Ruimtes beleven voordat ze gebouwd zijn

Buitenaanzicht van het nieuwe IEQ-lab van het Hermann-Rietschel-Instituut (HRI) van de TU Berlijn.

Binnenaanzicht van het nieuwe IEQ-lab: 54 afzonderlijk regelbare oppervlaktemodules aan de wanden en het plafond kunnen worden verwarmd of gekoeld. Elektrisch verwarmingstextiel en watergevoede capillairbuismatten maken snelle temperatuurveranderingen mogelijk.

De bijzonderheid van het laboratorium ligt in de nauwe koppeling van virtual reality en in werkelijkheid gecreëerde ruimtelijke omstandigheden. Proefpersonen zien via een VR-bril bijvoorbeeld een kantoorruimte met bepaalde ramen, lichtomstandigheden of ruimtelijke geometrieën.

Hoe warm moet een ruimte zijn, hoeveel licht hebben we nodig en wanneer ervaren we de lucht als aangenaam? In het nieuwe IEQ-lab van het Hermann-Rietschel-Institut (HRI) van de TU Berlijn kunnen dergelijke vragen onder strikt gecontroleerde en tegelijkertijd realistische omstandigheden worden onderzocht. Het laboratorium combineert daarvoor een zeer flexibele klimaatruimte met virtual reality. Temperatuur, lucht, licht en de visuele inrichting van een ruimte kunnen gericht worden aangepast en met elkaar worden gecombineerd. Zo kunnen onderzoekers nagaan welke invloed verschillende omstandigheden hebben op de gezondheid, het welzijn en het prestatievermogen – en hoe gebouwen in de toekomst tegelijkertijd comfortabel, gezond en energie-efficiënt kunnen worden ontworpen.

Virtuele ruimtes, een echt klimaat

Het bijzondere van het laboratorium is de nauwe koppeling van virtual reality aan reëel opgewekte klimaatomstandigheden. Proefpersonen zien door een VR-bril bijvoorbeeld een kantoorruimte met bepaalde ramen, lichtomstandigheden of ruimtegeometrieën. Tegelijkertijd creëert de klimaatruimte precies de daarbij passende thermische omstandigheden. Wanneer een proefpersoon in de virtuele realiteit bijvoorbeeld een raam opent, voelt diegene onmiddellijk de daarmee gepaard gaande luchtstroom – en wel precies uit de richting waaruit die ook in de virtuele ruimte komt.

Daarvoor kunnen 54 afzonderlijk regelbare oppervlaktemodules aan wanden en plafond worden verwarmd of gekoeld. Elektrische verwarmingsstoffen en met water gevoede capillaire buismatten maken snelle temperatuurveranderingen mogelijk. Binnen slechts 30 seconden kunnen de oppervlaktetemperaturen met maximaal vijf kelvin veranderen. Bovendien maakt een krachtige klimaatinstallatie een nauwkeurige instelling van de luchttemperatuur, luchtvochtigheid en luchtstroming mogelijk. Ook verschillende ventilatievormen, zoals mengventilatie en verdringingsventilatie, kunnen worden nagebootst.

Tegelijkertijd registreren talrijke sensoren onder meer de lucht- en operationele temperatuur, luchtvochtigheid, CO₂-concentratie en verlichtingssterkte. Op deze manier kunnen thermische, visuele en hygiënische invloeden op de luchtkwaliteit zowel afzonderlijk als in hun onderlinge samenhang worden onderzocht en worden gekoppeld aan de perceptie van de proefpersonen.

“Het grote voordeel van het IEQ-lab is dat we binnenruimtes onder strikt gecontroleerde omstandigheden op een realistische manier kunnen onderzoeken. Thermische, visuele en akoestische omstandigheden en de luchtkwaliteit kunnen gericht en reproduceerbaar worden aangepast – en worden gecombineerd met heel verschillende virtuele ruimteconcepten. Dat is in veldstudies maar beperkt mogelijk. Zo kunnen we systematisch onderzoeken hoe verschillende ruimteconcepten op mensen inwerken en hoe daarbij tegelijkertijd de energie-efficiëntie kan worden geoptimaliseerd”, zegt Lukas Schmitt.

Wanneer is een ruimte echt goed?

Het laboratorium maakt deel uit van een meer fundamentele onderzoeksaanpak van het project EnOB: GEnEff (Nieuwe beoordeling van de energie-efficiëntie van gebouwen). Tot nu toe wordt de energie-efficiëntie van een gebouw vooral beoordeeld aan de hand van de hoeveelheid energie die het tijdens het gebruik nodig heeft. In hoeverre dit energiegebruik daadwerkelijk comfort en binnenruimtekwaliteit voor mensen oplevert, wordt daarentegen slechts beperkt meegenomen. Het onderzoeksteam van het HRI heeft daarom een aanpak ontwikkeld die beide aspecten met elkaar verbindt. Het zogenoemde GEnEff-kengetal relateert de waarschijnlijkheid dat gebruikers het binnenklimaat accepteren aan de daarvoor benodigde specifieke energiebehoefte. Energie-efficiëntie moet daardoor niet langer uitsluitend aan de hand van het verbruik worden beoordeeld, maar ook op basis van het daadwerkelijk behaalde nut voor de mensen in het gebouw.

Hoe belangrijk dit perspectief is, bleek al uit een enquête in twee duurzaam gecertificeerde kantoorgebouwen. Tussen gedocumenteerde certificeringswaarden en de daadwerkelijke perceptie van de gebruikers constateerden de onderzoekers soms afwijkingen tot wel 50 procent – met name wat betreft de luchtkwaliteit in de ruimte en de mogelijkheden om het binnenklimaat zelf te beïnvloeden.

Temperatuur verandert ook de perceptie van de lucht

In het IEQ-lab werd de nieuwe aanpak al getest in een onderzoek met proefpersonen. Daarbij combineerden de onderzoekers verschillende operationele temperaturen tussen 20 en 28 graden Celsius met uiteenlopende verlichtingssterktes, terwijl de luchtkwaliteit en akoestiek constant werden gehouden.

De resultaten laten zien hoe nauw de afzonderlijke factoren van de binnenruimtekwaliteit met elkaar verbonden zijn. Zo ervoeren de proefpersonen warme ruimtes als ruimtes met een slechtere luchtkwaliteit – onafhankelijk van het daadwerkelijke CO₂-gehalte. In het onderzoek had thermisch comfort met 33 procent de grootste invloed op de tota beoordeling van de ruimte. Daarna volgden de waargenomen luchtkwaliteit in de ruimte met 26 procent, het visuele comfort met 23 procent en de akoestiek met 18 procent.

Een aansluitend veldonderzoek op 16 werk- en woonlocaties bevestigde dat de in het laboratorium verkregen inzichten ook op echte gebouwen kunnen worden toegepast. De in het IEQ-lab ontwikkelde comfortfunctie voorspelde de beoordeling van de binnenruimtekwaliteit in 81 procent van de onderzochte gevallen correct.

Energie besparen zonder aan ruimtekwaliteit in te boeten

Met het IEQ-lab beschikt de TU Berlijn nu over een onderzoeksinfrastructuur waarmee de wisselwerking tussen mens, gebouw en energieverbruik aanzienlijk gedifferentieerder kan worden onderzocht. In de toekomst kunnen verdere invloedsfactoren van de binnenruimtekwaliteit worden geïntegreerd en kunnen verschillende gebouwconcepten al onder laboratoriumomstandigheden worden getest.

Het onderzoek is met name relevant met het oog op klimaatverandering en de toenemende eisen aan de energie-efficiëntie van gebouwen. Een zo laag mogelijke energiebehoefte alleen maakt immers nog geen goed gebouw. Doorslaggevend is veeleer om met zo weinig mogelijk energie een hoge kwaliteit van de binnenruimte te bereiken. De in het project ontwikkelde methoden kunnen daarom op de lange termijn ook interessant worden voor certificeringsprocedures, normen en richtlijnen. Het doel is een gebouwontwerp waarbij energiebesparingen niet ten koste gaan van de gezondheid, het comfort en de tevredenheid van de gebruikers.

Ook buiten het GEnEff-project zal het IEQ-lab worden ingezet voor onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten en in het universitaire onderwijs. Daarmee creëert het nieuwe mogelijkheden om de gebouwen van de toekomst te ontwikkelen vanuit het perspectief van de mensen die er dagelijks verblijven.

Het IEQ-lab is ontstaan binnen het onderzoeksproject “EnOB: GEnEff”, dat werd gefinancierd door het Duitse ministerie van Economische Zaken en Energie (BMWE). Naast het Hermann-Rietschel-Institut van de TU Berlijn was ook de afdeling Voorzieningenplanning en Voorzieningstechniek van de Universität der Künste Berlin betrokken, onder leiding van prof. dr. Christoph Nytsch-Geusen.