hypocaustum, hypocaust

Hypocaustum is in een Romeins huis een ruimte die verwarmd wordt door hete lucht onder de vloer, een soort vloerverwarming en vaak gecombineerd met wandverwarming. Het systeem van verwarming door hete lucht onder de vloer wordt hypocaust genoemd (zonder de um) en werd veel toegepast in badgebouwen (thermen). 

Vloer en kruipruimte (zie de tekening verderop)
De vloer van de te verwarmen ruimte was op stenen pijlers (pilae) gebouwd, vaak tegels van gebakken klei op elkaar (de lateres sesquipedales ofwel  "bakstenen anderhalve voet", bakstenen van 1,5 bij 1,5 voet, ca. 45x45 cm), die weer op een harde ondergrond stonden. Omdat de vloer op de pijlers rustte, kon de warmte door de ruimte gaan en vloer en wand verwarmen. 
De pilae werden vaak gemaakt van gestapelde tegels van ca. 20x20 cm (bessales), maar er waren ook o.m. pijlers van een ander vierkant formaat tegels, achthoekige of ronde tegels en zelfs hol aardewerk. Onder en boven de pijler lag meestal een grote flagstone of een grote vierkante tegel, vaak die van 2 bij 2 voet (bipedales; enkelvoud bipedalis ofwel twee voet; een bipedalis was dus ca. 60 cm breed en lang en had een dikte van ca. 5 cm). Deze stenen werden ook gebruikt voor de bekleding van vloeren.

De toplaag van de vloer van het badvertrek bestond uit een afgewerkte mortelvloer. Een voorbeeld van zo'n mortelvloer van het hypocaustum: "op de verdichte aarde werd een 100 mm dikke laag grind uitgespreid, daarna werd een laag grotere stenen gelegd, gevolgd door een 150 mm dikke laag grind gemengd in kalkmortel en afgewerkt met een polijstmiddel" (Romeins Brigetio). 
Als afwerking van de vloer werd ook tegelgruis gebruikt om met kalkmortel te mengen (cocciopesto, ook opus signninum genoemd) of tegelstukjes in een soort cement (terrazzo).

In de holle "kruipruimte" van ca. 1 m hoogte stroomde hete lucht afkomstig van een vuur dat in een aparte kleine ruimte werd gestookt (de oven heet praefurnium). De brandstof was meestal hout, maar kon ook houtskool zijn (van houtskool is minder nodig en er komt minder rook vanaf).

Wandverwarming
Ook de wanden konden hol zijn waardoor een efficiënte vorm van wandverwarming ontstond. Door openingen aan de onderkant en bovenkant van een "voorzetwand" kon de warme lucht naar boven en gelijktijdig de wand verwarmen. 
De holle ruimte was, met tegels meestal ca. 8 cm dik waarvan ca. 6 cm luchtspouw. De warmtewand was vaak afgewerkt met geschilderd pleisterwerk of was voorzien van marmeren tegels; beide afwerkingen voelen prettiger aan dan een gepleisterde muur en zijn hygiënischer.
In de loop van de Romeinse tijd waren twee bouwmethoden van warmtewand gebruikelijk:
- met platte tegels en afstandhouders
- met holle buistegels (bij de bouw vanaf ca. 100 na Chr. was deze methode gebruikelijk).

Warmtewand met platte tegels en afstandhouders
In de beginperiode van het hypocaustum werd de wand uitgevoerd met platte tegels met noppen als afstandhouders, de tegulae mammatae (enkelvoud tegula mammata), of met tegulae hamatae (enkelvoud tegula hamata; platte tegels met keramiek "haken") waarachter de warme lucht zijn weg naar boven kon voortzetten. De tegels werden met nagels aan de muur vastgezet: door de uitsteeksels (dan zijn per tegel 4 nagels nodig) of langs een inkeping in de rand van de tegel zodat één T-vormige nagel twee tegels kon vasthouden (dan zijn er per tegel maar 2 nagels nodig, afgezien van de bovenste en onderste rij).
Na verloop van tijd werd als "afsluiter en verzamelaar" bovenaan de muur een rij buistegels (tubuli) met zijperforaties toegepast, terwijl de rest met traditionele tegels uitgevoerd bleef.
Soms werd de binnenzijde van de tegels geverfd waardoor minder condensatie van de warme vochtige lucht optrad en de wand droog bleef.

Warmtewand met holle buistegels
Via holle "buistegels" kon de warme lucht naar boven; deze holle tegels heten tubuli (enkelvoud tubulus; soms worden deze "buizen" van deze holle tegels tubi genoemd, meervoud van het Latijnse tubus buis, waterpijp; maar de term tubi wordt meer voor waterleidingbuizen gebruikt). Ook aan de zijkant van de holle tegels waren openingen zodat de warme lucht vrijelijk kon stromen. Deze tubuli konden in beginsel tegen de wand staan zonder dat elke holle pijp vastzet hoefde te worden. Bovenaan de wand was een soort verzamelkanaal zodat de warme lucht zijn weg verder kon vervolgen. 
De afmetingen van een grote tubulus waren ca. 20 cm lang, 150 cm breed en 8 cm dik.

Voordelen van wandverwarming
- de opgewarmde stenen van vloer én wand geven langzaam hun warmte af en blijven dus lange tijd warm
- de woonzijde van de overigens massieve muren werd door de voorzetwand en verwarming niet nat na langdurige regenval
- de temperatuur van de warme kan bij wandverwarming wat lager zijn dan bij alleen maar vloerverwarming
- het venster in de "badruimte" (in de beginperiode nog zonder glas) kon wat groter uitgevoerd worden, vooral als de warme badkamer op de zon gericht was. 

Afvoer warme lucht
De warme lucht die door de warmtewand wat afgekoeld is, verlaat het huis door een verticaal kanaal bij het dak, maar ook wel door openingen in het hogere deel van de gevel. Openingen in de gevel hebben het voordeel dat het dak met tegulae et imbrices niet hoeft te worden onderbroken door een dakdoorvoer. Het huis had meestal een schuin dak.

Opmerkingen
- Om de gehele voorzetwand met tubuli te bouwen kwam historisch gezien ná het gebruik van de tegulae mammatae en hamatae. Vanaf ca. 100 na Chr. was het gebruikelijk de hypocaustum met tubuli uit te voeren. Omdat de tubuli gemakkelijk gestapeld konden worden en niet allemaal vastgezet hoefden te worden met dure ijzeren nagels spaarde het gebruik van tubuli tijd en geld bij de bouw van wandverwarming.
- De tubuli werden als snel uitgevoerd met een ingedrukt patroon waardoor de holle buizen gemakkelijk aan de muur te bevestigen waren en ook gemakkelijk konden worden gepleisterd (wandafwerking). Dat patroon werd in de klei van buizen geperst met een rol of een kam. Mogelijk kan de fabrikant van de tubuli herleid worden aan het patroon van de gebruikte rol.
- In Engeland zijn voorbeelden van Romeinse villa's waarbij ook eetkamer, gang en vestibule via het hypocaustum verwarmd werden.

klik op de afbeeldingen voor groter hypocaust, bovenaan is goed de stookplaats (praefurnium) te zien:

hypocaust, hypocaustum, het principe (rechtsonder is de vuurplaats); in dit geval worden zowel de vloer als de wanden verwarmd;  de "voorzetwand" bestaat hier uit gepleisterde gebakken holle kleibuizen, de tegulae tubuli; klik voor groter: 1 muur (buitenmuur of tussenmuur) 2 pleisterlaag  3 tubuli (holle verwarmingsbuizen)  4 beschilderd stuc of maremeren tegels 5 mortelvloer  6 grote draagtegels (suspensurae) 7 pijlers (pilae) 8 tegelvloer 9 stookoven (praefurnium)

tubulus met ingedrukt patroon om aanhechting te verbeteren met bouwmuur (mortel) en binnenmuur (pleisterlaag); wonderlijk dat het zo'n fraai patroon, terwijl het achter een pleisterlaag verdwijnt... (roman box flue tiles, mudlarking):

in plaats van holle keramische buizen werd in de beginperiode ook een spouw geschapen door tegels met uitsteeksels toe te passen; twee soorten tegulae mammatae (a, c, d) en een tegula hamata (b); bij de bovenste methode haakt de hamata over de mammata waardoor ook een soort tubulus ontstaat (ingenio-web):

bevestiging van tegels aan de wand: tegel met geperforeerde uitsteeksels (en tegel), nagels door perforaties:

tegel met uitsteeksels, T-vormige nagels langs inkepingen aan rand van de tegel (de T-vormige nagel hield gelijktijdig twee naast elkaar gelegen tegels vast):

tegel zonder uitsteeksels, losse keramiesche buisjes als afstandhouders, T-vormige nagels gaan dóór de buisjes en langs de inkepingen aan de rand van de tegel:

eenvoudige voorstelling van de tegulae mammatae en bovenaan de warmtewand de tubulus (ergens anders bovenin de muur moet uiteraard de warme lucht weg kunnen):

hypocaust, exedra, d.w.z. met een halfronde uitbouw / nis (wikipedia):

De termen hypocaust en hypocaustum zijn afkomstig uit het Latijn (ondergrondse ruimte voor of vertrek met heteluchtverwarming), afgeleid van het Griekse hupokauston, verleden deelwoord van hupokao (ik steek onder iets in brand), van hupo (onder) en kao (ik steek in brand, verbrand); bron Etymologiebank.

Bij thermen is meer informatie te vinden.

Eng. hypocaust