Verduurzaming in de bouw is één van de grootste uitdagingen van deze tijd. Gebouwen moeten niet alleen energiezuinig zijn, maar ook slim omgaan met schommelingen in energievraag- en aanbod. Thermisch Actief Beton (TAB) kan daarin een belangrijke rol spelen. Door beton niet alleen constructief, maar ook energetisch in te zetten, kan een krachtig systeem ontstaan dat warmte en koude op een natuurlijke en efficiënte manier opslaat en afgeeft.

Tijdens het Symposium Thermisch Actief Beton op 11 november gaan we dieper in op de techniek, de praktijktoepassingen en de kansen die TAB biedt voor een toekomstbestendige bouwsector. In dit artikel maken we alvast kennis met het principe, de werking en de voordelen van thermisch actief beton.

Thermisch Actief Beton (ook wel afgekort tot TAB) maakt gebruik van het accumulerende vermogen van beton. In een betonconstructie worden watervoerende leidingen geïntegreerd die zijn aangesloten op een klimaatinstallatie. Door de temperatuur van het water in die leidingen te variëren, kan beton worden opgewarmd of gekoeld. Het is een extreem laag temperatuur verwarmingssysteem en extreem hoog koelingssysteem.

Het beton fungeert vervolgens als een groot opslagmedium voor warmte of kou. Op die manier kan een gebouw comfortabel worden gehouden met minimale energie-inzet. De warmte-uitwisseling vindt voor een groot deel plaats door straling, wat zorgt voor een aangename en stabiele binnenklimaatregeling.

Het principe van thermisch actief beton is verrassend eenvoudig. De temperatuur van het beton wordt actief geregeld via waterleidingen in de constructie van een gebouw. De temperatuur van dit water wordt maar enkele graden hoger of lager ingesteld dan de gewenste binnentemperatuur.

Door deze kleine temperatuurverschillen ontstaat een geleidelijke uitwisseling van energie tussen het beton en de binnenruimte. Daardoor hoeft het systeem continu maar een beetje te worden aangepast.

Het resultaat is een zeer stabiel en zelfregelend binnenklimaat met minimale temperatuurschommelingen, zonder vervelende bijverschijnselen als tocht, geluid of droge lucht.

Een belangrijk voordeel van TAB is het zogeheten zelfregelend effect. Stel dat een betonmassa constant 22 °C is, dan:

• Wordt het binnen warmer (bijvoorbeeld 24 °C), dan neemt het beton de warmte op en werkt het als een koelelement.
• Wordt het binnen kouder (bijvoorbeeld 20 °C), dan geeft het beton warmte af en werkt het als een verwarmingselement.

Zonder complexe regeltechniek ontstaat er op deze manier een natuurlijke balans tussen de massa van een gebouw en de binnentemperatuur. Dit effect maakt TAB niet alleen comfortabel, maar ook betrouwbaar en onderhoudsarm.

TAB lijkt zo op het eerste gezicht op vloerverwarming, of -koeling, maar verschilt fundamenteel in werking. Bij vloerverwarming liggen de leidingen namelijk in de deklaag van de vloer, terwijl bij TAB de leidingen in de betonconstructie zelf zijn geïntegreerd. Dit betekent dat niet alleen het vloeroppervlak thermisch actief wordt, maar de volledige betonmassa. TAB combineer dus verwarming en energieopslag in één systeem, wat het aanzienlijk efficiënter maakt.

Omdat een TAB-systeem al effectief werkt met zeer lage temperatuurverschillen, kan het optimaal samenwerken met duurzame warmtebronnen zoals warmtepompen, zonnecollectoren, oppervlaktewater of aquiferopslag.

Verwarming op deze wijze kan plaatsvinden met watertemperaturen rond 23 °C, en koeling met 18 °C. Hierdoor is TAB bij uitstek geschikt voor energieneutrale en all-electric gebouwen, en vormt het een belangrijke schakel in de transitie naar klimaatneutraal bouwen.

TAB komt goed tot zijn recht in combinatie met warmte-koudeopslag (WKO) in de bodem. In een WKO-installatie wordt energie opgeslagen in watervoerende zandlagen, of zogenaamde aquifers. Een dergelijke installatie zorgt voor koel water in de zomer en warm water in de winter.

Het samenspel werkt als volgt:

• In de zomer wordt koel grondwater door de leidingen in het beton gepompt. Dit water neemt warmte op uit de betonmassa en slaat die in op de bodem.
• In de winter gebeurt het omgekeerde: warm water uit de bodem verwarmt de betonmassa.

Dankzij een dergelijke gesloten energiebalansprincipe zijn grote besparingen mogelijk.

Voor een succesvolle TAB-installatie is een zorgvuldige integratie van constructie en installatie nodig. Watervoerende leidingen (meestal zijn dit kunststof buizen) worden in lussen of spiralen in het beton opgenomen. De positie van deze leidingen bepaalt zowel de snelheid als de efficiëntie van de warmte-uitwisseling.

Verticale positie (in de vloer)

De hoogte van de leidingen in de betondoorsnede is bepalend voor de gewenste temperatuurverandering:

• Bij ruimten die vaker worden verwarmd, liggen de leidingen hoger in de vloer.
• Bij ruimten die vaker gekoeld worden, liggen de leidingen juist wat lager in de vloer.

Op deze manier wordt er optimaal gebruik gemaakt van de natuurlijke luchtstroming, waarbij warme lucht stijgt en koude lucht daalt. Soms worden aan beide zijden van de vloer leidingen geplaatst. Dan is isolatie tussen beide lagen wel noodzakelijk om zogenaamde thermische kortsluiting te voorkomen.

Diameter en steek

Ook de diameter van de leidingen en onderlinge afstand, oftewel de steek, beïnvloeden het systeem. Grotere diameters en kleinere afstanden zorgen voor een snellere warmte-uitwisseling, terwijl kleinere diameters en grotere afstanden het systeem juist trager, maar wel accumulerender maken.

Bij het ontwerp zal er dus een balans gevonden moeten worden tussen de gewenste reactiesnelheid en de opslagcapaciteit.

TAB-leidingen kunnen op de bouwplaats worden aangebracht, maar ook van tevoren in een fabriek worden geïntegreerd in prefab-betonelementen, zoals kanaalplaat- of breedplaatvloeren. Voordelen van volledige prefabricage zijn een hogere maatnauwkeurigheid, minder kans op beschadiging doordat medewerkers per ongeluk over leidingen lopen, een snellere uitvoering waardoor verschillende disciplines tijdens de diverse installaties meer gescheiden kunnen werken.

Afwijkingen in de positie van leidingen moeten tot een minimum worden beperkt. Kleine afwijkingen kunnen grote gevolgen hebben voor de thermische prestaties en voor de veiligheid bij latere boorwerkzaamheden.

Het aanbrengen van TAB-systemen vraagt om vakmanschap en discipline op de bouwplaats. Belangrijke aandachtspunten zijn onder meer:

• Fixeren van leidingen: om opdrijven te voorkomen tijdens het storten van beton, worden leidingen stevig bevestigd aan de wapening of in kunststofrails geklikt.
• Bescherming: leidingen moeten beschermd worden tegen beschadiging, bijvoorbeeld met afstandhouders of tijdelijke loopplaten.
• Afpersen: voor ingebruikname worden leidingen onder druk getest op lekkages, vaak met water (maar soms ook met lucht bij vorstgevaar).
• Onderhoud: tijdens de gebruiksfase vormt boren in vloeren het grootste risico op beschadiging van de leidingen. Bij lekkage kan een afzonderlijke leidingregister worden afgesloten, zodat het systeem operationeel blijft.

Door deze kwaliteitsborging te combineren met een goed ontwerp, ontstaat een robuust en duurzaam klimaatsysteem dat decennia lang meegaat.

Thermisch actief beton is niet alleen een techniek, maar een heuse ontwerpfilosofie. Het systeem vraagt vanaf de ontwerpfase om nauwe samenwerking tussen constructeur, installateur en architect. Alleen dan kan worden bepaald waar leidingen komen, hoe de massa wordt benut en hoe het gebouw reageert op de warmte- en koudevraag.

TAB maakt het mogelijk om de constructie zelf te gebruiken als energiebron én als opslagmedium. Dit bespaart materiaal, ruimte en installatiecomponenten en levert bovendien een stiller, comfortabeler binnenklimaat op.

Comfort, duurzaamheid en eenvoud in één systeem

Een goed ontworpen TAB-Systeem levert een bijzondere combinatie van voordelen:

• Constante temperatuur en hoog comfortniveau
• Lage energiekosten door gebruik van lage-temperatuurverwarming en hoge-temperatuurkoeling.
• Onderhoudsarm en betrouwbaar door het zelfregelend effect
• Grote bijdrage aan BENG- en duurzaamheidsdoelen
• Esthetisch voordeel: geen radiatoren, zichtbare luchtkanalen of ventilatieplafonds nodig.

Thermisch actief beton past daarmee goed in de visie van circulair, energiezuinig en toekomstgericht bouwen.

Door de energietransitie worden de eisen die aan gebouwen worden gesteld steeds strenger. Om die reden kan het toepassen van TAB juist nu weer van toegevoegde waarde zijn.

Bovendien horen we signalen uit het gebouwbeheer, waaruit blijkt dat er jarenlang nauwelijks onderhoud nodig is als een TAB-systeem eenmaal ingeregeld en operationeel is.