Gevolgen klimaatverandering voor isoleren?

Tekst: ing. Frank de Groot

Hoeveel isolatie is nodig om een gebouw toekomstbestendig te maken, gezien de klimaatverandering? Foto: Recticel / Tom Linster.

Nu al maakt de bouwwereld gebruik van allerlei methodieken om te bepalen hoeveel isolatie een bepaald type gebouw nodig heeft, of om de BENG-eisen mee door te rekenen. Maar de huidige gebouwmodellen kijken niet vooruit en rekenen met één set klimaatdata uit het verleden: NEN 5060 ‘Hygrothermische eigenschappen van gebouwen – Referentieklimaatgegevens’.

Het zogenoemde NEN 5060 ‘klimaatjaar’ is ontwikkeld op basis van historische weerobservaties in de periode 1996-2015 bij het KNMI-weerstation in De Bilt. Alle meteorologische variabelen die nodig zijn voor gebouwsimulaties zijn beschikbaar: temperatuur op 2 meter, zonnestraling (direct en diffuus), vochtigheid, neerslag, wind, bewolking en luchtdruk. Ook is er klimatologische data van temperatuur en zonnestraling die in respectievelijk 1% en 5% van de gevallen worden overschreden. Die gegevens worden gebruikt voor het bepalen van de koellast in de zomer. Het meeste recente klimaatjaar is van 2018 en bevat data tot en met 2015, waardoor bijvoorbeeld de meest recente hete zomers niet zijn meegenomen. Om de data actueel te houden wordt de klimaatdata elke 5-10 jaar geüpdatet.

Omdat data uit de toekomst ontbreekt houden de rekenmodellen dus geen rekening met verwachte veranderingen van het klimaat, zoals ook geschetst in de KNMI’23 klimaatscenario’s. Ook weten we dat het ene gebouw heel anders reageert op warmte of koude dan het andere gebouw. Sommige woningen koelen snel af, anderen juist niet.

Koudevraag

Vooral de koudevraag is een interessante, want als iedereen in de stad overstapt op airco’s in de zomer stijgt de energievraag enorm. Uiteindelijke uitkomst van het onderzoek moet een aantal ‘klimaatjaren’ in de toekomst zijn, waarmee bouwers zowel de gemiddelde verandering als die van de extremen voor elk van de KNMI klimaatscenario’s kunnen meenemen in de berekeningen. Gebouwmodellen kunnen met deze klimaatjaren-data worden verrijkt, zodat de bouwwereld vervolgens meer toekomstbestendige gebouwen kan neerzetten.

Tot enkele jaren geleden hebben we ons in de gebouwde omgeving nog maar weinig druk gemaakt over de warme dagen in een jaar. De zomer kwam je wel door, was de gedachte. Maar de klimaatscenario’s laten zien dat het in de toekomst mogelijkerwijs dagen achter elkaar 40 graden of meer zou kunnen zijn in de stad. Dat brengt ernstige gezondheidsrisico’s met zich mee, zal de leefbaarheid van de stad in het gevaar brengen en zal waarschijnlijk leiden tot een nog grotere toename in de aanschaf van airco’s.

Foto: IsoBouw.

Onderzoek

TKI Urban Energy (zie kadertekst) heeft aan Weather Impact (Adviesbureau op het gebied van weer en klimaat) en KNMI gevraagd om onderzoek te doen naar de impact van de klimaatscenario’s op de warmte- en koudevraag voor de gebouwde omgeving. Gedurende de zomer van 2023 heeft Weather Impact circa vijftien interviews afgenomen met verschillende experts en organisaties in de gebouwsector, zoals beleid/overheid, gebouwsoftware en de wetenschap. De bedoeling was om scherp te krijgen welke data precies nodig is voor realistisch gebouwsimulaties. Oftewel, waar moet een klimaatjaar aan voldoen?

Stefan Ligtenberg van Weather Impact: “Wat mij opvalt is dat gebouwmodellen tot op de millimeter nauwkeurig berekeningen kunnen maken van de muurdikte, glasoppervlakte, overhanging van het dak, et cetera. Maar vervolgens zetten ze dat af tegen één generiek, historisch klimaatjaar en dat moet het dan zijn. Dat kan echt beter. En die behoefte leeft in de sector absoluut, dus het is essentieel dat we dit nu samen met het KNMI verder kunnen uitwerken.”

Gebruik klimaatjaren

Voor een realistische simulatie van het binnenklimaat is dus een realistisch buitenklimaat nodig. Hiervoor wordt vaak een klimaatjaar of tijdserie gebruikt die bestaat uit uurlijkse waarden van de benodigde meteorologische variabelen: temperatuur, straling, wind, vochtigheid en luchtdruk. Momenteel wordt hiervoor meestal het NEN5060-klimaatjaar gebruikt dat ontwikkeld is als norm. Eén van de dingen die hierbij opvallen is dat gebouwmodellen erg gedetailleerd de gebouwkarakteristieken meenemen, maar dat de klimaatinvoer daarentegen veel minder gedetailleerd is. In de praktijk wordt vaak één en hetzelfde klimaatjaar gebruikt waardoor er dus nauwelijks variatie of onzekerheid wordt meegenomen in het buitenklimaat.

Ook wordt de omgeving van het gebouw vaak niet of weinig meegenomen in een simulatie. Zoals één expert het treffend omschreef, het is “eigenlijk alsof het gebouw in een leeg weiland naast een weerstation staat”. Echter, er zijn omgevingsfactoren die veel invloed hebben op het buitenklimaat rondom een gebouw: zoals, de ligging van het gebouw (stadscentrum/woonwijk/buitengebied), directe groene (natuur), blauwe (water) of grijze (bebouwing) omgeving en schaduwgevende objecten zoals bomen of flatgebouwen. Deze combinatie van factoren leidt er toe dat het klimaat in binnenstedelijke versteende gebieden meestal warmer is dan in een groen buitengebied (stedelijk hitte-eiland effect). Gebouwmodellen houden nauwelijks rekening met het stedelijk hitte-eiland effect (SHE). Afhankelijk van de meteorologische situatie kan het SHE variëren van minder dan 1°C tot (in extreme gevallen) meer dan 10°C graden verschil tussen stad en buitengebied.

Ook opvallend is dat het niet bekend is welke weersituaties leiden tot de hoogste binnentemperaturen. Er is dus geen eenduidige definitie van maatgevende warmte beschikbaar. Er worden verschillende warmtedefinities genoemd tijdens de interviews: hittegolf volgens de KNMI definitie, het aantal warme nachten, persistente langdurige hitte, kortdurende extreme hitte in combinatie met zonneschijn. Hierbij moet worden opgemerkt dat verschillende typen gebouwen ook verschillend reageren op het weer en dat maatgevende warmte dus ook verschillend is per gebouw. Zo warmt een zwaar, goed geïsoleerd gebouw langzaam op in tegenstelling tot een licht, slecht geïsoleerd gebouw, maar werkt het bij afkoeling natuurlijk precies andersom. Ook raamoppervlak en zonwering zijn hierbij cruciaal.

Samenvattend, door de beperkte beschikbaarheid van (gevarieerde) klimaatdata worden de onzekerheden en verschillen in buitenklimaat momenteel niet voldoende meegenomen in de gebouwsimulaties en is het ook niet duidelijk welke condities en factoren precies zorgen voor de hoogste binnentemperatuur.

Gebouwmodellen houden nauwelijks rekening met het stedelijk hitte-eiland effect (SHE).

Conclusies

Tijdens de inventarisatieronde langs verschillende experts is gebleken dat de wensen en eisen voor toekomstige klimaatjaren vrij eenduidig zijn binnen de gebouwsector. Ook is duidelijk dat deze data zeer gewenst is omdat deze momenteel ontbreekt. Tegenwoordig wordt voornamelijk het NEN 5060-klimaatjaar gebruikt dat op basis van historische observaties is berekend. Het is gewenst dat toekomstige klimaatjaren qua variabelen en format zoveel mogelijk hierop lijken in verband met gebruiksvriendelijkheid.

Om recht te doen aan variaties en onzekerheid in het toekomstige klimaat is er gekozen om voor drie zichtjaren (2035, 2050, 2100), drie klimaatscenario’s (‘laag’, ‘midden’, ‘hoog’) en drie weervariaties (‘koude winter’, ‘gemiddeld’, ‘warme zomer’) klimaatjaren te ontwikkelen. Het zichtjaar 2100 is voor veel praktische toepassingen binnen de gebouwde omgeving te ver vooruit, maar voor  onderzoeksdoeleinden wel gewenst. Het zichtjaar 2035 daarentegen is veelvuldig genoemd vanuit praktisch oogpunt, vooral met het oog op keuzes voor huidig renovatiewerk en verwarmings-/koelings-installaties.

De genoemde keuzes resulteren in totaal in 27 klimaatjaren. Deze klimaatjaren worden berekend vanuit de recent gepubliceerde KNMI’23 Klimaatscenario’s voor elke locatie in Nederland op een raster van 12 x 12 km. Hierdoor kunnen verschillen binnen Nederland voor het eerst worden meegenomen in gebouwsimulaties, want tot nu toe was er alleen klimaatinput beschikbaar voor De Bilt. Ook wordt aan de toekomstige klimaatjaren een correctie toegevoegd voor het stedelijk hitte-eiland effect, aangezien de meeste gebouwen in een versteende omgeving staan en dus direct beïnvloed worden door het SHE.

Op basis van het vooronderzoek en de databeschrijving zal er een vervolgopdracht aan het KNMI worden verstrekt om deze klimaatjaren te ontwikkelen. De verwachting is dat dit ongeveer een half jaar kost waardoor deze rond de zomer van 2024 beschikbaar zijn. Met deze nieuwe klimaatjaren voor verschillende toekomstscenario’s zullen gebouwsimulaties een beter beeld kunnen schetsen van het verwachte effect van klimaatverandering (en specifiek hitte) op het binnenklimaat in gebouwen. Dit geeft inzicht op de mogelijke gezondheidsrisico’s en leefcomfort in bepaalde type gebouwen, maar ook voor de verwachtte koelingsvraag van de gebouwde omgeving, een essentiële parameter voor de energietransitie. Hierdoor is ook beter te bepalen hoeveel isolatie een bepaald type gebouw nodig heeft om toekomstbestendig te zijn.