CO2-gestuurd ontwerpen is soms ook niet-natuurlijk ontwerpen (slot)

De afgelopen maanden deelde het team van NEXT natuurlijk hier hoe zij verder werken aan CO₂-gestuurd ontwerpen. NEXT architects, ENS engineers, Bouwnext en Vitruvius streven samen naar de grootste CO₂-reductie tegen een betaalbare prijs. Een simpel statement met in de praktijk veel voeten in de aarde. Wat is de invloed van een efficiënte plattegrond? Kan low-carbon ook low-cost zijn? Een duurzaam ontwerp begint bij de constructie. In deze laatste aflevering in de serie vertellen Peter Eigenraam (ENS engineers) en Jouke Sieswerda (NEXT architects) hoe de CO₂-impact van constructies integraal bekeken moet worden.

Biobased?

Er zijn van die momenten dat je geconfronteerd wordt met je eigen preconcepties. En soms zijn de implicaties daarvan best aanzienlijk. Aan het begin van ons NEXT natuurlijk onderzoek stelde onze constructeur Peter voor om een systeem met gelamineerde houten kolommen

en betonnen kanaalplaten toe te passen. Want de kanaalplaat geldt nog steeds als een constructief zeer efficiënt product. Bij ons stuitte dit in eerste instantie op wat weerstand. We gingen toch biobased bouwen? Bovendien hebben wij al vrij vroeg geleerd dat de grootste initiële CO₂-uitstoot van een gebouw in de constructie (en nog specifieker: in de vloer) zit.¹ Dan lijkt het niet heel logisch om hier een traditioneel vloerelement van beton en staal toe te passen. Dat is in ieder geval niet heel natuurlijk.

Maar Peters opmerking was natuurlijk niet uit de lucht gegrepen.² Een kanaalplaat heeft constructief twee voordelen: het heeft weinig tot geen beton waar het niet nodig is en de voorgespannen hoogwaardige wapening is uiterst effectief waardoor er relatief weinig staal gebruikt wordt. Qua CO₂-uitstoot dubbel winst. Hout daarentegen is relatief licht en heel sterk en presteert op constructief vlak dus heel goed. Maar om de eisen op het gebied van akoestiek en brandwerendheid te halen, moeten er al vaak materialen toegevoegd worden; bijvoorbeeld gipsplaat, cement of grind. Terwijl, als het gaat om betaalbaarheid en duurzaamheid, simpele oplossingen vaak beter zijn. Extra lagen toevoegen kost geld en CO₂. Bovendien wordt de detaillering van bouwknopen complexer en neemt daarmee de bouwbaarheid af.

Grid-vergelijker

Om integrale afwegingen te maken heeft ENS engineers een parametrische grid-vergelijker ontwikkeld. Deze tool helpt de minimaal benodigde dimensionering te berekenen van verschillende vloertypes bij bepaalde overspanningen. Bovendien verschaft de vergelijker ook inzicht in de CO₂-uitstoot van de gedimensioneerde constructie.

Voor NEXT natuurlijk gaat de grid-vergelijker uit van gelamineerde liggers en een variabele vloerconstructie. Voor verschillende vloertypes (CLT, timber concrete composite of kanaalplaat) kan bij verschillende overspanningen eenvoudig de benodigde dimensionering worden gevonden. Bovendien wordt tegelijkertijd ook de CO₂-uitstoot (uitgesplitst in vloer, (constructieve)toplaag en balken) en de uitnutting³ van de vloer berekend. Hierdoor kan dus heel snel inzicht worden verkregen in de dimensionering en CO₂-uitstoot, en kunnen deze situaties eerlijk vergeleken worden. De ontwerper kan daarmee snel een geïnformeerde keuze maken voor de gridmaat en bijpassende vloer.

Toen we deze input gebruikten om onze NEXT natuurlijk bouwpakketten door te rekenen gaf dit een interessant inzicht. Wat betreft CO₂-uitstoot zaten onze biobased varianten op 135-145 kgCO₂eq/m², traditioneel op 296 kgCO₂eq/m² en Peters variant met kanaalplaten op 222 kgCO₂eq/m². Die laatste variant is nog te hoog voor Paris Proof, maar qua kosten zit deze variant er ook precies tussen in. Het is dus een behoorlijke verbetering ten opzichte van traditioneel en in sommige gevallen misschien het hoogst haalbare.

Analyse

Om inzicht te krijgen in de prestaties van de verschillende vloersystemen bij verschillende overspanningen heeft Peter met de grid-vergelijker een overzicht gemaakt van een aantal relevante gridmaten. Zie de matrix in afbeelding 1. Binnen de tabel werd in dit geval ook nog gekeken naar verschillende belastingen. Namelijk 2,5 en 5,0 kN/m². De CO₂-uitstoot van de verschillende varianten (in twee belastingcombinaties) is te vinden in tabel 2. Wat opvalt is dat bij een overspanning van 7,2 meter een CLT-vloer (variant 2) geen duidelijk voordeel voor de CO₂-uitstoot heeft t.o.v. de kanaalplaatvloeren (variant 11-13 en 16-17). In deze berekening is biogene CO₂-opslag niet meegerekend. Ook goed om te beseffen is dat het totale gewicht van kanaalplaatvloeren 3-4 maal zo hoog als de CLT. En dat de uitnutting van kanaalplaten sterkt sterk afhangt of de overspanning bijpassend is.

Maar eigenlijk moeten we ook andere parameters integreren, zoals akoestiek en brandveiligheid. Deze factoren hebben namelijk bij houtbouw grote impact op de vloerdikte en CO₂-uitstoot. Als we namelijk steenwol en gipsplaten gaan toevoegen aan de vloeropbouw om de akoestische eisen te halen, komt er nog zo’n 15,5 kgCO₂eq/m² bij⁴. Als aan de onderkant nog brandwerende maatregelen nodig zijn om te voldoen aan de nieuwe NTA⁵ moet er bijvoorbeeld nog een plaat Promatect bij á 5,5 kgCO₂eq/m². Als we dit optellen bij CLT variant 1 uit het bovenstaande overzicht gaat deze van 54 naar 75 kgCO₂eq/m² en daarmee hoger dan de variant met kanaalplaten met 60 CO₂eq/m² (variant 11).

Als het bovendien lukt om de cementdeklaag van de kanaalplaat weg te engineeren, dan zou deze variant het beste scoren met 44 kgCO₂eq/m². Er wordt hard gewerkt aan ‘circulaire’ kanaalplaten. Het is mogelijk om met stalen koppelstukken de schijfwerking van kanaalplaten te behouden zonder CO₂-intensieve cementdeklaag. Een ander groot voordeel is dat de hergebruikwaarde enorm vergroot wordt. En de Total Cost of Ownership dus aanzienlijk verbetert. Het enthousiasme van Peter voor kanaalplaten begonnen we een stuk beter te begrijpen.

Biogene opslag vs. circulariteit?

De vraag die bij ons bleef hangen was: hoe moeten we de CO₂ die vastgehouden wordt in onze gebouwen wegen? Peter heeft deze in zijn modellen in ieder geval niet meegenomen. Als je ervan uitgaat dat hout binnen afzienbare tijd weer verbrand gaat worden, dan zou je deze biogene CO₂-opslag niet mee moeten rekenen. Als je denkt dat het hout zeer lange tijd in gebruik blijft, zou je dit wel terug moeten laten komen in je berekening. Zeker nu de betonindustrie

ook voorzichtig aan het innoveren is, wordt het al dan niet meerekenen van deze biogene opslag een doorslaggevende factor.

Momenteel komt 86% van alle CO₂ in hout binnen 100 jaar weer vrij in de atmosfeer. Dit betekent dat in ieder geval 14% langer dan 100 jaar blijft opgeslagen. Dit lijkt ons in ieder geval een reëel minimum.⁷ Met de opkomst van houtbouw blijft een steeds groter deel van het gebruikte hout voor langere tijd bewaard. Daarnaast is het aannemelijk dat met het de opkomst van circulair denken het recyclen van hout steeds meer de standaard gaat worden. Constructiehout is vaak goed herbruikbaar in zijn oorspronkelijke vorm maar ook prima te verwerken in meubels en daarna plaatmateriaal (cascadering) wat de CO₂-opslag verder verlengd. In combinatie met duurzaam bosbeheer en voldoende aanplant specifiek voor houtbouw lijkt biogene opslag een waardevolle (en reële) factor in het rekenen met CO₂.

Kanaalplaten worden niet snel CO₂-neutraal, zelfs niet de circulaire varianten. Hier zit de waarde vooral in de belofte van hergebruik. Beton en staal gaan natuurlijk lang mee (durable), dus zijn met de juiste detaillering in theorie prima her te gebruiken. Maar ook hier rijst een vraag: hoe realistisch is het dat dit op grote schaal gaat gebeuren? Het antwoord op deze vraag bepaalt in hoge mate (net zoals de biogene opslag bij houtbouw) hoe waardevol het is om dit mee te nemen in het maken van duurzame keuzes.

Twee conclusies

Nog even terug naar de voorbeelden uit de grid-vergelijker; de CLT variant kwam inclusief toegevoegde lagen op 75 kgCO₂eq/m². Als we hier 14% biogene opslag van af halen blijft er nog 50 kgCO₂eq/m² over.⁸ De variant met circulaire kanaalplaten had een uitstoot van 44 kgCO₂eq/m². Zeg het maar…

Wij hebben in ieder geval twee belangrijke lessen geleerd:

Vooral niet-biobased toepassingen moeten herbruikbaar zijn
Er wordt in architecten-kringen vaak gezegd dat ‘werkelijke duurzaamheid’ verscholen ligt in het maken van gebouwen die honderden jaren meegaan en dat traditionele bouwmaterialen (beton, baksteen en staal) hier veel geschikter voor zijn. Vanuit de logica van CO₂-gestuurd ontwerpen zou je dit eigenlijk om kunnen draaien. Verwacht je dat een gebouw lang blijft staan? Bouw dan vooral in hout zodat de CO₂ eeuwen blijft opgeslagen. Verwacht je dat een gebouw snel weer vervangen moet worden? Dan pas wordt de circulaire belofte echt ingelost en is een betonnen of stalen bouwpakket een goede optie.

Een open blik levert altijd iets op – op z’n minst kennis en inzicht
Wij starten NEXT natuurlijk vanuit een concept waarin biobased bouwen bijna een doel op zich was. Maar gaandeweg, door samenwerking met onze partners, gesprekken met collega’s, aannemers en ontwikkelaars en ook heel wat interne discussies, hebben we onze focus verlegd naar CO₂-gestuurd ontwerpen. Hierin is biobased bouwen niet langer het doel maar een middel om CO₂-reductie te bereiken. Passiefbouwen, installatietechniek, slanke/slimme constructies en circulair bouwen dragen hier ook in hoge mate aan bij. En soms is de grootste CO₂-besparing niet te vinden waar je dacht. Wat wij in ieder geval geleerd hebben is de waarde van integrale samenwerking en een open blik.

NEXT natuurlijk is een samenwerkingsverband van NEXT architects, ENS engineers, Bouwnext en Vitruvius Bouwkostenadvies dat zich richt op verregaande CO₂-reductie van onze woongebouwen voor een concurrerende prijs.⁹ Een eerste stand van zaken – met name onze eerste case study – hebben we eerder gedeeld op Architectenweb¹⁰. Momenteel zijn we bezig met ons eigen parametrische model om daarmee onze opgedane kennis optimaal te kunnen inzetten. In deze serie artikelen houden we jullie op de hoogte van geleerde lessen en hopen we een gesprek op gang te brengen en kennis te delen.

¹ CO₂-gestuurd ontwerpen is focus op constructie én installaties! - Architectenweb.nl
² Volgens Peter is de slechte naam van beton voorstelbaar, maar niet in alle gevallen terecht. De CO₂-uitstoot van een gewapende betonvloer heeft twee componenten. Namelijk het beton zelf en de wapening. Een kilo beton heeft een relatief lage CO₂-uitsoot maar we passen er enorm veel van toe. We zijn lui. Het is gewoon heel makkelijk om een kist vol te blubberen. Veel van in-situ beton wordt nauwelijks constructief aangesproken. Staal kent per kilo een enorme CO₂-uitstoot, maar hier passen we minder van toe. Onderaan de streep is de uitstoot in gewapend beton ongeveer gelijk verdeeld.
³ Met uitnutting wordt bedoeld hoeveel van de capaciteit van de vloer daadwerkelijk wordt gebruikt. Omdat geprefabriceerde vloeren stapsgewijs in dikte variëren, kan de capaciteit voor een gegeven situatie ruim voldoen. Echter zou een dunnere variant net niet kunnen voldoen. Door de gridmaat aan te passen kan de uitnutting worden geoptimaliseerd.
⁴ Uitgaande van een Granab systeem (2 kgCO₂eq/m²)gevuld met 130mm steenwol (8,9 kgCO₂eq/m²) en Estrich vloerplaten (6,45 kgCO₂eq/m²), data uit EPD’s en Byggeriets Materialepyramide
⁵ In de nieuwe Nederlandse Technische Afspraak over massieve houtbouw, de NTA6125, staan onder andere strengere eisen ten aanzien van brandveiligheid.
⁶ Een ander argument om de opslag, bij bepaalde beslissingen, niet mee te nemen is dat het onnodig toepassen van meer hout cijfermatig een gunstig effect zou hebben.
⁷ Zie onder andere The Timber Truth (p.54) van Pablo van der Lugt.
⁸ Een de biogene opslag in een m3 CLT is 762 kgCO₂eq/m², in een vloer van 230mm (wat is de dikte van de grid-vergelijker variant?) is dus 175 kgCO₂eq/m², 14% hiervan is 24,5 kgCO₂eq/m².
⁹ De bouwsector is verantwoordelijk voor ongeveer 37% van de mondiale CO₂-uitstoot. 10% van deze mondiale CO₂-uitstoot is de initiële uitstoot van de bouw, 27% is operatieve uitstoot.
https://www.unep.org/resources/report/global-status-report-buildings-and-construction
¹⁰ Zie: https://architectenweb.nl/n58245