(Fr.: physique du bâtiment; Du.: Bauphysik; Eng.: building physics), vakgebied dat zich toelegt op de bestudering van het hygrothermische, akoestische en lichttechnische gedrag van gebouwen en elementen daarvan (gevels, scheidingsmuren, daken, vloeren enz.). Daarbij wordt enerzijds uitgegaan van het gewenste thermische, akoestische en visuele comfort van de bewoners, hun gezondheidstechnische behoeften (voorts zie Behaaglijkheid) en anderzijds van technische, economische en architecturale gegevens, eisen en beperkingen.
Hygrothermisch gedrag omvat het geheel van warmte-, vocht- en luchttransport in en tussen gebouwen en de omgeving. Specifieke onderwerpen zijn de thermische isolatie en warmtecapaciteit van constructie-elementen, de thermische bewegingen en spanningen in gevels en daken, de oppervlakte- en inwendige condensatie, de regendichtheid, het opstijgende grondwater in opgaande muren en het bouwvocht.
Soms betrekt men ook de verwarmings-, luchtbehandelings- en ventilatie-installatie in de beschouwing. Het akoestische gedrag betreft de geluidsproblemen in en tussen gebouwen en hun omgeving. Daaronder zijn de akoestische isolatie van scheidingsmuren, gevels, daken en binnenmuren, de kamer-, zaal- en ruimteakoestiek en de bestrijding van het installatielawaai de voornaamste.
Het lichttechnische gedrag, veelal beschouwd als een randgebied van de bouwfysica, omvat de verlichtingsproblemen in het gebouw, zowel die van dagverlichting door vensters en koepels, als van kunstverlichting.
Het thermische comfort hangt sterk samen met de fysiologie van de mens, die als ‘isotherm wezen’ met een basistemperatuur van 37 °C doorlopend warmte verliest naar zijn omgeving door geleiding, straling, convectie, transpiratie en verdamping. De balans tussen de warmteverliezen wordt bepaald door lucht- en stralingstemperaturen en vochtigheid in de omgeving, de menselijke activiteit en de kledij. Bij geringe fysieke arbeid zijn in een normale binnenomgeving met een luchttemperatuur van 20...24 °C, een relatieve vochtigheid van 30...70%, weinig tocht en niet te koude wanden het stralings- en convectieverlies overwegend en vrijwel gelijk, zodat het thermische comfort bepaald wordt door het gemiddelde van de luchttemperatuur en de stralingstemperatuur van alle omringende wanden (tevens zie Behaaglijkheid).
In het akoestische comfort spelen fysiologie en psychologie een rol. De gemiddelde jonge mens kan geluidsfrequenties onderscheiden van 16...16.000 Hz en ervaart de intensiteit ruwweg logaritmisch; in de geluidsschaal neemt hij 0 dB waar als onderste hoorgrens en 140 dB als de pijndrempel. (Voorts zie Bel; Geluidsleer). Jarenlange blootstelling aan niveaus boven 80...90 dB kan gehoorverzwakking veroorzaken. Psychologisch is de mens door niet gewenst geluid in zijn omgeving al snel geïrriteerd; tussen woningen onderling door het burenlawaai, tussen woning en omgeving door verkeers-, industrie- en vliegtuiglawaai.
Het visuele comfort hangt eveneens samen met fysiologie en psychologie. Fysiologisch is het oog gevoelig voor elektromagnetische straling met een golflengte van 380.. .780 nm met een maximale gevoeligheid voor geel licht (566...589 nm), reden waarom autowegen vaak met natriumlampen zijn uitgerust. De verlichtingssterkte wordt eveneens logaritmisch ervaren en voor elke activiteit is er een optimale waarde: voor kantoorwerk 500...1000 lux, voor fijne technieken tot 2000 lux. Psychologisch is de verlichting sfeerscheppend.
Door thermische spanningen en bewegingen kunnen scheuren in daken, muren en gevels ontstaan (evenals door trillingen met lage frequentie); vocht geeft schimmel en rotting bij materialen van organische oorsprong, mosgroei, vorstschade en steenkanker bij steenachtige materialen; voorts o.a. een vermindering van het warmte-isolerend vermogen.
Van economisch belang is dat niet enkel de kostprijs van een bouwfysisch goede constructie binnen het budget blijft maar ook dat de jaarlijkse kosten zoveel mogelijk beperkt worden. Daarin speelt sinds eind 1973 het energieverbruik een grote rol: van het jaarlijkse totale energieverbruik dient in Nederland en België ca. 20% voor woningen en gebouwen, waarvan 2/3 voor verwarming. Besparing is mogelijk door een goede thermische isolatie van de woning (zie NEN 1068) en beperking van ventilatieverliezen.
De architecturale gegevens, eisen en beperkingen tenslotte vormen het kader waarbinnen de bouwfysicus moet werken. Bouwfysica is een basisdiscipline in de opleiding van architecten en bouwkundige ingenieurs, zeker in het huidige bouwen. Tot in het begin van deze eeuw was in de bouw de materiaalkeuze beperkt tot vooral natuursteen, kalk, gebakken kleiprodukten (baksteen), hout, geblazen glas, lood en gietijzer, materialen waarmee men eeuwenlang ervaring had, waarop alle details steunden. Met de komst van staal en beton als constructiemateriaal kwam men voor het eerst te staan voor problemen als condensatie en roest bij het staal; condensatie, vorstschade en thermische scheuren bij beton. Het ruime gebruik van getrokken of gegoten glas en het zoeken naar nieuwe lichte, samengestelde constructies hebben de noodzaak geschapen de vroegere ervaring voor een deel te vervangen door wetenschappelijk inzicht.
Als toegepaste wetenschap put de bouwfysica haar theoretische gegevens en modellen uit de fysica, de thermodynamica, en haar beoordelingsnormen o.a. uit de fysiologie, de psychologie, de economie en de materialenleer. De methode is empirisch en deductief maar maakt ook gebruik van wiskunde.
Hygrothermische problemen.
Vele hygrothermische problemen vinden hun oorsprong in de grilligheid van het buitenklimaat (afb. 1) en het verschil met het gewenste stabiele binnenklimaat. Met een temperatuur binnen van 20...23 °C en in de lage landen een gemiddelde buitentemperatuur ’s winters van 0...3 °C krijgt men over elke scheidingswand binnen-buiten een temperatuurverschil ∆Θ van 17...23 °C. Daaraan gaat een warmteverlies Q door geleiding gepaard, benaderend gegeven door:
Q = k∆Θ A waarin k de warmtedoorgangscoëfficiënt (SI: W m−2 K−1) is van de wand en A de oppervlakte van de wand. Deze coëfficiënt is afhankelijk van de dikte di en de warmtegeleidingscoëfficiënt λi (SI: W m−1 K−1) van de samenstellende lagen in de wand.
1/k = (∑ni=1 (di/λi)) + ⍺i−1 + ⍺e−1
Hierin zijn ⍺i−1 en ⍺e−1 de thermische overgangsweerstanden wandoppervlak-binnenlucht en wandoppervlak-buitenlucht
(⍺i−1 = 0,123 m2 K W−1 ; ⍺e−1 = 0,043 m2 K W−1).
De warmtegeleidingscoëfficiënt λi is een fundamentele materiaaleigenschap. Gewapend beton met een warmtegeleidingscoëfficiënt van 1,75...2,91 Wm−1 K−1 is een slechte isolator. Voor isolatiematerialen is λ = 0,021...0,081 W m−1 K−1.
Concreet betekent dit dat een één meter dikke betonwand amper zo goed isoleert als één centimeter hoogwaardige isolatie. Door de k-waarde te verlagen wordt het warmteverlies door geleiding gedrukt. Dat kan door óf goed isolerende materialen in de buitenwanden te stoppen, óf in zeer dikke muren te voorzien. Van de traditionele spouwmuur is k = 1,2...1,75 Wm−2 K−1; men streeft echter naar een waarde van 0,35...0,8 Wm−2 K−1. Een zwak punt inzake thermische isolatie vormen de ramen. Enkel-glas heeft een k-waarde van 5,8...7 Wm−2 K−1, dubbel-glas van 3,2...3,5 Wm−2 K−1.
Behalve het temperatuurverschil is er in de winter ook een waterdampspanningverschil met als gevolg een dampflux door elke niet dampdichte buitenwand. Bij een slechte constructie is er daardoor kans op condensatie in de wand. Een dergelijke condensatie kan vermeden worden o.a. door thermische isolatie in de wand zo ver mogelijk naar buiten te schuiven en het binnenblad dampremmend uit te voeren of door de koude zijde van de isolatielaag te ventileren met buitenlucht. Bij een slechte thermische isolatie en een matige vochtigheid binnen kan er ook condensatie optreden op het binnenoppervlak van een buitenwand; hier schuilt een nadeel van dubbel-glas. In een verder slecht geïsoleerde woning kan het glas zelf de oorzaak zijn van een oppervlaktecondensatie op andere plaatsen, met als gevolg een sterke schimmelvorming in de winter. Oppervlaktecondensatie kan uitgeschakeld worden o.a. door gevel- en dakisolatie te verbeteren en de luchtvochtigheid te verminderen door extra stoken, ’s Zomers keren de beschreven hygrothermische verschijnselen om. Het probleem wordt dan de ongewenste zonnewarmte buiten te houden en de temperatuurschommelingen gedempt en bij voorkeur met een tijdverschuiving binnen te krijgen, zodat de nachtelijke koelte overdag binnen zit en de dagwarmte ’s nachts. Glasramen zijn daarbij de spelbrekers. Glas laat straling met korte golven goed door; deze wordt geabsorbeerd door het interieur en als straling met lange golven die glas niet kunnen passeren (broeikaseffect). De enige oplossing is zonnewering of gebruik van speciaal reflecterend of absorberend glas.
De moeilijkheden met thermische uitzettingen en spanningen zijn dikwijls een gevolg van ontwerp- en constructiefouten in gevel en dak. Een slechte uitvoering hiervan kan tot regendoorslag leiden. Opstijgen van grondwater volgt uit het ontbreken van een vochtscherm of trasraam tussen funderingen en opgaand metselwerk.