Tijdens het symposium Thermisch Actief Beton kwamen ontwerpers, onderzoekers en praktijkexperts samen om de kansen en uitdagingen van thermisch actief beton (TAB) te bespreken. Deze techniek, waarbij leidingen in betonnen vloeren, plafonds en wanden zorgen voor verwarming en koeling, blijkt niet alleen energiezuinig, maar ook comfortabel en toekomstbestendig. Van historische inspiratie, recente onderzoeksresultaten tot innovatieve toepassingen: de dag bood een breed perspectief op hoe thermische massa kan bijdragen aan een duurzame gebouwde omgeving.

Dagvoorzitter professor Atze Boerstra van de TU Delft opende met een historische knipoog: al in de Romeinse tijd stroomden hete rookgassen onder vloeren en in wanden om villa’s en badhuizen te verwarmen. Tegenwoordig is het principe van thermisch actief beton verfijnd tot een systeem dat warmte en koeling via grote oppervlakken uitwisselt.

Voordelen zijn onder meer: combinatie met duurzame opwekkingstechnieken, lagere bouwhoogte per verdieping, verbetering van thermisch comfort in de winter en zomer, betere luchtkwaliteit en vermindering van netcongestie in de zomer. Nadelen zijn beperkte mogelijkheden tot individuele naregeling en akoestische uitdagingen. Toch is het gebruik van TAB een logische keuze voor zorggebouwen, kantoren en musea.

Eerste spreker was de Deense professor Bjarne Olesen van de DTU (Technical University of Denmark). Hij schetste de evolutie van verwarmde vloeren: van China (10.000 v.Chr.) en Korea (5000 v.Chr.) tot Frank Lloyd Wright in 1930. Het moderne TAB-systeem zoals we dat nu kennen, werd in 1993 herontdekt door het Zwitserse ingenieursbureau Meierhans voor een kantoor van DOW Chemical. Olesen: “Airco’s bieden constante temperatuur, maar tegen hoge energie- en operationele kosten. Bovendien levert deze benadering geluids- en tochtproblemen op. Met de inzet van TAB is er wel sprake van wat meer variatie in temperatuur, maar het zorgt wel voor lage kosten en benut nachtkoeling: ’s nachts kun je het beton laten koelen en overdag warmte op laten nemen.”

Voorbeelden zoals het Art Museum in het Zwitserse Bregenz en het kantoorgebouw BOB.1 (Balanced Office Building) in Aken tonen dat slechts enkele graden verschil volstaat voor verwarmen of koelen. In de zomer varieerde de temperatuur in het museum tussen 22 en 25 graden. In BOB.1 in Aken is de warmtepomp in de zomer zelfs niet nodig. Het water uit de grond heeft een temperatuur van 17 graden en dat is door het grote koeloppervlak ruim voldoende om te koelen.

Bjarne toonde daarnaast een kantoor van Infosys in Hyderabad in India, dat uit twee identieke delen bestaat, met twee verschillende klimaatsystemen: Het deel met het TAB-systeem gebruikt 35 % minder energie dan het conventionele systeem met luchtkoeling. Ook een kantoorgebouw in Tokyo van de Japanse uitgever Shogakukan verbruikt met TAB aanzienlijk minder energie dan een conventioneel systeem.

Innovaties zoals plafondpanelen met PCM, of phase-changing material bieden extra potentieel. Een voorbeeld van PCM is paraffine. Paraffine-capsules veranderen tussen 21 en 25 graden van fase, waarbij veel energie wordt opgenomen (smelten) of afgegeven (stollen). Een dunne laag van een paar cm volstaat en kan dus ook bij renovaties worden toegepast. De toepassing is nog beperkt, maar Olesen benadrukte dat integratie in het ontwerp cruciaal is.

Professor Olesen ging in op de vraag waarom TAB, ondanks de vele voordelen nog zo weinig wordt toegepast. Een mogelijk antwoord op die vraag is volgens hem dat het systeem vanaf het begin meegenomen moet worden in het ontwerp. De variatie in elektriciteitsprijzen en de hoge energieprijzen maken het nu echter wel veel interessanter dan in het verleden.

Robert Philippi van het ingenieurs- en adviesbureau Hyugen stelde de vraag: “Betonkernactivering, waarom niet?” Hij stelt dat de mens flexibel is en gebouwen niet. Robert noemde projecten zoals RWS Westraven, waar de nieuwere laagbouw is voorzien van de wingvloer van Betonson. De constructie bestaat uit een smalle kanaalplaat op een breedplaatvloer, waarbij alle techniek op het leidinggedeelte van de  breedplaatvloer kon worden aangebracht. Leidingen voor verwarming en koeling zitten in de breedplaat Ook presenteerde Robert als voorbeeld DUO Groningen en Saxion Deventer, waar TAB zorgt voor laag energieverbruik en tevreden gebruikers.

Ook Robert ging in op de vraag waarom TAB tegenwoordig zo weinig wordt toegepast gezien de vele voordelen als comfort, de energiezuinigheid, de lage onderhoudskosten en het lage piekvermogen. Volgens hem is het verschil met 30 jaar geleden en nu onder andere dat we individueel comfort willen. Dit vraagt om complexe installaties die inmiddels 40% van de bouwkosten uitmaken. 30 jaar geleden was dat nog 15%.

Philippi wees op nieuwe inzichten: variatie in temperatuur is gezond. Blootstelling aan warmte en koude verlaagt de hartslag en bloeddruk en verbetert insulinegevoeligheid. “Extreem stabiele binnenklimaten zijn niet bevorderlijk voor gezondheid,” aldus Philippi. Enige natuurlijke variatie in temperatuur, zoals bij TABS, is dus gunstiger dan extreme klimaatbeheersing. Zoveel mogelijk passief verwarmen en koelen en het enigszins volgen van de buitencondities levert bovendien een 30 tot 40 % lager energieverbruik op.

Robert laat zien dat voor gebouwen met binnenklimaatklasse A de zeer kleine bandbreedte voor acceptabele binnentemperaturen wel degelijk haalbaar is met TABS, maar dat individuele snelle aanpassing lastig blijft. Dat vraagt om extra systemen, die wel zijn te combineren met TAB als basissysteem maar zorgen voor hogere initiële kosten. Een van de aanwezige sprekers bevestigde uit eigen (positieve) ervaring dat individuele aanpassing niet noodzakelijk is. Het ging om een kantoorgebouw in Leuven dat het hele jaar op 21 graden staat, wat prima blijkt te werken. Personeelsleden hebben individuele behoefte aan een bepaalde temperatuur maar kleden zich daar op.

Pieter Jan Hoes (TU Eindhoven) koppelde TABS aan een actueel thema: netcongestie. De afgelopen jaren zien we een sterke toename in hernieuwbare energie. Wind en zon leveren variabele energie, wat mismatch tussen vraag en aanbod veroorzaakt. Deze mismatch tussen vraag en aanbod wordt dus een steeds groter risico voor de stabiliteit van het elektriciteitsnet. Gebouwen kunnen dit opvangen door thermische massa als energieopslag te gebruiken en en energie te gebruiken voor verwarmen of koelen op het moment dat er veel aanbod van energie is. De gebouwde omgeving gebruikt 40 % van de totale energiebehoefte en kan dus een grote rol spelen. Bovendien is het gebruik van de thermische massa van een gebouw als opslag voor energie veel goedkoper dan opslag van elektrische energie in een accu.

Uit onderzoek blijkt dat mensen variatie in binnentemperatuur accepteren. Sterker nog, enige variatie kan het gevoel van comfort zelfs verhogen. Een paar uur niet verwarmen of koelen heeft bij voldoende thermische massa weinig effect op de temperatuur. Slimme strategieën, zoals verwarmen en koelen buiten piektijden, levert minder kosten en een verlaging van de netbelasting op. Vergelijking met batterijen toont aan dat thermische massa een goedkope en effectieve oplossing is.

De TU Eindhoven heeft bij vier kantoren in Nederland verschillende verwarmings-strategieën toegepast en gebruikers van deze kantoren steeds gevraagd naar het ervaren thermisch comfort. Het ervaren thermisch comfort veranderde niet tijdens het veranderen van de verwarmings-strategieën. In modellen is een vergelijking gemaakt tussen thermische massa en elektrische batterijen. Binnen de grenzen van thermisch comfort werd zo efficiënt, dus zo goedkoop mogelijk  verwarmd, rekening houdend met variabele prijs per kWh en eigen productie van PV panelen. Gecombineerd levert het gebruik van de thermische massa van het gebouw ongeveer evenveel capaciteit als de 200 kWh batterij in het stookseizoen voor wat betreft het verschuiven van energiebehoefte gedurende de dag.

Verder besprak Pieter-Jan de mogelijkheid van het koppelen van groepen gebouwen in een community of buurt voor de integratie van hernieuwbare energiebronnen, hij schetste daarbij het concept van balanceringsdiensten die gezamenlijk de veerkracht van het net ondersteunen.

Kees Wisse, werkzaam bij ingenieurs- en adviesbureau DWA deelde zijn ervaringen met TAB, zoals dat was toegepast bij het eerste kantoor van DWA in Bodegraven van 1999. Destijds was dit het meest energiezuinige pand van Nederland. Klimaatklasse B bleek goed haalbaar, mits de zonbelasting beperkt bleef en een indeling in zones goed geregeld was. 20 jaar lang is dit kantoor naar tevredenheid gebruikt door DWA.

Kees ging in op de actuele veranderingen en perspectieven voor de ontwerper. Nieuwe trends vragen om flexibiliteit. Er is nu vraag naar klimaatklasse A en persoonlijke beïnvloeding: gebouwen moeten snel kunnen schakelen tussen systemen en functies. Zo moet een (deel van) een kantoor naar bijvoorbeeld een laboratorium kunnen worden omgebouwd. Aanpasbaarheid en sensortechnologie worden belangrijker.

Ter illustratie schetst Kees het voorbeeld van het nieuwe pand van DWA. Dat heeft bijvoorbeeld sensoren in de verschillende ruimten. Er wordt alleen gekoeld of verwarmd in een ruimte als daar iemand aanwezig is. Wisse concludeert dan ook: “Thermische massa is welkom, maar leidingen instorten beperkt aanpasbaarheid. We moeten zoeken naar oplossingen die comfort én flexibiliteit bieden.”

Architect Benjamin Denef (DMOA) liet ten slotte zien hoe TAB ook in renovaties werkt, zoals in de Sint-Annakapel in Dentergem waar isolatie onmogelijk was. Stralingswarmte zorgt gedurende het hele jaar voor comfort en een constante temperatuur van 21 graden. Circulariteit blijft belangrijk, maar Denef benadrukte: “De winst is zo groot dat leidingen in beton altijd interessant zijn, ook bij een levensduur van 10 tot 50 jaar.” Zijn kantoor haalt al tien jaar een ‘Coefficient’ of Performance (COP) van 5 dankzij het gebruik van TAB, warmtepomp en zonnepanelen. Ook in meditatiecentrum Vipanassa in het Belgische Dilsen-Stokkem bewijst TAB zijn waarde, gecombineerd met biobased materialen.

Na de presentatie volgde er nog een discussie tussen de sprekers die draaide om flexibiliteit versus efficiëntie. Ideeën zoals verwarmde stoelen of infraroodpanelen werden afgewezen vanwege hoog elektriciteitsverbruik. Benjamin en Robert pleitten voor leidingen in beton als standaard, terwijl Kees wees op de trend naar individuele sturing. Pieter Jan benadrukte het maatschappelijke belang van thermische massa, passief of actief.

Het symposium maakte duidelijk dat thermisch (actief) beton een sleutelrol kan spelen in de energietransitie. Het biedt comfort, verlaagt energieverbruik en draagt bij aan netstabiliteit. Uitdagingen liggen vooral in flexibiliteit en ontwerpintegratie. De effecten voor de gezondheid zullen steeds meer naar voren gaan komen. Met stijgende energieprijzen en strengere duurzaamheidsdoelen lijken er in de toekomst voor TAB in ieder geval genoeg kansen te liggen.