatse geen koolstofemissies van fossiele brandstoffen en een zeer hoge energieprestatie .  Hoewel deze eisen niet rechtstreeks gericht zijn op aanpassing aan hoge temperaturen, zullen zij een wijdverbreide toepassing van de hier beschreven maatregelen vereisen.

De implementatietijd varieert afhankelijk van het type interventie, variërend van een paar uur om gordijnen en tinten te installeren tot enkele maanden of zelfs jaren om een klimaatbestendig gebouw helemaal opnieuw te ontwerpen en te bouwen.

De levensduur varieert met het type interventie, variërend van enkele jaren tot de resterende levensduur van het gebouw.