De zon kan opgevat worden als een reusachtige reactor. De energie van de zon ontstaat in de kern, waar waterstof bij een temperatuur van bijna 16 miljoen graden omgezet wordt in energie. De energie wordt door de buitenste schil van de zon, die een temperatuur heeft van 'slechts' 6000 C, afgegeven als straling in de vorm van elektromagnetische golven. Een deel van deze straling wordt door de wolken gereflecteerd en een ander deel wordt in de hogere luchtlagen door stofdeeltjes en door ozon geabsorbeerd. Weer een ander deel wordt als direct zonlicht met lange
golven [infrarood] door de aarde of door bebouwing geabsorbeerd waarna het als convectiewarmte weer opstijgt. Tenslotte wordt een deel van de straling door vocht- of stofdeeltjes gediffundeerd en als zichtbaar licht met korte golven gereflecteerd. Hieronder valt tevens het ultraviolette licht dat een schadelijke invloed heeft op mensen en materialen.
De gratis energie van de zon kan tegenwoordig steeds beter worden opgevangen en omgezet worden in direct te gebruiken warmte of electrische [groene] stroom. Zo kennen we op de daken van woningen geplaatste zonneboilers, waarin water wordt opgewarmd dat kan worden gebruikt in de badkamer en panelen met fotovoltaïsche cellen [PV-cellen], die de zonne-energie omzetten in elektriciteit. Door uitbreiding van de productie en door verhoging van het rendement kunnen deze systemen wellicht in de toekomst meer algemeen worden toegepast.

Indien zonlicht op een materiaal valt kan de straling geabsorbeerd of gereflecteerd worden of vindt er transmissie plaats. Wanneer licht geabsorbeerd wordt door een materiaal, wordt aan het oppervlak de lichtenergie omgezet in warmte. Hierdoor is zonlicht de belangrijkste oorzaak van opwarming van gebouwen en kost het ventileren en koelen van gebouwen bijna altijd meer energie dan verwarmen.
Reflectie is de terugkaatsing van de straling in de ruimte. Dit kan nadelige gevolgen hebben; denk bijvoorbeeld aan verblinding tijdens het autorijden of de reflectie van licht op een beeldscherm. Reflectie kan echter ook op een positieve manier worden ingezet; denk hierbij aan het nuttige gebruik van een spiegel of aan de reflectie van licht op een witte muur om licht juist dieper in een gebouw binnen te krijgen.
Transmissie is het ongemoeid doorgaan van de straling [dwars door het materiaal heen]. Dit is vooral het geval bij transparante materialen zoals glas. Zo dringt de zonnestraling via ramen de ruimte binnen. Deze ruimte wordt dan automatisch verwarmd door de absorptie van straling door de overige aanwezige materialen in de ruimte.

Aangezien Nederland op het noordelijk halfrond ligt, komt de zon in het oosten op, staat hij op het midden van de dag op in het zuiden op zijn hoogste punt en gaat hij in het westen weer onder. Voor een optimaal gebruik van daglicht en zoninstraling speelt de oriëntatie van het gebouw ten opzichte van de zon een grote rol. In woningen bijvoorbeeld zullen slaapkamers bij voorkeur ochtendzon ontvangen en dus op het oosten liggen ['s avonds zijn ze dan ook koel] terwijl balkons of terrassen bij voorkeur zoveel mogelijk zon krijgen en daarom meestal op het zuiden georiënteerd zijn. Geheel gesloten gevels kunnen weer het beste op het noorden liggen aangezien daar juist het grootste koudeverlies ontstaat door het gebrek aan direct zonlicht. Voor de integrale warmtehuishouding van een gebouw is de preciese oriëntatie ten opzichte van de zon dus een van de belangrijke en meest invloedrijke ontwerpbeslissingen.

Directe zonnestraling via lange golven noemen we zonlicht, directe zonnestraling via korte golven en diffuse zonnestraling noemen we daglicht. Dit daglicht bestaat uit straling met een golflengte tussen de 380 [violet] en 780 nanometer [rood]. Daglicht geeft tevens kleur aan de wereld. Materialen hebben de eigenschap dat ze bepaalde golflengten absorberen en andere juist reflecteren. Kleur is de reflectie van een bepaalde golflengte [in het zichtbare gedeelte van het licht] door een materiaal.
Door de keuze van de hoeveelheid en de positie van de ramen in een gevel kan veel invloed uitgeoefend worden op de daglichttoetreding in een ruimte. Een geheel glazen gevel maakt maximaal gebruik van het inkomende zonlicht, hetgeen bijvoorbeeld in de winter gunstig kan zijn omdat de ruimte dan veel minder of zelfs niet bijverwarmd hoeft te worden. Smalle, hoge ramen in de gevel zorgen ervoor dat zonlicht diep in de ruimte kan doordringen, terwijl lage, brede ramen bijvoorbeeld voor goede verlichting op een aan het raam staand bureau zorgdragen. Door de reflectie via bijvoorbeeld witte wanden of plafonds kan het daglicht nog dieper de ruimte worden binnengebracht. Dezelfde witte wanden en plafonds kunnen tevens worden ingezet om via hun reflectie het zonlicht als diffuus daglicht gelijkmatig over de ruimte te verspreiden. Een laatste belangrijke manier om daglicht in een ruimte binnen te krijgen is via daklichten [la lumière zenitale]. Het meeste daglicht komt aan de hemelkoepel tenslotte van boven. Vooral inpandige ruimten kunnen zo toch een voldoende daglichtniveau ontvangen.

Vaak is er in het zomerseizoen een teveel aan daglicht of zoninstraling via de gevels van een gebouw. Dan moeten maatregelen genomen worden om de zon te weren. Dit kan door het planten van bomen in de buurt van de gevel of door het maken van een overstekend dak. Het voordeel van bomen is dat ze hun blad verliezen in de herfst en kaal zijn in de winter, juist wanneer extra zonnewarmte welkom is. In de zomer staan ze vol in blad waardoor de zon op de gevel geweerd wordt en waarmee ze de gevel in de schaduw zetten. Schaduw ontstaat doordat licht met een lagere intensiteit op een vlak valt; dankzij de verschillen in intensiteit [licht en schaduw] kunnen wij driedimensionaal zien.
Verder kan ook een vaste of flexibele [mechanisch of elektrisch bedienbare] zonwering aan de binnen- of de buitenzijde van de gevel worden toegevoegd. Het meeste effect heeft buitenzonwering, omdat daarmee tevens de warmte buiten het gebouw wordt gehouden. Er zijn vele typen in de handel, van simpele uitvalschermen tot ingewikkelde gevelsystemen waarbij horizontale lamellen [venetian blinds of luxaflex] tussen twee ruiten zijn geplaatst.

Grote delen van de tijd is er juist een gewenst of ongewenst gebrek aan daglicht in gebouwen. Dit kan zijn vanwege de stedebouwkundige situatie [hoge omringende gebouwen kunnen veel daglicht wegnemen], maar ook in een bosrijke omgeving kan
de daglichttoetreding te gering zijn. Steeds vaker wordt er ook ondergronds gebouwd, denk maar aan parkeergarages. De functies in een ruimte kunnen tevens een rol spelen: in ruimten waar veel met beeldschermen gewerkt wordt, kan in verband met hinderlijke spiegeling juist gekozen worden om direct zonlicht te weren. Ook de vorm van het gebouw zelf speelt een rol. Ruimten die zich in de kern van een diep gebouw bevinden zoals toiletten, trappenhuizen en liften, krijgen vaak niet voldoende daglicht. Tenslotte is er het gewone natuurverschijnsel dat het 's avonds donker wordt en kunstverlichting de natuurlijke lichtvoorziening moet overnemen.
De keuze voor het type kunstverlichting en [minstens zo belangrijk] de plaatsing van de lichtarmaturen is een belangrijke taak voor de ontwerper. Hierbij moet een optimum gevonden worden tussen de benodigde lichtsterkte [uitgedrukt in lux], de visuele behaaglijkheid en de energiekosten. Er wordt veel onderzoek gedaan naar onder meer de optimale plaatsing van de verlichtingsarmaturen ten opzichte van de werkplek en de uitwerking van verschillende kleuren kunstlicht op de mens. De afdeling bouwfysica biedt in de kelder van het Bouwkundegebouw verschillende mogelijkheden om onderzoek te doen naar de inval en verspreiding van zon- en kunstlicht [met bijvoorbeeld een computergestuurde bezonningssimulator en een daglichtkamer].

Warmte wordt gedefinieerd als het resultaat van de ongeordende beweging van moleculen in een gasvormige, vloeibare of vaste stof. Warmtestraling bestaat uit elektromagnetische langgolvige straling in het infraroodgebied. Als warmte zich door een materiaal verplaatst gebeurt dit door middel van geleiding. De hoeveelheid warmte die door een materiaal gaat is afhankelijk van de warmtegeleidings-coëfficient. Warmteafgifte van een materiaal aan de lucht gebeurt door geleiding, convectie en straling. Zoals eerder gezegd zorgt de zon door middel van straling en absorptie door materialen voor het opwarmen van gebouwen en ruimtes. Behalve de zon zijn ook de mensen en de apparaten in een ruimte belangrijke warmtebronnen. Deze factoren samen kunnen ervoor zorgen dat een ruimte teveel wordt opgewarmd. Om dit teveel aan warmte af te kunnen voeren moeten dan voorzieningen worden getroffen.
Het eenvoudigste middel voor koeling is het openen van een raam. Hierdoor zal de lucht in de ruimte gaan stromen en zich vermengen met de koelere buitenlucht. Soms is dit echter niet mogelijk en zal er een klimaatinstallatie aanwezig moeten zijn zoals de airconditioning in een auto. Als het buiten warm is [zomer], heeft het openen van een raam weinig zin en wordt door de airco de warme lucht mechanisch afgevoerd en wordt gekoelde lucht ingeblazen. Hetzelfde principe kan op gebouwniveau toegepast worden om het binnenklimaat aangenaam te houden. De hoeveelheid lucht die wordt behandeld, wordt uitgedrukt in het ventilatievoud [dit is de verhouding tussen de inhoud van de ruimte en het aantal keer dat deze per uur wordt vervangen]. Zie ook hoofdstuk Lucht -ventilatie.

Naast een overschot aan warmte kan er ook een tekort aan warmte zijn in een ruimte. Dit is bijna altijd het geval als de omgeving van de ruimte kouder is dan de ruimte zelf en er warmte uit de ruimte weglekt. Dit kan gebeuren door gaten in de
gevel [bijvoorbeeld ramen en deuren], door uitstraling van warmte door materialen en
door het transport van warmte door materialen heen. Een voorbeeld is de zogenaamde nachtelijke uitstraling. Dit is het geval bij donkere oppervlakken die overdag grote hoeveelheden zonnestraling absorberen, zoals grote dakvlakken met een donkere dakbedekking. Zodra de buitenlucht afkoelt wordt de opgeslagen warmte weer uitgestraald in de vorm van langgolvige straling. Hierdoor koelt het uitstralende oppervlak sneller af dan de omgeving en kan er zich condens op het oppervlak vormen. Dit verschijnsel kan bij gebouwen zorgen voor problemen in de dakzone. Een ander voorbeeld van dergelijke warmtetransmissie is een goed geleidend materiaal dat ononderbroken doorloopt van de binnenzijde van de ruimte naar de koude aangrenzende ruimte of dat zelfs in contact staat met de buitenlucht. In dat geval is er sprake van een zogenaamde koudebrug, waarbij warmte weglekt en het materiaal in zijn geheel afkoelt. Het gevaar bestaat dan dat waterdamp in de lucht van de warme binnenruimte op het koude materiaal condenseert. Daarom worden binnen- en buitenzijde van de gevel tegenwoordig altijd thermisch onderbroken.
Zie ook hoofdstuk Water -condens en -verwarming.

De laatste tijd wordt er in verband met de mogelijke uitputting van fossiele brandstoffen steeds vaker nagedacht over intelligente systemen die het binnenklimaat kunnen regelen zonder nadelige gevolgen voor het milieu. De basis is vaak een heel goed geïsoleerd gebouw waarbij warmteverlies zoveel mogelijk wordt voorkomen. De overdag door het gebouw opgenomen en opgeslagen warmte wordt dan gebruikt om het gebouw gedurende de nacht op temperatuur te houden zodat er geen externe energie toegevoegd hoeft te worden.
Zowel voor de opslag van warmte als voor de wijze van isoleren zijn tegenwoordig vele verschillende oplossingen voorhanden. Een belangrijke ontwikkeling van de laatste jaren is de klimaatgevel, waarbij een ruime spouw tussen twee enkele gevels de grootste temperatuurverschillen tussen binnen en buiten opvangt, eventueel met behulp van in de spouw opgenomen installaties.
Een andere ontwikkeling is de opslag van warmte in de bodem. Het teveel aan binnengekomen warmte wordt in het gebouw opgeslagen in het medium water of lucht, waarna het wordt bewaard in geïsoleerde opslagputten in de grond [zogenaamde aquifers]. Deze methode zorgt er voor dat het gebouw niet al te zeer afkoelt zodat er maar minimaal hoeft te worden bijverwarmd. Het verder ontwikkelen van [combinaties van] dit soort energiebesparende methoden kunnen in de toekomst leiden tot zogenaamde nul-energie- of autarkische gebouwen, waarbij het bouwwerk geheel zelfvoorzienend wordt voor wat betreft het energiegebruik. In het ultieme
geval zal het gebouw [na de realisatie] geen belasting meer vormen voor het milieu en geen beroep meer hoeven te doen op uitputbare brandstoffen.

De meest bedreigende verschijningsvorm van vuur is brand. Brand kan ontstaan door natuurlijke oorzaken zoals vulkaanuitbarstingen en aardbevingen; in Nederland is blikseminslag echter de belangrijkste natuurlijke oorzaak van brand. In het overgrote deel van de gevallen is er bij brand echter een menselijke oorzaak aan te wijzen. De meeste branden ontstaan door onze eigen onzorgvuldigheid of door opzet. Door verantwoord omgaan met gebouwen en de aanwezige installaties [het tijdig en regelmatig controleren en schoonhouden van alle brandgevoelige elementen] en het zorgvuldig naleven van de brandvoorschriften kan brand eenvoudig voorkomen worden.

Om in geval van brand alle aanwezige personen in staat te stellen veilig het gebouw te verlaten moeten gebouwen aan strenge voorschriften voldoen. Zo worden er specifieke eisen gesteld aan de brandwerendheid van de draagconstructies van gebouwen. Draagconstructies moeten na het uitbreken van de brand minimaal 120 minuten blijven staan en het bezwijken van bijvoorbeeld een gedeelte van de draagconstructie mag niet het instorten van het hele gebouw tot gevolg hebben. Daarom speelt bij het ontwerpen van de constructie de materiaalkeuze een belangrijke rol. Steenachtige materialen zijn vaak goed bestand tegen brand, maar als bijvoorbeeld staal gekozen wordt als materiaal voor de hoofddraagconstructie moeten er extra brandwerende voorzieningen worden getroffen. De vloeigrens [het punt waarop een materiaal gaat vervormen] van staal ligt namelijk rond de 450 graden Celsius, afhankelijk van de soort en de kwaliteit. Bij een flinke brand zal die temperatuur al na 20 minuten worden bereikt. Staalconstructies moeten daarom brandwerend worden beschermd, bijvoorbeeld door de profielen te vullen met beton of door ze te omtimmeren met brandwerend materiaal zoals gipsplaat of stucwerk. De brandwerende eisen voor verschillende typen gebouwen zijn opgenomen in het Bouwbesluit. Zie ook hoofdstuk Tijd -bouwbesluit.

Behalve een brandveilige draagconstructie is het belangrijk dat een eenmaal begon-nen brand zich niet kan uitbreiden. Daarom moeten gebouwen worden ingedeeld in compartimenten [clusters van ruimten ter grootte van maximaal 1000 m2] die brandwerend van elkaar worden gescheiden. Als het niet mogelijk is om te compar-timenteren, zoals in warenhuizen of bij aanwezigheid van een over meer dan één verdieping doorgaande vide, wordt een sprinklerinstallatie geëist. De in het plafond opgenomen sprinklerkoppen gaan bij het bereiken van een bepaalde temperatuur [of aangestuurd door zogenaamde rookmelders] water sproeien en blussen zo de brand direct bij de bron.
Een ander gevaar bij brand is niet zozeer het vuur zelf, maar de rookontwikkeling ten gevolge daarvan. Door deze rook [deels bestaande uit giftige gassen uit de verbrande materialen] in combinatie met het groeiend gebrek aan zuurstof ontstaat er in geval van brand gevaar voor verstikking.
Rook verspreidt zich makkelijk door de ruimten in het gebouw en zo ook door de ventilatiekanalen. Vaak worden daarom brandcompartimenten weer onderverdeeld in rookcompartimenten en worden ook aan klimaatinstallaties en de bijbehorende luchtkanalen strenge eisen gesteld voor wat betreft de brandwerendheid en de afsluitbaarheid met brandkleppen. Om binnen het gebouw de brand direct te kunnen bestrijden moeten er tevens vaste [slanghaspels en ledige buisleidingen] en/of losse blusmiddelen [zoals schuim- en poederblussers] aanwezig zijn.

Bij het ontstaan van brand moeten de aanwezige mensen het gebouw snel en veilig kunnen verlaten. Daartoe moet elk gebouw voorzien zijn van een goed stelsel van horizontale en verticale brandvrije vluchtwegen. Elk brandcompartiment moet dan ook naar twee richtingen kunnen worden verlaten. Ook bij woongebouwen moeten die vluchtwegen aan strenge eisen voldoen. Vluchtroutes moeten blijvend goed gemarkeerd worden [via noodverlichting en 'uit'-signalering] en in gebouwen waar veel mensen werken worden geregeld ontruimingsoefeningen gehouden om een goed vluchtverloop bij brand te simuleren. Zoals gezegd liggen de meeste brandveiligheidseisen vast in het Bouwbesluit. De gemeentelijke brandweercorpsen hebben echter [vanuit hun verantwoordelijkheid voor het redden van mensenlevens] de wettelijke bevoegdheid om nadere eisen te stellen aan alle voorzieningen. Het is daarom verstandig om ontwerpen al in een vroeg stadium met de afdeling Preventie van de plaatselijke brandweer te bespreken.

Grote ontploffingen zoals van de vuurwerkfabriek in Enschede komen in ons land gelukkig maar zelden voor. Extra aandacht voor explosiegevaar is daarom vooral nodig bij industriële gebouwen en laboratoria waar gevaarlijke stoffen worden gebruikt of staan opgeslagen. In woningen en andere gebouwen met een gasgestookte verwarmingsketel is er uiteraard wel gevaar voor gaslekken die in combinatie met vuur een explosie kunnen veroorzaken. Daarom worden de ketelruimtes veelal direct onder het dak geplaatst, waarbij een gedeelte van de ruimtescheiding gemakkelijk kan bezwijken, zodat de schokgolven geen totale vernietiging van de draagconstructie tot gevolg hebben.

Kees van der Hoeven, Maarten Polkamp, Sander Troost (2000), Bouwtechnisch ontwerpen - algemene inleiding [blok Huis], dictaatuitgave TU Delft faculteit Bouwkunde, afdeling BT - leestoel SAC

de illustraties worden binnenkort toegevoegd

Deze pagina is voor het laatst bijgewerkt op 14 mei 2007

Wij bieden u verschillende mogelijkheden voor advertenties en banners

ArchitectenWerk is bereikbaar via info(at)architectenwerk.nl