Bij het ontwerpen van een passiefhuis zijn een aantal richtlijnen te volgen door de ontwerper die bepalend zijn voor het behalen van het certificaat.

  1. oriëntatie van de woning op het bouwperceel
  2. zonnewering om oververhitting te voorkomen
  3. compactheid van de woning
  4. glasoppervlakte per windrichting
  5. inplanting van de technieken en het ventilatiesysteem
  1. De oriëntatie:
    1. De oriëntatie is uiteraard van belang aangezien we zoveel mogelijk zonnewinsten nodig hebben in de winterperiode en zo weinig mogelijk verliesoppervlakte wensen aan de noordzijde.
    2. Dit wil evenwel niet zeggen dat een perceel waarbij het zuiden aan de straatzijde ligt, niet geschikt is om een passiefhuis op te bouwen, wel integendeel, als ontwerper zijn er tal van mogelijkheden om ook hier een oplossing te creëren, denk maar aan een grote glaspartij als inkom om zonnewinsten uit te halen.
    3. Dit wil ook niet zeggen dat enkel een blinde gevel mogelijk is op het noorden, maar wel een beperking van de glasoppervlakte.
    4. Het is ook perfect mogelijk dat we over een rijwoning spreken met een oost west oriëntatie, ook hier is het mogelijk tot de passiefhuis standaard te komen.
  2. Dit alles impliceert dat er absoluut een zonnewering nodig is aan de zuidzijde om in de zomerperiode oververhitting te voorkomen. Deze zonnewering kan ofwel verwerkt worden in de architectuur d.m.v. een luifel, ofwel voorzien worden met geautomatiseerde screens. Men kan ook gebruik maken van de bestaande vegetatie op het perceel als zonnewering.
  3. De compactheid is belangrijk om zo de verliesoppervlaktes te beperken. Compact wil absoluut niet zeggen klein, maar het is evident dat een lange balk waarbij alles op één niveau is, veel meer buitenoppervlakte heeft dan een kubus in twee niveaus.
  4. De betrachting is zo weinig mogelijk elektriciteit of andere nutsleidingen te voorzien in de buitenschil. Alternatieven genoeg in de binnenwanden of, waar het niet anders kan, moet of met een luchtdichte elektriciteitsaansluiting gewerkt worden of alles ingepleisterd worden achter de leidingen en de inbouwdozen. Daarnaast kan ook gekozen worden voor vloercontactdozen.
  5. Er moet van bij het begin ook rekening gehouden worden met het ventilatiesysteem zodat het verloop van de kanalen mooi verwerkt zit in de architectuur. Een voldoende hoog plafond laat toe de ventilatieleidingen te verwerken in een vals plafond. Een voldoende vloeropbouw kan zelfs toelaten de ventilatieleidingen in de chape te plaatsen. Een centrale koker in combinatie met een centraal gelegen technische ruimte in de woning laat toe om gemakkelijk tussen verschillende niveaus te verlopen.

De PHPP berekening

Om de woning te toetsen aan de passiefhuis norm van het passiefhuisplatform, wordt deze zowel in voorontwerp als tijdens en na de uitvoering berekend in het PassiefHuis ProjecteringsPakket (PHPP). Dit programma fungeert reeds vele jaren als het “ontwerpinstrument” van het Duitse passiefhuisinstituut. Met dit pakket kan het ontwerp van het gebouw bijgestuurd worden tot men tot het optimale energiezuinig concept komt. Rekening houdend met het klimaat, de beschaduwing en de compactheid van het gebouw kan de samenstelling van de wanden, het type buitenschrijnwerk, de vorm van het gebouw enz. verbeterd worden en daaruit kan het type ketel, warmtepomp enz. afgeleid worden. Zo heeft men al op voorhand een idee van de energiezuinigheid van het gebouw via het energiekengetal dat de netto energiebehoefte voor verwarming per vierkante meter per jaar weergeeft. Let op: Dit pakket is geen methode om het E-peil te berekenen.



Na het ingeven van tal van parameters bekijken we in voorontwerpfase het energiekengetal. Dit getal moet lager zijn dan 15 kWh/(m²a). Tijdens het voorontwerp houden we ook altijd rekening met de vereiste luchtdichting van 0,6h-1 aangezien we het eindresultaat na de Blowerdoor test nog niet kennen. Pas wanneer we deze test uitgevoerd hebben kunnen we het gemeten cijfer invullen (zie hierboven). Daarnaast moet het percentage oververhitting altijd lager zijn dan 5%.
Let op: Enkel de berekening via het PHPP-pakket wordt door het Passiefhuis-Platform aanvaard als geldig bewijs voor het behalen van het vereiste massief-passief vermogen voor ruimteverwarming in de woning volgens de oorspronkelijke en uit Duitsland afkomstige definitie van een passiefhuis. De huidige EPB software heeft nu ook een calculatie voor ruimteverwarming en –koeling. Indien deze lager blijft dan 15kWh/m² jaar en een luchtdichtheidstest met n50 ≤ 0,6 h kan voorgelegd worden, is de woning ook een officiële passieve woning, echter zonder certificaat. Wenst men een certificaat dan moet men bijkomend de PHPP software gebruiken en de ontwerpregels van PHP volgen.



Er bestaat enerzijds de mogelijkheid een opleiding te volgen voor het invullen van het PHPP pakket bij het PHP (www.passiefhuisplatform.be) of anderzijds een extern studiebureau aan te spreken dat zowel de EPB als de PHPP voor het passiefhuis project begeleidt.

De dynamische berekening

Voor de casestudie werd tevens een dynamische berekening gemaakt om het resultaat nog meer in detail te gaan bekijken. Hierbij werd de vergelijking gemaakt met dezelfde woning in houtskelet.
De PHPP-software gaat uit van een statische berekening en houdt slechts gedeeltelijk rekening met b.v. thermische inertie en andere dynamische effecten die nochtans wel duidelijk aanwezig zijn.
Naast het feit dat de luchtdichtheid van een massief passiefwoning relatief eenvoudig te realiseren is door het pleisterwerk, is er nog een groot voordeel van het gebruik van massieve materialen in energie-efficiënte constructies, namelijk de thermische inertie. Hierbij wordt het energie-absorberend vermogen van de massieve materialen bedoeld: een overschot aan energie opslaan om het later weer af te geven of het risico op oververhitting beperken door opslag van overtollige energie.



Als energievraag voor ruimteverwarming heeft de houtskeletvariant een energievraag die volgens dynamische simulatie 9% hoger ligt dan die van het massief passiefhuis (10.8 kWh/(m²a) t.o.v. 11.8 kWh/(m²a)). In de PHPP berekeningen komt men aan een zelfde warmtevraag van 15 kWh/(m²a). Hierbij moeten we er rekening mee houden dat deze resultaten met 2 totaal verschillende programma’s uitgerekend werden. De invoer gebeurt op verschillende wijze. In de PHPP wordt b.v. een constante interne warmtewinst van 2.1 W/m² in rekening gebracht, terwijl bij de dynamische simulatie met een variabele interne warmtewinst gerekend wordt met een gemiddelde waarde van 2.7 W/m².
Toch zijn de resultaten opmerkelijk. We stellen vast dat de buffercapaciteit van de zware materialen een gunstige invloed heeft op de dynamische netto-energiebehoefte. Verder zien we dat het PHPP-pakket een “veilige” benadering is van de werkelijkheid.
Deze dynamische berekening is geen noodzaak bij particuliere woningen. Wel is het aangewezen dergelijke berekening te doen bij tertiaire gebouwen. Door de grootte van het gebouw en de specifieke toepassing waarvoor het zal gebruikt worden, zoals een schoolgebouw of rusthuis, geeft een dynamische berekening ons een veel duidelijker beeld van de mogelijke oververhittingperiodes waar ingegrepen zal moeten worden.



In de grafiek ziet men dat het massieve karakter van de woning de warmte nog beter kan bufferen en men hierdoor een temperatuursafvlakking krijgt. In een houtskelet fluctueert het temperatuursverloop veel meer. Nachtelijke ventilatie is in deze woning onontbeerlijk. Zonder nachtelijke ventilatie is de temperatuuroverschrijding onaanvaardbaar. Het is dus een misvatting te veronderstellen dat een passiefhuis geen opengaande ramen zou mogen hebben, integendeel. Men heeft deze nodig om gedurende warmere periodes gebruik te maken van de nachtelijke koeling.
De massieve passief keramische massa zal een belangrijke thermische inertie toevoegen aan het gebouw. Daardoor worden, zoals eerder aangehaald, grote temperatuurfluctuaties buiten beter opgevangen binnen, met een beter wooncomfort tot gevolg.
Bijkomend zal deze thermische werking ervoor zorgen dat de netto energiebehoefte voor verwarming van een woning in massiefbouw lager zal zijn dan voor een vergelijkbare lichtere constructie. Dit voordeel is vooral te danken aan het bufferende effect in de tussenseizoenen, waar de warmte overdag opgeslagen wordt in de stenen om afgegeven te worden gedurende de koudere nachten.



Men ziet ook dat de binnentemperatuur, zoals gezegd, minder afhankelijk is van de buitentemperatuur, waardoor vooral in de zomermaanden het risico op oververhitting in passiefhuizen aanzienlijk kan worden gereduceerd.



Ook andere onafhankelijke studies bewijzen de gunstige invloed van massa naar risico op oververhitting. Zo werd bijvoorbeeld in het project “BEP2020: BETROUWBARE ENERGIEPRESTATIES VAN WONINGEN naar een robuuste en gebruikersonafhankelijke prestatie”, een IWT-project in samenwerking met de Provinciale Hogeschool Limburg en de Katholieke Universiteit Leuven, een aantal recentelijk gebouwde woningen gemonitord. Deze woningen variëren van EPB naar passief. De resultaten van het zomercomfort tonen duidelijk aan dat de hoogste temperaturen bereikt worden in een woning waar minder massa aanwezig is (houtskeletwoningen).



Naast de hierboven beschreven voordelen blijven de gekende voordelen van keramische materialen natuurlijk ook gelden, b.v. akoestiek, vormstabiliteit, chemische inertie, vrij van organische aantasting,…Het massief-passief concept zorgt dus dat alléén het energieverbruik vermindert, en niet het comfort.
Bovendien is het realiseren van een woning opgetrokken met de traditionele spouwmuur uit massieve materialen een goedkopere realisatie dan deze woning op te trekken met lichtere structuren. Deze stelling wordt niet enkel onderbouwd door eigen kostprijsberekeningen, maar ook door de eerder aangehaalde onafhankelijke IWT-studie.
De grafiek hieronder toont duidelijk dat de meest economische oplossing om tot een robuuste en gebruikersonafhankelijke energetisch gunstige woning te komen steeds een woning in massiefbouw betreft.


Monitoring van de woning in real life

De resultaten uit bovenstaande dynamische simulatie konden voor het massief-passief concept aan de werkelijkheid worden getoetst door deze woning, na afwerking van de constructie en het intrekken van de bewoners, gedurende een langere periode te monitoren. Dit gebeurde in samenwerking met de K.U.Leuven, afdeling Laboratorium Bouwfysica, o.l.v. Prof. Staf Roels.
De belangrijke parameters voor het beoordelen van het binnenklimaat van de woning zijn:

  • temperatuur van de binnenomgeving t.o.v. de buitenomgeving
  • relatieve vochtigheid van de binnenomgeving
  • CO₂-concentratie.
Uit de resultaten hebben we kunnen besluiten dat het theoretische model uit de dynamische simulatie vrij goed de werkelijkheid benadert. In het bijzonder werd aangetoond dat gedurende zeer warme zomerperiodes het binnenklimaat en ook de binnentemperatuur op een comfortabel niveau konden gehouden worden.
De resultaten toonden evenwel aan dat bij extreme winterkoude een kleine optimalisatie van de technische installatie nog een verbetering van het binnenklimaat met zich mee kan brengen, zodat ook bij extreme wintertemperaturen een binnentemperatuur van ca 20° gemakkelijk constant gehouden kan worden. Zie figuur 8.
Figuur 8 geeft ons de opgemeten gemiddelde temperatuur, de gemiddelde relatieve vochtigheid en de gemiddelde dampdruk in de woning per maand in vergelijking met de respectievelijke parameters in buitenomgeving.
Het uitvlakken van temperatuurschommelingen en schommelingen in relatieve vochtigheid komen mooi tot uiting. De relatieve vochtigheid blijft globaal gezien tussen 30 en 70%. Dit zijn goede waarden voor een comfortabel binnenklimaat. Dit toont aan dat zelfs met extreem luchtdicht bouwen in massief passiefconstructies de relatieve vochtigheid op een aangenaam peil gehouden kan worden.
Beoordelen we het binnenklimaat op basis van de dampdruk, dan bevindt de woning zich tussen klasse 1 en 2: gebouwen met een beperkte dampproductie per m3 en een goede ventilatie.





Worden bovenstaande resultaten ingezoomd tot op weekniveau, dan tonen figuur 9 en figuur 10 ons het verloop van de binnentemperatuur, de relatieve vochtigheid en de dampdruk van een weekfragment in juli voor de diverse vertrekken.
Deze grafiek weerspiegelt een constant verloop of uitvlakking van de diverse parameters, met uitzondering van enkele pieken waaruit handelingen als het openen van een raam, het nemen van een douche, het koken, de aanwezigheid van een wasmachine en droogkast (berging), … kunnen worden afgeleid.
We zien echter o.a. dat door het bufferend vermogen van de keramische massieve wanden de pieken ook snel verdwijnen en zich terug normaliseren.




De meetresultaten tonen dat het zomercomfort op deze warme dagen gewaarborgd blijft. Dit is te wijten aan een samenspel van verschillende factoren zoals de massieve constructie van de woning, de doorgedreven isolatie, de goed gekozen oriëntatie, grootte van de ramen en strategische plaatsing van beplanting rondom de woning. Wordt het zomercomfort onderzocht aan de hand van ISO 7730:2005, dan is er sprake van een thermisch comfortabele woning.
Ook de CO2-concentratie is belangrijk voor het beoordelen van de binnenkwaliteit. De norm EN 13779:2004 definieert 4 binnenluchtkwaliteitsklasses:
  1. IDA 1: hoge binnenluchtkwaliteit
  2. IDA 2: gemiddelde binnenluchtkwaliteit
  3. IDA 3: aanvaardbare binnenluchtkwaliteit
  4. IDA 4: lage binnenluchtkwaliteit.

Figuur 12 toont ons een CO2-meting in een week waar de bewoners ook continu de bezettingsgraad bijhielden. De woning valt volgens de norm grotendeels in IDA 1 en 2 en af en toe in IDA 3, een gemiddelde tot goede binnenluchtkwaliteit.



We kunnen dus besluiten dat de dynamische simulatie die we hebben uitgevoerd, wel degelijk relevant is en dat deze dus voor massief passiefhuizen kan gebruikt worden als voorspelling van het binnen-wooncomfort.
Daarnaast zien we dat we met het bouwen van een massief passiefwoning met keramische materialen een gezonde comfortabele woning kunnen bouwen met een minimale energiebehoefte voor verwarming.