Gewicht en energiezuinig varen
Gewicht besparen lijkt simpel. Toch heeft het hele gewichtsverhaal veel meer kanten dan je op het eerste gezicht vermoedt. Het kan zo complex worden dat het zelfs een never ending story wordt. We gaan hier in op het besparen van het gewicht, want daarmee spaar je in het hele leven van je jacht veel energie. En daarbij bespaar je kosten, in de bouw en met het varen zelf.
Hoe kleiner de waterverplaatsing, hoe minder energie er nodig is om de boot vooruit te krijgen. Dit telt bij Duurzaam Jacht dubbel. Want ten eerste, om de boot met de motoren voort te stuwen, willen we zo weinig mogelijk energie uit de accu’s gebruiken. Ten tweede, als Duurzaam Jacht zeilt, willen we zo snel mogelijk op 5,5 knoop snelheid komen, want dat is de snelheid waarmee we een watergenerator (een dynamo die met de schroef verbonden is) stroom kunnen laten opwekken, om de energievoorraad in de accu’s aan te vullen.
Hoe minder gewicht dus, hoe sneller. Dat zie je goed aan wedstrijdjachten. Daar mag je als bemanning bij wijze van spreken niet aan boord komen als je niet eerst je tandenborstel hebt uitgeboord.
Voor Duurzaam Jacht kijken we wel naar hoe ze het op wedstrijdjachten doen, maar we voeren het lang niet zover door. Duurzaam Jacht is een toerjacht, met een mooie betimmering, een koelkast en vriezertje, gewone tandenborstels enzovoorts. Maar het gewichtsvraagstuk blijft belangrijk.
Het gewicht laag houden
De plaats van het gewicht is heel belangrijk, vanwege de stabiliteit. Naarmate we hoger in het schip komen, wordt het gewicht belangrijker. De stabiliteit neemt daardoor snel teveel af en dan moet er onderin meer ballast bij en dat willen we juist niet. Onderstaande tekeningen 1,2 en 3 illustreren dat.
- Jacht met licht materiaal ingetimmerd.
- Jacht met zwaar materiaal ingetimmerd.
- Jacht met zwaar materiaal ingetimmerd en gecompenseerd met ballast.
Gaat het jacht schuin doordat het wind vangt, dan draait het om het draaipunt heen (wat globaal en op niet te grote helling iets boven de waterlijn ligt - zie tekening 1). Heb je een kilo meer gewicht op een meter boven het draaipunt, dan wordt het schip minder stabiel (zie tekening 2). Het zou eerder omslaan. Wil je de stabiliteit weer herstellen, dan moet je op een meter onder het draaipunteen kilo ballast toevoegen (zie tekening 3). Die ene extra kilo bovenin, betekent dus automatisch nog een kilo extra gewicht. Zo wordt het schip gauw zwaar en dit willen we dus niet vanwege de extra waterverplaatsing en de extra energie die dat weer kost voor de voortstuwing en opwekking.
Je hebt minder ballastgewicht nodig als je dieper kan ballasten. Je kunt in dit voorbeeld volstaan met slechts een halve kilo ballast als je die 2 meter onder het draaipunt plaatst. Het werkt als een wip, zoals weergegeven in tekening 4 en 5:vader en zoon kunnen samen wippen, als vader (die twee keer zo zwaar is) halverwege ‘zijn’ arm van de wip gaat zitten.
- Twee kinderen op een wip: zitten op dezelfde afstand van het draaipunt
- Ouder en kind op een wip: de ouder zit zoveel dichter bij het draaipunt als hij extra weegt.
Het mooie van een kieljacht is dat je daar een diepe kiel onder kunt zetten en dan kun je met weinig extra gewicht onderin de kiel het schip stabiel maken. Het Duurzaam Jacht is een zwaardjacht en heeft hier dus een nadeel, want alle ballast zal in de romp komen. Omdat we met Duurzaam Jacht voor de hoogste CE-keur gaan, moet het schip bovendien zo stabiel zijn dat het zelfs bij 120 graden helling nog niet kentert, maar terug rechtop gaat. Hier ligt dus een uitdaging.
- De bulb met lood van het kieljacht zit lekker ver onder het draaipunt. Voor de stabiliteit kun je het gewicht boven het draaipunt makkelijk compenseren met ballast in de bulb.
- Bij een zwaardjacht is veel meer ballast nodig om het gewicht boven het draaipunt te compenseren, want de ballast ligt niet ver onder het draaipunt.
Ballast zo diep mogelijk, is gewicht, geld en energie besparen
Hoe dieper de ballast onder het draaipunt, hoe effectiever. Op Duurzaam Jacht is de afstand tussen het draaipunt en het diepste punt waar nog geballast kan worden maar 60 cm. En juist dáár komen de accubakken. Er is onder die accubakken nog maar een ‘streep’ in de vorm van de romp, van maximaal zo’n 5 cm dik, uitlopend naar 0 cm aan de kanten. Daar past geen loden broodje tussen. Het kost veel extra tijd, geld en moeite, maar we hebben toch gekozen om hiervoor lood op maat te maken. Dat betekent dat we pluggen moesten maken en die in hanteerbare en draagbare stukken lood moesten gieten.
Dit lood kostte door deze bewerkingen bijna twee keer zo veel. Is het nu duur? Nee! Anders hadden we het lood bovenop de stapel ballast moeten doen die er toch al in kwam. Maar hier bovenop zetten, betekent dat het niet meer op 60 cm, maar op 30 cm vanaf het draaipunt komt. Dan heb je dus twee keer zoveel lood nodig voor dezelfde stabiliteit.
De rekensom is nu eenvoudig. We konden onderin bijna een ton kwijt, dus we zouden op 30 cm twee ton nodig hebben gehad. Omdat de bewerkingskosten van het maatwerk twee keer zo hoog waren, speel je qua kosten dus quitte. Maar je jacht wordt wel twee keer zwaarder. Dit kost weer meer energie voor de voortstuwing. Wat weer om zwaardere voortstuwing (motoren, tuigage) vraagt. Een motor van enkele kilowatts extra en een tuigage met 10 m2 meer zeiloppervlak (met zwaardere stagen, enzovoorts), kost in aanschaf enkele duizenden meer. En verbruik tijdens het varen zelf wordt duurder. Het is daarom uiteindelijk gewichts-, geld- en energiebesparend geweest om het onderste uit de kan te halen en ook die ‘streep’ onder de accubanken van maatgegoten lood te voorzien.
Voortdurende uitdaging
De uitdaging van de gewichtsbesparing is er voortdurend. Laten we de bouwvolgorde aanhouden. We hebben de accubakken onder de vloer gebouwd, zo laag mogelijk. Ze dragen dus bij aan de stabiliteit. De accu’s komen lood-zuur accu’s in, de zwaarste in zijn soort. De Rolls accu's hebben bovendien een extra laag zwaartepunt, omdat het lood extra laag zit.
We kozen voor PIR schuim omdat dit voor de isolatiewaarde relatief licht is vergeleken bij andere isolatieschuimen. In de tabel hieronder zien we de verhouding tussen het gewicht (kolom 1) en de isolatiewaarde (hier de geleidingscoëfficiënt, wat dus zo laag mogelijk moet zijn voor een goede isolatie). Door de getallen te vermenigvuldigen (laatste kolom) ontstaat inzicht in wat de beste ratio geeft: die met het laagste getal.
| Isolatiemateriaal | gem. Gewicht in kg/m3 |
gem. Lambda W/(m-K) | gem. Gewicht x Lambda ratio |
| Glaswol | 40,00 | 0,036 | 1,44 |
| Steenwol | 125,00 | 0,036 | 4,50 |
| Cellulair glas | 85,00 | 0,044 | 3,74 |
| Geexpandeerde klei | 545,00 | 0,044 | 23,98 |
| Kurk | 190,00 | 0,039 | 7,32 |
| EPS | 25,00 | 0,027 | 0,68 |
| XPS | 27,50 | 0,027 | 0,74 |
| UF | 14,00 | 0,043 | 0,60 |
| PUR | 32,50 | 0,027 | 0,88 |
| PIR | 31,00 | 0,021 | 0,64 |
| PF | 70,00 | 0,015 | 1,05 |
De laatste kolom laat zien dat UF-schuim met 0,60 een net iets betere ratio van licht gewicht en hoge isolatie heeft dan de 0,64 van PIR. Duurzaam Jacht heeft toch PIR schuim, omdat de brandveiligheid beter is (brandklasse B, S2, D0) en omdat de platen wat handiger verwerkt konden worden, wat minder restafval gaf.
De Amsterdamsche Fijnhouthandel levert ons voor het grondhout populierenmultiplex. Lekker licht en toch sterk. Ook alle eiken fineer is op populierenmultiplex geplakt. Verder hebben we uitgepuzzeld of we niet met minder dikke multiplex plaat toe kunnen.
- In alle grondhout, dat vrij breed werd vanwege de dikke isolatie die ertussen komt, hebben we gaten geboord, zodat het licht blijft. Het grondhout heeft, net zoals tandenborstels, geen dragende functie in Duurzaam Jacht. Dus dat kan.
Alle bekabeling doen we zoveel mogelijk in de bilge, lekker zo’n 20 cm onder het draaipunt. Dat betekent toch weer zo’n 100 kilo die ‘positief’ meedoet aan de ballast. Want zouden we die bekabeling bijvoorbeeld op gemiddeld 20 cm boven het draaipunt hebben gehouden, dan hadden we weer moeten compenseren met een extra hoeveelheid ballastlood onderin het schip. Dit scheelt dus dubbel.
Hoe hoger we komen, hoe belangrijker de gewichtsbesparing. De kabels die de mast ingaan zijn zo licht mogelijk. Rene Zondervan adviseerde om voor de diverse verlichting in de mast één vijf-aderige kabel naar boven te laten lopen, in plaats van vijf twee-aderige. We kunnen de overtollige lengtes van de aders die tot halverwege de mast lopen, eruit trekken. Dit lijkt absurd, want het levert misschien maar 1 kilo gewichtsbesparing op. Maar die kilo halen we wel weg op een gemiddelde hoogte van zo’n 10 meter. Dus dat bespaart zo’n 30 kilo ballast als we die op 30 cm onder het draaipunt kunnen weghalen. Het dertigvoudige! Vanwege deze enorme verhouding hebben we ook de weinig wegende lichten van Lopolight in de mast. En om dezelfde reden worden een carbon mast en extra lichte stagen interessant voor Duurzaam Jacht. Elke kilo die we hier kunnen besparen scheelt een veelvoud aan ballast, dus kosten, en energie.
Gewicht vraagt om meer gewicht: een never ending story van oplopende ballast, kosten en energieverbruik.
Met voortdurend opletten bespaar je veel gewicht, veel ballast, veel kosten en veel energie. Doe je dat niet, dan kom je in een zichzelf verergerend verhaal. Als bijvoorbeeld het timmerwerk dat boven het draaipunt zit, zwaar wordt uitgevoerd, moet je flink extra ballasten. Dick Koopmans zou als jachtontwerper gelijk zijn programmatuur erbij pakken en tot de conclusie komen dat je dan een zwaardere verstaging nodig hebt… Waardoor je dus nog meer moet ballasten…waardoor je mogelijk naar een zwaardere mast toe moet… wat om extra ballast vraagt...een zwaardere motor… grotere tuigage… enzovoorts. Het wordt een verhaal van oplopende ballast, oplopende kosten en oplopend energieverbruik. Logisch dus dat we Duurzaam Jacht zo licht mogelijk houden.
Reacties