Energie-efficiency in gebouwen. Handboek voor Leerlingen

Transcriptie

1 Energie-efficiency in gebouwen Handboek voor Leerlingen

2 Editie NL Oktober 2010 Bekijk de IUSES project website voor nieuwe en verbeterde versies. Disclaimer Dit project wordt gefinancierd met steun van de Europese Commissie. Deze publicatie geeft de mening van de auteurs weer. De Commissie kan niet verantwoordelijk gehouden worden voor het gebruik van de informatie uit deze publicatie.

3 Auteurs: Sergio García Beltrán (CIRCE), Lucie Kochova (Enviros s.r.o.), Giuseppe Pugliese (CIRCE), Petr Sopoliga (Enviros s.r.o.) Layout Fabio Tomasi (AREA Science Park) Vertaling en aanpassingen: Lieke Dreijerink (IVAM), Jan Uitzinger (IVAM) Over dit handboek en IUSES Dit handboek is ontwikkeld in het kader van het IUSES (Intelligent Use of Energy at School) Project dat wordt gefinancierd door het Intelligent Energy Europe (IEE) Programma van de Europese Commissie. De partners van het project zijn: AREA Science Park (Italië), CERTH (Griekenland), CIRCE (Spanje), CTC - Cork Technologie Instituut (Ierland), Enviros s.r.o. (Tsjechië), IVAM UvA BV (Nederland), Jelgava Adult Education Centre (Letland), Prioriterre (Frankrijk), Science Centre Immaginario Scientifico (Italië), Slovenski E-forum (Slovenië), Stenum GmbH (Oostenrijk), Universiteit Politehnica van Boekarest (Roemenië), Universiteit van Leoben (Oostenrijk), Universiteit van Roese (Bulgarije). Copyright noten Dit handboek kan vrij gekopieerd en verspreid worden, onder voorwaarde dat altijd de copyrightnoten vermeld worden; ook in het geval van gebruik van gedeeltes. Docenten, trainers en iedere andere gebruikers of verspreiders moeten altijd de auteurs, het IUSES project en het Intelligent Energy Europe (IEE) Programma vermelden. Het handboek mag ook vertaald worden in andere talen. Vertalers moeten de copyrightnoten vermelden en de vertaalde teksten versturen naar de projectcoördinator (iuses@area.trieste.it) zodat deze teksten op de IUSES project website kunnen worden geplaatst om verder verspreid te worden. I

4 Sleutel voor symbolen Definitie: dit geeft een definitie van een term aan, en legt uit wat het is. Opmerking: Dit laat zien dat iets belangrijk is, een tip of een essentieel deel aan informatie. Let hierop! Leerdoel: Deze staan aan het begin van ieder hoofdstuk en lichten toe wat je in het hoofdstuk zult leren. Experiment, Oefening of Activiteit: Dit geeft aan dat je iets gaat doen, op basis van wat je geleerd hebt. Internet link: Hier staat een internet adres waar je meer informatie kunt vinden. Referentie: Hier komt de informatie vandaan. Praktijkvoorbeeld: Als we een echt voorbeeld geven van een industrie of een echte situatie. Kernpunten: Dit is een samenvatting (meestal in opsommingstekens) van wat er besproken is, vaak aan het eind van een hoofdstuk. Vraag: Hier vragen we je om over een vraag na te denken, vooral aan het eind van een hoofdstuk. Niveau 2: Dit geeft een gedeelte aan waarin dieper op de stof wordt ingegaan. II

5 INDEX 1. INTRODUCTIE HET GEBOUW TYPEN GEBOUWEN STRUCTUREN VAN EEN GEBOUW CONCEPT: EEN GEBOUW ALS EEN ADEMENDE DOOS SCHIL VAN EEN GEBOUW Isolatie en bouwmaterialen Renoveren met thermische isolatie: algemene voorbeelden Ramen, glazen oppervlakken en deuren Beoordelen van ramen KLIMAATONTWERP VAN GEBOUWEN Passieve zonne-elementen TIPS EN HINTS VOOR EEN BETER GEBRUIK VAN GEBOUWEN OEFENINGEN/VRAGEN KLIMAATREGELING VERWARMING Microklimaat en comfort in huis Verwarmingssystemen Type warmtedrager Warm water Verwarming met lucht Energiebronnen Fossiele brandstoffen Elektrische energie Hernieuwbare bronnen Biomassa Warmtepompen Zonne-energie Verwarmingselementen KOELING AIRCONDITIONING Introductie Hoe werkt een airconditioner? Energie Label Verschillende airconditioners Tips en hints over hoe je een airconditioner kan gebruiken OEFENINGEN/VRAGEN (HUISHOUDELIJK) WARM WATER TYPE WATER VERWARMINGSAPPARATEN Elektrische boiler

6 Elektrische geiser Gasgeiser Gasboiler Combiketel Andere mogelijkheden TIPS EN HINTS HOE JE WATER EN ENERGIE KUNT BESPAREN ZONNEBOILERS OEFENINGEN/VRAGEN VERLICHTING DAGLICHT KUNSTLICHT Lichtbronnen Lampen Energieverbruik OEFENINGEN/VRAGEN ELEKTRISCHE EN ELEKTRONISCHE APPARATEN (EN ZONNE PV) OVERZICHT Algemene tips om energie te besparen ELEKTRISCHE APPARATEN Koelkasten/ diepvriezers: Wasmachines: Afwasmachines: Huishoudelijke elektronische apparaten Ontspanning en home office apparaten: OEFENINGEN/VRAGEN PHOTOVOLTAÏSCHE ENERGIE Het proces van zonlicht omzetten in elektriciteit Photovoltaïsche toepassingen Hoeveel elektriciteit kan een PV systeem produceren? OEFENINGEN/VRAGEN OEFENING MONITOREN VAN ENERGIEVERBRUIK - HUIS / SCHOOL FA- CILITIES ENERGIE AUDIT

7 1. Introductie 1.1 Het gebouw Leerdoel: In dit Hoofdstuk leer je: Wat gebouwen zijn Welke soorten gebouwen er zijn Definitie: Een gebouw is een door de mens gemaakte constructie die onderdak biedt voor welke werkzaamheden of bewoning dan ook. Een gebouw wordt helemaal omgeven door een externe schil (dat zijn buitenmuren, een dak en een vloer) waarbinnen een binnenklimaat ontstaat. Gebouwen bestaan in veel verschillende vormen en functies, en zijn tijdens de geschiedenis steeds opnieuw aangepast, zoals aan beschikbare bouwmaterialen, of aan weersomstandigheden, landprijzen, gesteldheid van de grond, specifiek gebruik en esthetische redenen. Een samenleving heeft gebouwen nodig in de eerste plaats als schuilplaats tegen het weer en daarnaast als algemene leefplek, om privacy te verschaffen, bezittingen te bewaren en op een comfortabele manier te leven en te werken. Een gebouw als schuilplaats is een fysieke scheiding tussen de menselijke woonplek binnen (een plek met comfort en veiligheid) en buiten (een plek die soms hard en schadelijk kan zijn). Men denkt dat de eerste schuilplaats die op aarde werd gebouwd, jaar geleden gebouwd werd door een relatief nabije voorouder van de mens, namelijk door Homo erectus. Het creëren van een binnenmilieu dat aan alle eisen voldoet kost veel energie. Daarom hebben de bouw van en het werk aan gebouwen enorme directe en indirecte gevolgen op het milieu. Gebouwen maken niet alleen gebruik van grondstoffen zoals energie en ruw materiaal, maar ze zorgen ook voor afval en eventueel schadelijke uitstoot. Omdat de economie en de populatie blijven groeien, is het voor ontwerpers en ontwikkelaars een unieke uitdaging om aan de eisen van nieuwe en gerenoveerde voorzieningen te voldoen, die toegankelijk zijn, veilig, gezond, en productiviteit opwekken terwijl de impact op het milieu geminimaliseerd wordt. Recente antwoorden op deze uitdaging vragen om een geïntegreerde en synergetische aanpak die rekening houdt met alle fasen van de levensduur van een gebouw. Deze "duurzame" aanpak ondersteunt een groeiende toewijding aan milieurentmeesterschap en milieubehoud, en resulteert in een optimale balans tussen economische, milieukundige, maatschappelijke en menselijke voordelen zonder dat de beoogde functie van het gebouw in het gedrang komt. De hoofddoelen van duurzaam ontwerp zijn het vermijden van uitputting van de hulpbronnen energie, water, en ruwe materialen; het voorkomen van achteruitgang van het milieu als gevolg van faciliteiten en infrastructuur gedurende hun levensduur; en het creëren van een gebouwde omgeving die leefbaar, comfortabel, veilig en productiviteit opwekkend is. 1.2 Typen gebouwen Om onderscheid te maken tussen gebouwen die in dit handboek worden beschreven en andere gebouwen of structuren die niet bedoeld zijn voor menselijke bewoning, worden deze laatste simpelweg structuren genoemd. Gebouwen kunnen ingedeeld worden naar het doel waarvoor ze gebouwd zijn: 1) Woonhuis flat, vrijstaand/halfvrijstaand huis, rijtjeshuis, kasteel, yurt, iglo, herenhuis, appartement, slaapzaal 3

8 Foto s: Michael Gardner 2) Onderwijs en Culturele gebouwen school, universiteit, sportschool, bibliotheek, museum, kunstgalerie, theater, concertzaal, operahuis 3) Commerciële gebouwen bank, kantoorgebouw, hotel, restaurant, markt, winkel, winkelcentrum, warenhuis 4) Overheidsgebouwen stadhuis, consulaat, rechtbank, parlement, politiebureau, postkantoor, brandweer 4

9 5) Industriële gebouwen brouwerij, fabriek, gieterij, mijn, energiecentrale, molen 6) Medische gebouwen ziekenhuis, polikliniek, operatiekamer 7) Agricultural buildings bijvoorbeeld: schuur, kippenhok, kas, silo, graanschuur, stal, molen Foto: Lars Lentz 8) Militaire gebouwen barakken, bunker, citadel, fort, kasteel 9) Parkeren en opslag garage, magazijn, hangaar 10) Religieuze gebouwen kerk, kathedraal, kapel, moskee, klooster, synagoge, tempel 11) Gebouwen voor sport sport stadion, zwembad, sportschool, sportbaan Er is dus veel variatie in gebouwen en er is ook veel variatie in vereisten voor deze gebouwen. In al deze typen gebouwen moet een binnenklimaat worden ontwikkeld dat past bij het doel 5

10 waarvoor het gebouwd is. De eisen zijn verschillend voor alle type gebouwen; in een warenhuis bijvoorbeeld is een lagere binnentemperatuur en een veel lagere luchtvochtigheid nodig dan in een binnenzwembad. Internet links building_orientation.html

11 2. Structuren van een gebouw Leerdoel: In dit hoofdstuk leer je: De belangrijke rol van de schil van een gebouw en hoe energie verspild kan worden (inclusief de basisprincipes van warmteoverdracht) Een overzicht van de meest gebruikte bouw- en isolatiematerialen Basisconcepten van een klimaatontwerp van gebouwen 2.1 Concept: Een gebouw als een ademende doos Een gebouw kan gezien worden als een doos, die de inhoud beschermt tegen klimaatomstandigheden, zoals buitentemperatuur, wind, regen, etc. Het comfort van een huis, los van dat dit een subjectief oordeel is, hangt vooral van twee zaken af: de temperatuur en de vochtigheid in huis. Het is duidelijk dat een huis het minst comfortabel is als er sprake is van een extreme temperatuur en luchtvochtigheid. Het omhulsel van het gebouw, de zogenaamde schil, werkt als een warmtewisselaar met de klimaatomstandigheden buiten; de warmte die het van buitenaf ontvangt door de zonnestralen en de warmte die het afstaat door ventilatie en door warmtelekken in de schil. Naast het omhullen en beschermen van het gebouw, moet de schil het huis laten ademen, zodat een hoge luchtvochtigheid vermeden wordt en er een goede balans wordt gevonden tussen warmtetoename en warmteverlies*. Fig.1 Energiebalans van een gebouw De speciale foto hieronder (een infrarood foto genomen met een warmtebeeldcamera*) laat de thermische omstandigheden van het gebouw zien, waarbij de heldere delen (geel gekleurd) warme gedeeltes zijn en de donker blauwe vlakken koudere gedeeltes zijn. De foto laat duidelijk zien waar de warmte ontsnapt. Op deze foto (fig. 2) heeft de voorgevel bijvoorbeeld een temperatuur van 6,1ºC bij de kruising met het vloerskelet (Sp2) terwijl het 1.1ºC is op het midden van de muur (Sp1). 7

12 Fig.2 Infrarood foto van een gebouw Zoals te zien op de foto in figuur 3, ontsnapt warmte door de ramen en via de thermische bruggen bij de behuizing van de rolluiken en bij de vloeren. Fig.3 Infrarood foto van een gebouw Waarom gebeurt dit? Definitie: Dit komt door een natuurkundig verschijnsel dat bekend staat als warmteoverdacht. Het houdt in dat warmte altijd van een warmere naar een koudere plek stroomt. Zo stroomt de warmte in de winter direct van de verwarmde kamers naar buiten en naar aangrenzende onverwarmde zolders, garages en kelders of waar ook maar een verschil in temperatuur is. En in de zomer stroomt de warmte van buiten naar binnen. Fig.4 Verschil in temperatuur en warmtestroom 8

13 Om het in huis comfortabel te houden, wordt de warmte die in de winter verloren gaat gecompenseerd door de verwarming. Terwijl de warmte die er in de zomer bijkomt soms wordt weggenomen door een airconditioner. Dit betekent dat in de meeste gebouwen veel energie wordt verspild. In Europa gaat 70% van het gemiddelde energieverbruik in huishoudens op aan het op een comfortabele temperatuur houden van de woning. Normaal gesproken worden gas en elektriciteit gebruikt voor de verwarming en elektriciteit voor koeling. De vraag naar warmte in huis tijdens de koudere maanden bepaalt het grootste deel van het energieverbruik. Als de vraag naar warmte minder wordt door isolatie, warmteterugwinning, dubbelglas, passieve zonne-energie en andere maatregelen, neemt het energieverbruik voor verwarming af, net als de energierekening en de CO2 uitstoot. BOX Concept Warmtestroom basisprincipes Opmerking: Warmte stroomt altijd van warmere naar koudere plekken via drie mechanismen: Fig.5 Warmtestroom Geleiding vindt plaats in vast materiaal wanneer de moleculen verschillende temperaturen hebben. De warmere moleculen geven energie (warmte) af aan het koudere deel van het materiaal. Bijvoorbeeld, een lepel die in een heet kopje koffie wordt gezet, geleidt warmte door de steel en naar de hand die hem vasthoudt. In gebouwen gaat geleiding voornamelijk via muren en ramen. Convectie is de stroom van energie door de beweging van vloeistoffen en gassen. Warme lucht stijgt op en wordt vervangen door koudere lucht die naar binnen wordt gezogen. In gebouwen met meerdere verdiepingen met slechte tussenwanden kan dit zorgen voor sterke en energieverspillende tocht. Warmtestraling ontstaat waar de energie wordt getransporteerd door elektromagnetische golven. In tegenstelling tot de andere mechanismen, vereist straling geen medium. Straling komt meestal via glazen ramen en deuren in een gebouw. Maar, als muren niet goed geïsoleerd zijn kan de stralingsenergie aan de buitenkant via warmtegeleiding door de muur toch in huis komen. 2.2 Schil van een gebouw Veel van de energie die in gebouwen verloren gaat, is het gevolg van een slecht werkende schil die bestaat uit muren, vloeren, dak, deuren, en ramen. Het volgende plaatje laat zien hoe warmtestromen normaal gesproken lopen, zoals naar buitenmuren en naastliggende onverwarmde ruimtes. Opmerking: Goede bouw- en isolatiematerialen zorgen ervoor dat een gebouw een goede binnentemperatuur kan vasthouden. 9

14 Ook de kleur van de buitengevel is belangrijk, vanwege het karakteristieke vermogen van de verschillende kleuren om zonlicht te reflecteren of juist te absorberen. Wit en lichte kleuren werken als reflectoren, terwijl zwart en donkere kleuren zonlicht absorberen. Fig.6 Energieverliezen in een standaard gebouw Isolatie en bouwmaterialen Isolatie omvat alle materialen met een hoge weerstand tegen warmtestromen. Vaak gebruikte materialen voor woningisolatie worden op de volgende manier ingedeeld: Natuurlijk: kurk, houtvezels, vlas, stro, etc. Mineraal: glasvezel, glaswol, minerale wol, kleikorrels, metaalcoatings, etc. Synthetisch materiaal: polystyreenschuim (piepschuim), polyurethaan en PVC, etc. Isolatiematerialen zijn bovendien verkrijgbaar in verschillende vormen. Naast stugge isolatiematerialen zijn er dekens, in de vorm van platen of rollen, losse vezels, schuim en spuitisolatie, etc. Ze kunnen in combinatie gebruikt worden en op die manier de isolerende prestatie verhogen, maar dit vereist een professionele installatie en een goede mix. Goede isolatie kan de warmtestromen door muren, daken, ramen, etc. verminderen met de volgende voordelen: Het bespaart energie omdat het energieverliezen op koude dagen vermindert en er 10

15 IUSES Energie-efficiency in gebouwen minder koeling nodig is op warme zomerdagen. Het comfort wordt vergroot door het wegnemen van het koude muur effect* dat ontstaat in buitenmuren en ramen (het temperatuurverschil tussen het muuroppervlak en de kamer zou niet groter mogen zijn dan 4 C). Het vermindert de condensvorming* die schade kan veroorzaken aan de isolatie- en constructiematerialen van een gebouw, en verkleuring en ongezonde leefomstandigheden kan veroorzaken. Het risico van condensatie neemt toe bij lagere omgevingstemperaturen. Het voorkomt plotselinge temperatuursveranderingen, waardoor het gebouw beschermd wordt tegen scheuren en uitzetting door warmte. Het verbetert de akoestiek van het gebouw. Isolatiemateriaal wordt meestal ingedeeld naar de Warmteweerstand (aangegeven met de R waarde), die de mate van weerstand tegen warmtestromen van een materiaal aangeeft (zie ook paragraaf ). Hoe hoger de weerstand, hoe effectiever de isolatie. De mate van thermische isolatie hangt natuurlijk af van het type materiaal en de dikte en dichtheid van het materiaal. Kijk als voorbeeld eens naar de vergelijking tussen 10 cm thermische isolatie en andere bouwmaterialen. Grafiek 1. Materiaal vergelijking Opmerking: In de winter is het energieverlies per vierkante meter ongeïsoleerde buitenmuur het equivalent aan energie van 3 tot 6 m 3 aardgas. Verdubbeling van de dikte van een kale muur van 45mm tot 90 mm kan ongeveer 30% energie besparen 1. Voor ieder gebouw dat ouder is dan 20 jaar of dat niet efficiënt is geïsoleerd, is het aan te raden te renoveren en de isolatie te verbeteren. Hierbij is 50% energiebesparing op verwarming en koeling gemakkelijk haalbaar. Naast isolatie, is het kiezen van bouwmaterialen erg belangrijk om een hoog comfort te krijgen met zo laag mogelijke kosten. Dit is natuurlijk vooral van toepassing als er een nieuw gebouw wordt gebouwd of als er ingrijpende renovaties aan een oud gebouw worden gedaan. Bijvoorbeeld. Een holle steen/tegel van keramiek heeft hele goede isolatie eigenschappen (ofwel een hoge warmteweerstand), en andere materialen zoals thermische klei hebben zelfs een nog betere prestatie. 1 De energiestandaard van een gebouw wordt meestal gemeten aan de hand van de benodigde energie voor verwarming en koeling (kwh) per vierkante meter van een gebouw oppervlak (m 2 ) gedurende een jaar. Als we dus spreken van energieverliezen of winsten als gevolg van isolatie, hebben we het over die energie (uitgedrukt in kwh of een olie-equivalent) die gebruikt of bespaard zou worden voor verwarming of verkoeling. 11

16 Fig.6 Voorbeeld van een holle steen met zeer goede isolatie eigenschappen. Fig.7 Voorbeelden van kleistenen De stenen hierboven hebben een inwendige structuur met luchtkamers, die zorgen voor een goede thermische en akoestische isolatie. Samengevat: het is belangrijk om naast geschikte bouwmaterialen, gelaagd isolatiemateriaal te gebruiken voor een hogere energiebesparing en meer comfort Renoveren met thermische isolatie: algemene voorbeelden 1. Isolatie van de gevel (muren en ramen): Installeren van thermische isolatie in buiten en binnenmuren, het injecteren van isolatie in de muur, en het vervangen van glas en ramen door meer besparende varianten. 2. Isolatie van dak, vloer en plafond: Installeren van thermische isolatiematerialen tussen de balken, tussen de spanten en onder dakpannen en het isoleren van vloeren en plafonds. 3. Isolatie van warm water leidingen: Het installeren van thermisch isolatiemateriaal rondom waterleidingen om warmteverlies bij het transport van heet water te verminderen Ramen, glazen oppervlakken en deuren Opmerking: Dit zijn de zwaktste delen van de schil van een gebouw; gemiddeld verantwoordelijk voor een derde van het warmteverlies in een huis in de winter en koelingverlies in de zomer. Dit komt door luchtlekken, infiltratie en thermische bruggen* langs de kozijnen, en door warmtegeleiding door de materialen. Gewone ramen hebben een lage weerstand tegen warmtestromen en zijn daarom niet efficiënt. Een aanzienlijk deel van de buitenkant van een gebouw bestaat uit ramen en glazen oppervlakken. Ramen en glazen oppervlakken zijn er net als andere gedeeltes van de schil voor om warmteverlies tegen te gaan. Maar, ze hebben ze nog een andere belangrijke functie: ze zorgen voor toetreding van natuurlijk daglicht en dankzij het zonlicht wordt de binnenruimte verwarmd (vooral in koudere landen of in koudere seizoenen). Opmerking: Op dezelfde manier zijn deuren naar buiten verantwoordelijke voor gemiddeld 10% van het warmteverlies van een huis. Doorgaans moeten ze worden geïsoleerd en gedicht, vooral aan de onderkant met tochtstrips of tochtband om luchtstromen te voorkomen. Als de deuren wat ouder zijn, zou het goed zijn om ze te vervangen door nieuwe deuren die gemaakt zijn van goed thermisch isolatiemateriaal (bijvoorbeeld hout of dubbellaags aluminium gevuld met isolatiemateriaal). 12

17 Twee belangrijke stappen: De juiste vorm en de juiste plek van ramen en glazen oppervlaktes; Zoeken naar energie-efficiënte ramen (die zorgen voor een goede weerstand tegen warmtestromen). 1. Grote ramen moeten aan de zuidkant worden geplaatst, zodat de zon in de winter de binnenruimtes kan verwarmen. Maar in de zomer, als het de bedoeling is dat de warmte van de zon buiten blijft, zou men gebruik kunnen maken van de schaduw. Bijvoorbeeld door een afdak of overkapping voor het raam te plaatsen. Omgekeerd, moeten de ramen aan de noordzijde van een huis kleiner zijn, om te voorkomen dat de warmte daar naar buiten weglekt. 2. Er bestaan ramen van verschillende efficiency, vooral door verschillen in materiaalkeuze voor het kozijn en kenmerken van het glas. Een raam met een kozijn van aluminium of staal laat bijvoorbeeld veel warmte door (lage warmteweerstand), terwijl een houten kozijn beter isoleert. En systemen met dubbel glas of een dubbel raam, reduceren het energieverlies met bijna 50% in vergelijking met enkel glas. Daarnaast worden luchtlekken, condensvorming en bevriezing tegengegaan Beoordelen van ramen Ramen worden beoordeeld aan de hand van de U-waarde, ofwel de warmtedoorgangscoëfficiënt. Zoals je weet is de U-waarde de inverse van de warmteweerstand R (U=1/R). Hoe lager de U-waarde hoe beter de energieefficiency van het raam. Opmerking: Dubbel glas heeft een tot 75% lagere U-waarde dan enkel glas. De meest efficiënte dubbelglasramen laten ongeveer 80% van het zonlicht binnen en hebben U-waardes van ongeveer 2. Ramen met U-waardes van 1 of lager worden wel superramen genoemd. Veel van de beschikbare energiezuinige ramen bevatten meerdere lagen glas, coatings, edelgas vulling tussen de glaslagen en extra isolerende binnenframen. In de figuur staan de U-waardes voor verschillende raamtypes. 13

18 Fig.8 Beoordeling ramen: U-waardes van verschillende raamtypes 2.3 Klimaatontwerp van gebouwen Energie efficiënt bouwen is meer dan alle eerder genoemde technische oplossingen en ontwerpprincipes, omdat het in staat is zowel energie te besparen, het binnenmilieu gezonder te maken en bij te dragen aan het verminderen van broeikasgassen, als de huishoudkosten naar beneden te brengen. Maar, bovendien omvat het energiezuinige concept ook elementen van het zogenaamde Bioclimatic Building Design waardoor het hele jaar rond een natuurlijk comfortabel huis ontstaat. Definitie: Bioclimatic Building Design of Klimaatontwerp bestaat uit het aanpassen van het huis aan de specifieke weersomstandigheden en het verkrijgen van het hoogste niveau van comfort met minimale inzet van hulpenergiebronnen. De zon is de belangrijkste energiebron in het Klimaatontwerp. Het is geen nieuwe discipline. Het merendeel van de traditionele architectuur volgde de principes van het klimaatontwerp toen kunstmatige warmte- en koudebronnen duur en beperkt werden. Bioclimatic elements Active systems Passive systems Solar collectors Photovoltaic pannels... Direct solar gain Indirect solar gain Isolated systems: Sunspaces and Atria Thermal walls with air preheating Trombe walls Mass walls Collectors and grave fills 14

19 Definitie: De elementen van klimaatontwerp worden gewoonlijk ingedeeld in actief en passief. Actieve zonnesystemen zijn gericht op het opvangen van zonne-energie door mechanische en/of elektrische systemen: zonnecollectoren (voor ruimteverwarming en verwarming van tapwater) en zogenaamde fotovoltaïsche (PV) panelen voor het produceren van elektriciteit. Hier gaan we in het volgende hoofdstuk verder op in. Passief zonnedesign maximeert de voordelen van de zon door gebruik te maken van standaard bouwkenmerken, met weinig of geen gebruik van mechanische hulpmiddelen. Bijvoorbeeld de natuurlijke verplaatsing van warmte en lucht of optimaal gebruik maken van de zon in de vorm van daglicht of zonnewarmte, of het in stand houden van comfortabele temperaturen. Fig.10 Actieve en passieve zonne-elementen in een gebouw Passieve zonne-elementen Zoals figuur 9 laat zien, worden passieve zonnesystemen verder onderverdeeld in drie hoofdelementen, al naar gelang de manier waarop ze de voordelen van de zon benutten: Directe zonbenutting Indirecte zonbenutting Isolatie systemen 15

20 Systemen voor directe zonbenutting bestaan uit een glazen oppervlak, gericht op het zuiden, dat de warmte van de zon opvangt in een ruimte tussen het glazen oppervlak en een binnenmuur. Dit is een speciale muur, de thermische massa genaamd, die bestaat uit materialen die geschikt zijn om zonnewarmte te vangen en op te slaan en af te geven gedurende de nacht. Er kunnen temperaturen tot 27 C mee bereikt worden. Fig.11 Werking van een passief zonneoppervlak. Beglazing is meestal de belangrijkste factor in het behalen van energiewinst. In gebouwen die gericht zijn op het zuiden met een glasoppervlakte van 60%, kan er door gebruik te maken van directe zonbenutting tussen de 15% en 40% energie bespaard worden, afhankelijk van het isolatiemateriaal. Nadeel is dat hetzelfde glasoppervlak in de zomer 55% meer airconditioning vraagt. Het is daarom gebruikelijk om afdaken en bomen rondom het gebouw te plaatsen. Deze zorgen voor schaduw in de zomer en zonnewinst in de winter. Ook balansventilatie is een belangrijke factor (zelfs meer dan thermische isolatie) om airconditioning tijdens de zomer te voorkomen. Direct passieve zonbenuttingselementen reageren snel op de zon, waardoor ze geschikt zijn voor gebouwen die 's ochtends gebruikt worden, zoals scholen. De kosten van de noodzakelijke extra aanbouw zijn meestal laag. Indirecte zonbenutting gebruikt dezelfde materiaal- en ontwerpprincipes als directe systemen, maar plaatst de thermische massa (de binnenmuur) tussen de zon en de te verwarmen ruimte. Met indirect passieve zonbenuttingselementen, kunnen temperaturen tot 70 C bereikt worden (herinner je je nog dat directe zonnewinst elementen 27 C kunnen bereiken?). Deze systemen hebben dus een geweldig vermogen om energie op te slaan. De hoge temperatuur worden langzaam bereikt en neemt langzaam af, met een thermische vertraging van zes tot acht uur. In de zomer, worden afdaken gebruikt om oververhitting te voorkomen. Deze systemen zijn van invloed op het algehele gebouwontwerp, en zijn daarom vooral geschikt voor nieuwbouw. Van de verschillende varianten van indirecte zonbenutting is de zogenaamde Trombe muur de meest gebruikte. Fig.12 Werking van Trombe muren. Zonnestralen worden opgevangen tussen het grote buitenraam en de thermische massa (de muur) en verwarmen de lucht daartussen. Het speciale is dat er luchtgaten boven en onderin de muur zitten. De bovenste zorgt ervoor dat verwarmde lucht de kamer instroomt, terwijl de afgekoelde lucht dan in de richting van het gat onderin de muur beweegt (bedenk daarbij dat warme lucht opstijgt, doordat het lichter is dan koude lucht). De thermische massa (de muur) gaat door met het absorberen en opslaan van warmte zodat deze warmte als de zon is ondergegaan de kamer instraalt. Er kunnen afsluiters in de luchtgaten geplaatst worden om te voorkomen dat warme lucht 's nachts wegstroomt. Isolatie systemen, zoals serres en atriums (voor respectievelijk woonhuizen en grotere gebouwen) 16

21 bieden aanvullende ruimte met aantrekkelijke architectonische kwaliteiten. In sommige klimaten, kunnen zij ook bescherming bieden tegen nadelige klimaataspecten tegen een aanvaardbare prijs. Deze systemen zijn gebaseerd op een combinatie van directe en indirecte zonbenutting. Ze bestaan uit een groot glazen oppervlak dat een thermische massa omsluit (groter dan in de Trombe muren), tussen de buitenmuur van een gebouw en het glazen oppervlak. Fig. 13 Werking van atriums Wat zijn de voordelen? Een nieuw gebouw dat ontworpen en gebouwd wordt volgende de criteria van klimaatontwerp kan wat energie betreft zelfvoorzienend worden. Maar dit zijn uitzonderlijke gevallen en de principes kunnen niet toegepast worden op de meeste bouwprojecten. Ieder gebouw kan tot 60% energie besparen door klimaatontwerp technieken toe te passen zonder extra geld uit te geven en met behoud van het uiterlijk van het gebouw. Het energie kental van een gebouw wordt meestal gemeten aan de hand van de verbruikte energie voor verwarming en koeling (kwh), per vierkante meter gebouwoppervlak 2 (m²) per jaar. Tabel 3 laat een vergelijking zien tussen het verbruik van een traditioneel gebouw en een gebouw dat voldoet aan klimaatontwerp. De besparing kan oplopen tot 67%. Tab.3 Verbruik van een traditioneel versus bioclimatisch gebouw Om een schatting te maken van het energieverbruik van een gebouw moet je de waarde van het energie kental vermenigvuldigen met het gebruiksoppervlak van het gebouw. 2 Dit wordt beschouwd als het gebruiksoppervlak. Als je drie verdiepingen hebt van ieder 80 m², dan is het gebruiksoppervlak 240 m² (80 x 3). 17

22 Bijvoorbeeld. Bij een oppervlakte van 240 m 2 (zie voetnoot 2) en een kental van 169 kwh/m 2 (zoals in de tabel te zien is), krijgen we: 240 m 2 x 169 kwh/m 2 = kwh (dit is bij benadering het energieverbruik van het gehele gebouw). 2.4 Tips en hints voor een beter gebruik van gebouwen Bouwontwerp, de materialen van de schil en de gekozen ramen en deuren bepalen het comfort in een gebouw. Omdat het grootste deel van het energieverbruik van een gebouw opgaat aan verwarming en koeling (meer dan 50%), met daarbij in gedachten de lange levensduur van een gebouw, moet er aandacht besteed worden aan alle deze structurele onderwerpen om echt kosteneffectief te zijn. Volg onderstaande tips voor een zo hoog mogelijk energie-efficiency en om geld te besparen. Schil en isolatie Goede thermische isolatie zou eigenlijk altijd in het ontwerpproces van nieuwe of te renoveren gebouwen ingepland moeten worden. Kijk eens naar de bestaande eisen (of gesuggereerde standaarden) voor de U-waarde van de schil voor Nederland. Voor bestaande bouw is het vaak lastig en niet kosteneffectief om de structuur van een gebouw aan te passen om de isolatie te verbeteren. Maar als je nadenkt over een verbouwing van oudere gebouwen, vergeet dan niet dat goede thermische isolatie aanzienlijke hoeveelheden energie en geld bespaart. Verminder het verlies van warmte door dubbelglas te gebruiken in de ramen en isolatie in de muren. Het energieverbruik kan daardoor met de helft afnemen (50%). Denk eraan dat donkere oppervlakken meer zonnestraling absorberen. Zorg voor schildichting, het vullen van gaten en spleten overal waar luchtlekken worden gevonden. Deuren en ramen Als je geen oudere deuren en ramen kunt vervangen, zijn er verschillende dingen die je kunt doen om ze energiezuiniger te maken: Open de gordijnen en zonneschermen bij ramen op het zuiden, zodat de zon naar binnen kan schijnen. Gebruik geen gordijnen of jaloezieën (luxaflex) voor de ramen en andere glazen oppervlaktes op winterdagen, omdat de ramen de kamers van natuurlijk daglicht voorzien en de warmte van de zon binnenkomt (zonbenutting). Controleer of de deur afgedicht is en gebruik tochtstrips aan de onderkant om te voorkomen dat lucht wegstroomt. Pas tochtband en kitten toe rondom deuren en ramen; dit kan zorgen voor een aanzienlijke vermindering van luchtlekken. Houd ramen en deuren gesloten als de verwarming of de koeling aan staat, om verliezen te voorkomen. Klimaat Ontwerp en Systemen Bouwontwerp en structuurelementen zijn vaak onderdeel van beslissingen die genomen worden in de bouw of bij grootschalige renovaties; maar het is toch iets waar scholieren zich mee bezig kunnen houden. Er zijn drie punten om van te leren: verkrijgen van bewustzijn en kennis van goed ontwerp, materialen en het gebruik van 18

23 IUSES Energie-efficiency in gebouwen technologieën kan bruikbaar zijn als je een huis kiest om in te gaan wonen, of suggesties geeft aan je ouders of aan de directie van je school; er zijn kleinschalige reparaties mogelijk die weinig geld kosten, zoals kieren dichten, plaatsen van beweegbare zonwering in huis (zoals luxaflex), installeren van plafond ventilatoren, planten voor schaduw, etc. er bestaan niet technische maatregelen, waarvan zelfs de gemakkelijkste al energievoordelen voor onze gebouwen kunnen hebben zonder extra kosten. Bijvoorbeeld, ervoor zorgen dat er verstandig wordt omgegaan met het gebouw en de installaties, het juiste gebruik van ramen (voor opvangen van zonlicht in de winter, schaduw en nachtventilatie in de zomer), en een verstandig gebruik van apparaten zodat er geen warmtelast in het gebouw ontstaat (bijvoorbeeld, niet koken tijdens de warmste periode van de dag). 2.5 Oefeningen/Vragen 1. Wat is de richting van warmtestromen? a) van warmer naar kouder b) van kouder naar warmer 2. Welke kleuren denk je dat het beste zijn om zonlicht te absorberen en welke het beste om het zonlicht te reflecteren? Noem drie van de meest gebruikte isolatiematerialen: Welke van deze bouwoplossingen zou zorgen voor de beste isolatie? 10 cm thermische isolatie of 20 cm holle stenen 5. Welke materialen zijn geen goede isolatoren? Waarom niet? Waar vinden de meeste verliezen als gevolg van luchtlekken plaats? Wat kan gedaan worden om tocht te stoppen? Waar kunnen grotere ramen in een gebouw het best geplaatst kunnen worden? Zuidkant Noordkant 9. Welke oplossing of systeem kan gebruikt worden om in de zomer het warme zonlicht bij de ramen weg te houden? Welk soort raam is het energiezuinigst en welke U-waarde zou deze moeten hebben?

24 11. Geef aan welke van de volgende technieken zonne-actief (A) of passief (P) zijn. A P Photovoltaïsche (PV) panelen [ ] [ ] Atriums [ ] [ ] Indirecte zonbenuttingsystemen [ ] [ ] 12. Probeer een definitie te geven voor klimaatontwerp ( bioclimatic building design ) en beschrijf wat de belangrijkste energiebron hiervoor is Wat is het nadeel van passieve zonne-elementen in de zomer? Hoe kan dit gemakkelijk opgelost worden? Vink hieronder de functies van thermische massa (de binnenmuur) van een passief zonnesysteem aan: Warmteabsorptie en opslag Bescherming tegen nadelige klimaataspecten Uitstralen van warmte als de zon onder is Toestaan van luchtventilatie 15. De energiebelasting van een gebouw wordt gemeten in kwh/m². Stel dat jouw school een energieverbruik van ongeveer 150 kwh/m² per jaar heeft: Achterhaal (of schat) het gebruiksoppervlak van de school (m²) =... Bereken de globale energiebelasting (kwh) =... Verklarende woordenlijst Warmtebeeldcamera: ook wel infrarood camera, is een apparaat dat een foto maakt door gebruik te maken van infraroodstraling, vergelijkbaar met een gewone camera die een foto maakt door gebruik te maken van zichtbaar licht. Deze camera is in staat om temperatuurverschillen zichtbaar te maken. Warmtewinst: een toename van de hoeveelheid warmte in een ruimte, als resultaat van directe zonnestraling, warmtestromen door muren, ramen en andere gebouwoppervlaktes, en van afgegeven warmte door mensen, lampen, apparatuur, en andere bronnen. Warmteverlies: een afname van de hoeveelheid warmte in een ruimte, als resultaat van warmtestromen door muren, ramen, het dak en andere gebouwoppervlaktes, en van het weglekken van warme lucht. Koude muur effect: ongemakkelijk kou die door een persoon ervaren wordt in een gebouw als zijn of haar lichaam warmte uitstraalt naar het koude oppervlak van een niet geïsoleerde muur. Condensatie: is de fase overgang van gasvormig naar vloeibaar. Bijvoorbeeld, waterdamp condenseert naar vloeistof bij contact met het oppervlak van een koude fles. Graad Kelvin: is een eenheid voor temperatuur. De Kelvin temperatuurschaal kent geen negatieve waarden. Nul (0) graden Kelvin is het absolute nulpunt (bij 273,15 graden Celcius). De twee referentietemperaturen voor Celsius, het vriespunt van water (0 C), en het kookpunt van water (100 C), komen overeen met respectievelijk 273,15 K en 373,15 K. Polystyreen schuim is een plastic materiaal met speciale kenmerken vanwege de structuur ( piepschuim ). Opgebouwd uit losse cellen van polystyreen. Het is zeer licht en relatief sterk. Glasvezel: ook wel glasfiber genoemd, is een materiaal gemaakt van extreem dunne vezels van glas. 20

25 Thermische brug. Deze ontstaat wanneer materialen met slechte isolatie-eigenschappen met elkaar in contact komen, zodat warmte door het ontstane pad kan stromen. De brug moet verwijderd worden en herbouwd worden met een kleinere dwarsdoorsnede of vervangen worden door beter isolerende materialen. Internet links mytopic= Referentie: VV. AA.: Guía práctica de la energía para la rehabilitación de edificios. El aislamiento, la mejor solución (Practical Guide for the Energy Reform of Buildings. The insulation, the best solution), Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), Asociación Nacional de Industriales de Materiales Aislantes (ANDIMA), Kernpunten: Bouwontwerp, de materialen van de schil en de gekozen ramen en deuren zijn beslissend in het verkrijgen comfort in een gebouw. Omdat het grootste gedeelte van het energieverbruik van een gebouw opgaat aan verwarming en koeling (meer dan 50%), met in gedachte de lange levensduur van een gebouw, moet er aandacht besteed worden aan al die structurele onderdelen om echt kosteneffectief te zijn. Volgens het Warmteoverdracht principe, stroomt warmte altijd van een warmere naar een koudere plek. Ramen, glazen oppervlaktes en deuren zijn de zwakste gedeeltes van de schil van een gebouw en zijn gemiddeld verantwoordelijk voor een derde van het warmteverlies van een huis in de winter en koelingverlies in de zomer. Ieder gebouw kan tot 60% energie besparen door het toepassen van klimaatontwerp zonder extra kosten en met behoud van het uiteindelijke uiterlijk van het project. 21

26 3. Klimaatregeling 3.1 Verwarming Leerdoel: In dit Hoofdstuk leer je: Wat thermisch comfort is en hoe je het kunt bereiken. De basisprincipes van verwarmingssystemen Welke hernieuwbare energiebronnen gebruikt worden voor verwarming De basisprincipes van koelsystemen Hoe je airconditioning op een juiste manier gebruikt en energie bespaart Microklimaat en comfort in huis De hoofdtaak van verwarming is het behouden van het thermische comfort binnen in huis. Definitie: Thermisch comfort is één van de meest belangrijke factoren voor een optimaal binnenklimaat voor mensen. Het is een toestand waarbij er een thermische balans is tussen mens en omgeving. Je kunt gemakkelijk de warmtestroom uit je lichaam veranderen door andere kleren aan te trekken (vergroten van de warmteweerstand van het lichaam) of actiever te worden (de warmteproductie in het lichaam neemt toe). Opmerking: De basiscriteria van thermisch comfort zijn de temperatuur, de luchtvochtigheid en de snelheid van de lucht. Er bestaan advieswaarden voor de luchttemperatuur om thermisch comfort bij verschillende werkzaamheden te behouden. Maar als je korte tijd in een ruimte bent waar het niet de vereiste temperatuur is, voelt dat meestal niet onprettig omdat verschillen tussen de geproduceerde en weggenomen warmte door de warmteregeling in je lichaam worden opgevangen. Deze warmteregeling hangt af van de leeftijd, gezondheid, voeding en activiteit van een persoon en worden beïnvloed door de temperatuur, de luchtvochtigheid en de luchtsnelheid in het binnenmilieu. Het is bewezen dat thermisch comfort een grotere invloed heeft op het subjectieve gevoel van comfort en op arbeidsproductiviteit dan luchtvervuiling of geluidshinder. Studies hebben laten zien dat een persoon die voor 100% arbeidsproductief is bij een temperatuur van 22 C, terugvalt naar een productiviteit van 75% bij 27 C en dat bij 30 C de productiviteit nog maar 50% van het maximum is. Luchtvochtigheid is sterk verbonden met de temperatuur. In de winter daalt de luchtvochtigheid naar 20% of lager. Daardoor wordt het slijmvlies van de luchtwegen droog, valt de effectiviteit van het organisme terug en kunnen er schadelijke stoffen in de luchtwegen terecht komen. Het thermische comfort hangt van veel andere factoren af, zoals de temperatuur van omliggende oppervlakken. De oppervlakken geven warmtestraling af. Mensen zijn erg gevoelig voor warmtestraling. Hoewel mensen het gevoel kunnen hebben dat een ruimte thermisch neutraal is, kunnen delen van het lichaam blootgesteld zijn aan omstandigheden die leiden tot thermisch 22

27 discomfort. Dit thermische onbehagen kan niet weggenomen worden door de temperatuur in de ruimte te verhogen of te verlagen. Het is van belang de oorzaak van de oververhitting of koeling weg te halen. Opmerking: Over het algemeen kan thermisch discomfort in vier categorieën worden onderverdeeld: 1. Plaatselijke koeling van het lichaam door tocht 2. Koeling of verwarming van delen van het lichaam door straling.dit staat wel bekend als stralings asymmetrie. 3. Koude voeten en tegelijkertijd een warm hoofd, veroorzaakt door grote verticale lucht temperatuur verschillen. 4. Warme of koude voeten, veroorzaakt door een onbehaaglijke vloertemperatuur. Alleen als zowel de locale als de algemene thermisch comfort parameters onderzocht zijn, kan de kwaliteit van de thermische omgeving in z n geheel worden beoordeeld. Tab. 1 Aanbevelingen voor thermisch comfort in de winter Ruimte Lucht temperatuur ( C) Ventilatiefactor (h -1 ) Woonkamer Keuken Gas 3 15 Hoekkeuken Elektriciteit 3 Badkamer 24 - Badkamer met toilet 24 - Toilet 16 - Voorraadkast 15 1 Hal, trappenhuis Relatieve luchtvochtigheid moet tussen 30-60% liggen Luchtsnelheid in de winter max. 0,15 m.s -1 ; in de zomer max. 0,25 m.s -1 De ventilatiefactor is het aantal maal dat de lucht in een vertrek per uur wordt ververst. Opmerking: De aanbevolen temperatuur voor een ruimte waarin mensen langere tijd verblijven is dus C. Voor kleine kinderen, ouderen, en zieke of ondervoede mensen zou de temperatuur hoger moeten zijn ongeveer C Verwarmingssystemen Er zijn verschillende standaard verwarmingssystemen. We kunnen ze indelen naar bron, plaats van de bron, type warmtedrager, temperatuur van de warmtedrager, type verwarmingselementen etc. 23

28 Plaatselijke verwarming betekent dat de warmtebron (bijvoorbeeld de open haard) zich in de te verwarmen ruimte bevindt. Centrale verwarming wordt vaak gebruikt in koudere klimaten om huizen of gebouwen te verwarmen. Dit systeem bestaat uit een boiler, cv-ketel of warmtepomp om water, stoom of lucht te verwarmen, alles op een centrale plek zoals een [meter] kast in een huis, of een aparte ruimte in een groot gebouw. In grote steden wordt vaak gebruik gemaakt van stadsverwarming Type warmtedrager Een typische warmtedrager is warm water of lucht, maar ook elektriciteit, stoom etc. kunnen gebruikt worden Warm water Dit systeem kan gebruik maken van een hoge of lage temperatuur. Traditionele warmwatersystemen met radiatoren worden overal in Europa gebruikt, omdat dit systeem optimaal is voor solide gebouwen van baksteen of stenen muren en natuurlijke ventilatie, die in het verleden veel zijn gebouwd. Dit traditionele systeem is ook optimaal voor fossiele brandstofbronnen die niet zo flexibel inzetbaar zijn zoals steenkool. Opmerking: Dit systeem kan ook toegepast worden in lage energie gebouwen, maar er zijn wat verschillen tussen traditionele systemen en systemen voor nieuwe gebouwen. De opbrengst van radiatoren is vooral minder, en daarom reageert het systeem flexibeler op veranderingen in de interne winsten Verwarming met lucht Het luchtverwarmingssysteem wordt in Europa niet vaak gebruikt in woonhuizen maar wel in kantoren en industriegebouwen. De belangrijkste redenen zijn de klimaatomstandigheden, historische ontwikkelingen en de integratie van verwarmingssystemen in de gebouwconstructie. De warmtedrager is in dit geval lucht. In vergelijking met water heeft lucht minder warmtecapaciteit en is het dus een slechtere warmtedrager dan water. Opmerking: De hedendaagse ideeën over dit systeem hebben te maken met de koppeling tussen luchtverwarming en ventilatie. Dit is vooral bruikbaar in goed geïsoleerde gebouwen met een laag energieverbuik. In tegenstelling tot circulatiesystemen is er een gecontroleerde aanvoer van verse lucht die zorgt voor een hygiënische luchtuitwisseling Energiebronnen Fossiele brandstoffen In het verleden werden vooral vaste fossiele brandstoffen, zoals steenkool, bruinkool antraciet of cokes gebruikt. Opmerking: Verwarming met vaste fossiele brandstoffen is één van de belangrijkste oorzaken van luchtvervuiling. Het verbranden van deze brandstoffen zorgt voor de uitstoot van zwaveldioxide, stikstofoxides en koolmonoxide en kooldioxide, organische en anorganische uitstoot en (fijn)stof en andere deeltjes. In het verleden waren deze bronnen moeilijk te controleren en weinig flexibel. Ook was de verbranding weinig efficiënt en werd er veel uitgestoten. Moderne ketels hebben echter een hogere efficiëntie en produceren minder uitstoot. Maar bedenk wel dat fossiele brandstoffen niet 24

29 hernieuwbaar zijn en er een eindige voorraad van is. Vloeibare fossiele brandstoffen zijn populair in sommige landen. Opmerking: Op het moment is gas de meest gebruikte fossiele brandstof. Gas heeft veel voordelen ten opzichte van andere fossiele brandstoffen. Het verbranden van gas in plaats van vaste fossiele brandstoffen zorgt voor minder vervuiling uitstoot van stof en zwaveldioxides (SO 2 ) is bijna verwaarloosbaar en ook de hoeveelheid uitgestoten koolmonoxide (CO) is veel lager. Het enige probleem is dat bij het verbranden van gas stikstofoxides (NO x ) vrijkomen, maar tegenwoordig kunnen producenten NO x emissies bereiken die 10% lager liggen dan vroegere waardes. Europese normen maken onderscheid tussen vijf groepen verwarmingen afhankelijk van de hoeveelheid NO x emissies. Net als iedere andere fossiele brandstof is gas een bron van kooldioxide (CO 2 ), wat tegenwoordig gezien wordt als de stof die het meest verantwoordelijk is voor het broeikaseffect Elektrische energie Elektrische verwarming is het soort verwarming dat het meest comfortabel is bekeken vanuit het perspectief van installatie, service, thermisch comfort of reactiesnelheid. Het is ook overal beschikbaar. Maar vandaag de dag stijgt de prijs van elektriciteit en is dit type verwarming alleen geschikt voor goed geïsoleerde gebouwen waar de energievraag laag is. Je moet daarbij niet vergeten dat vooral fossiele brandstoffen verbrand worden om elektriciteit te produceren Hernieuwbare bronnen Biomassa Biomassa bestaat uit organische stof. Bij energie gaat het meestal om hout en houtafval, stro, graan en andere overblijfselen uit de landbouw. Biomassa mag ook biologisch afbreekbaar afval bevatten (zoals mest, rioolafval etc.) dat verbrand kan worden als brandstof. Definitie: Biomassa bestaat uit organische stof. Bij energie gaat het meestal om hout en houtafval, stro, graan en andere overblijfselen uit de landbouw. Biomassa mag ook biologisch afbreekbaar afval bevatten (zoals mest, rioolafval etc.) dat verbrand kan worden als brandstof. De basistechnologieën van de (biomassa) industrie zijn de droge processen - verbranden, vergassen, en pyrolyse en het natte proces - biochemische transformatie, zoals vergisten tot methaan of ethanol en de productie van waterstof uit biomassa. Een andere technologie is de mechanisch- chemische transformatie waarbij olie wordt geperst uit biomassa (bijvoorbeeld lijnzaad) en wordt gemodificeerd tot biobrandstof. Opmerking: Hout of stro zijn, als ze goed worden verbrand, milieuvriendelijke brandstoffen. De enige vervuilende stoffen die vrijkomen bij de verbranding zijn stikstofoxides en een paar vaste vervuilende stoffen. De CO2 is verbruikt tijdens de groei van de plant, dus er is geen problem met deze uitstoot, het is een gesloten kringloop. Hout bevat bijna geen zwavel en in stro is dat ongeveer 0,1% dus daar komt ook weinig zwavel vrij bij verbranding. 25

30 Verbranding en vergassing De brandbare gassen worden uitgestoten door droge biomassa te verhitten. Als er lucht aanwezig is brandt de biomassa zelf op, maar als er geen lucht aanwezig is kan het gas worden afgevangen en later net als andere gasvormige brandstoffen worden gebruikt. De uitstoot is dan lager (het hout zelf brandt niet) en het is efficiënter. Biomassa is een erg complexe brandstof, omdat er veel verschillende gassen vrijkomen. Deze gassen hebben verschillende ontbrandingstemperaturen waardoor vaak maar een deel van de brandstof verbrandt. De belangrijkste voorwaarde voor goede verbranding is een hoge temperatuur, efficiënte vermenging met lucht en genoeg ruimte in de stookoven om de hele brandstof op te branden. De verbrandingswaarde van hout en andere plantaardige brandstoffen varieert per houtsoort of plant en hangt af van de vochtigheid. In theorie, als je het hout helemaal droogt, is de hoeveelheid energie in 1 kilo droog hout ongeveer 5,2 kwh, maar in de praktijk bestaat droog hout nog altijd voor ongeveer 20% uit vocht. De verbrandingswaarde van hout is dan 4,3 4,5 kwh. Tegenwoordig wordt biomassa niet alleen in woningen verbrandt, maar ook in energiecentrales. In de verbrandingsketel in een woning wordt de biobrandstof eerst omgezet in gasvorm en dan verbrand. Het systeem is goed gecontroleerd en vergelijkbaar met gewone gasketels. Nadeel is het manipuleren en opslaan van de brandstof. Ook het transport en aanvoer kunnen een probleem zijn afhankelijk van waar je woont. Vanuit een technisch oogpunt is biomassa niet zo geschikt voor kleine gebouwen die weinig energie verbruiken, omdat het moeilijk is om deze ketels af te regelen op een laag verbruik en ze dan relatief duur zijn. In woningen kan goed gebruik gemaakt worden van de zogenaamde accumulerende kachels. Deze staan centraal in de woning opgesteld en hebben een grote massa (minstens 1000 kg). De kachel hoeft slechts enkele uren te branden en geeft daarna nog lang warmte af. Het kan goed gecombineerd worden met een warmwater tank voor warm tapwater. Kachels in woningen verbranden gewoonlijk stukken hout, briketten, houtblokjes of afvalhout. Biogas Biogas ontstaat door anaërobe vergisting uit organische stoffen (vuilnis, compost, rioolafval) in een gesloten tank zonder lucht. De biomassa wordt opgewarmd tot C in een zogenaamde vergister waarin de bacteriën de biomassa omzetten om in een biogas zoals methaan. Vergisten Ethanol (alcohol) wordt gecreëerd uit suikerwater, knollen, graan, maïs, fruit of aardappels. In theorie kun je 0,65 liter 100 % ethanol uit 1 kg suiker krijgen. Deze ethanol kan goed gestookt worden met behulp van de afvalwarmte van (bio)gas-motoren Warmtepompen Warmtepompen worden tegenwoordig steeds normaler als bronnen van warmte. De gestegen energieprijs draagt er ook aan bij dat er meer warmtepompen in (vooral ééngezins) woningen te vinden zijn. Definitie: Een warmtepomp is een elektrisch apparaat dat kan verwarmen en koelen. Het zet natuurlijke laagwaardige warmte (waar we op zich niets mee zouden kunnen doen) van water, bodem of lucht om in warmte met een hogere temperatuur die wél gebruikt kan worden voor verwarming. 26

31 Hoe warmtepompen werken IUSES Energie-efficiency in gebouwen Opmerking: Het grootste deel van de warmtepomp bestaat uit het koelcircuit met de elektrische compressor. Andere delen zijn twee warmteuitwisselaars de verdamper en de condensor. De verdamper neemt warmte op uit de laagwaardige warmte van buiten (lucht, bodem, water) zodat het buiten kouder wordt. Die warmte wordt opgenomen omdat verdampen energie kost. (daarom voelt het verdampen van alcohol op je hand koud aan). De damp wordt door de compressor naar de condensor geleid. Binnen in de condensor slaat de damp neer tot vloeistof. De warmte die daarbij vrijkomt wordt afgegeven aan de omgeving, bijvoorbeeld aan het verwarmingsysteem, of aan het huishoudelijk warm water. De warmte afgifte van de warmtepomp is de som van de elektrische energie voor de compressor en de laagwaardige warmte die van buiten is opgenomen. heating output heating factor 1 electrical input Het rendement van een warmtepomp ook wel de COP (coëfficiënt of performance) genoemd varieert meestal tussen 2,5 en 3,5. Dit betekent dat we met een input van 1 kwh elektrische energie, 2,5 tot 3,5 kwh thermische energie kunnen maken. Onder bepaalde omstandigheden kan dit zelfs oplopen tot ongeveer 4 of 5 kwh. De warmtepomp is efficiënt als het thermische verschil tussen de omgevingen hoog is. Een warmtepomp gebruikt 60-70% natuurlijke, hernieuwbare energie. Als de output 3 kwh is, is de elektrische input maar 1 kwh. D.w.z. dat 2 van de 3 kwh warmte uit de lucht wordt gehaald (66%). De warmtepomp zelf produceert geen uitstoot. De centrale die de elektriciteit maakt, wel. Maar, als de elektriciteit die de warmtepomp verbruikt duurzaam is opgewekt (bijvoorbeeld met wind of PV) is de uitstoot nul. Bronnen van laagwaardige energie voor warmtepompen 1. Water Zowel bronwater als oppervlaktewater kunnen gebruikt worden. Voorwaarden zijn dat het water schoon is, dat de laagste temperatuur boven de 8 C is, en dat er genoeg van is. Als er grondwater gebruikt wordt, moeten dat op twee plaatsen aangeboord worden één voor de aanvoer en één voor de afvoer. Het gebruikte water moet namelijk niet in een rioolsysteem of rivier gestort worden omdat dan het ecologisch waardevollere grondwater omgezet wordt in minder waardevol oppervlakte water. 2. Bodemwarmte 27

32 Een bodemwarmtewisselaar is een gesloten buizensysteem dat tot honderd meter diep de bodem in gaat. Door de buizen wordt een vloeistof gepompt, die opwarmt in de bodem. Zelfs bij een klein temperatuurverschil tussen bodem en vloeistof kan een warmtepomp deze warmte voldoende verhogen en geschikt maken voor ruimteverwarming IUSES Energie-efficiency in gebouwen 3. Lucht De buitenlucht, die de laagwaardige warmte bevat, stroomt door de verdamper. Deze bron is gemakkelijk te bereiken, onbeperkt en is niet van invloed op de omgeving, omdat de warmte die uit de lucht gehaald wordt, terug wordt gegeven door warmteverliezen door de schil. Maar, door de veranderingen in de buitentemperatuur varieert de opbrengst van de warmtepomp Zonne-energie Zonne-energie Klimaatverandering, luchtvervuiling en andere milieuproblemen die vooral veroorzaakt worden door het gebruik van fossiele energiebronnen, zijn al maar groeiende problemen en leiden tot de ontwikkeling van nieuwe alternatieve vormen van energie, ook wel bekend als hernieuwbare energie. Opmerking: Eén daarvan is zonne-energie, met de zon als bron; het is gratis beschikbaar, onuitputtelijk en het kan op verschillende manier worden gebruikt. Wat is zonne-energie? Iedere dag zendt de zon een enorme hoeveelheid energie uit in de vorm van straling. Net als andere sterren, is de zon een grote gasbol grotendeels bestaand uit waterstof- en heliumatomen in een constant verbrandingsproces, of beter gezegd, in een samensmeltingproces dat kernfusie wordt genoemd. Simpel gezegd, om helium te vormen fuseren de waterstofatomen in de zon bij extreem hoge temperaturen en druk. Vier waterstofkernen fuseren tot één heliumkern waarbij massa wordt omgezet in stralingsenergie. De vier waterstofkernen zijn samen namelijk zwaarder dan de heliumkern. Het verschil in massa wordt (volgens E = mc 2 ) omgezet in energie. Die stralingsenergie is de eerste bron van leven op onze planeet. 28

33 Fig.14 Stralingsenergie Slechts een klein deel van de uitgestraalde energie raakt de aarde; één deel op de twee miljard. De overige straling verspreidt zich over de ruimte. Van dat kleine deel dat de aarde raakt, wordt ongeveer 15% terug de ruimte in gereflecteerd, 30 % zorgt voor de verdamping van water wat zich vervolgens in de atmosfeer ophoopt en neerslag produceert. Verder wordt zonne-energie geabsorbeerd door planten, het land en de oceanen waardoor het plantaardig leven kan bestaand dankzij de fotosynthese. De rest van de zonne-energie zou al vele malen meer dan genoeg zijn om in onze energiebehoefte te voorzien. Hoe kunnen we zonne-energie gebruiken? Er zijn veel manieren om zonne-energie thuis, op school of in andere gebouwen te gebruiken. De drie belangrijkste manieren zijn: 1. Passieve warmte: dit is het gebruik van de natuurlijke warmte van de zon. De belangrijkste manier is om gebouwen zo te ontwerpen dat minder aanvullende verwarming nodig is (zie ook het hoofdstuk over gebouwontwerp). 2. Zonnewarmte: de warmte van de zon gebruiken voor warm water voor huizen of voor zwembaden of ook voor verwarmingssystemen (zie ook het hoofdstuk over water). 3. Fotovoltaïsche energie (PV): de directe transformatie van zonne-energie in elektriciteit waarop apparaten en verlichting kunnen werken. Een fotovoltaïsch systeem werkt al wanneer er daglicht op valt. Het heeft niet per se direct zonlicht nodig. 29

34 Opmerking: Actieve systemen gebruiken verschillende types zonnecollectoren en kunnen een aanvullende bron voor verwarming zijn. De opbrengst hangt af van de geografische ligging, het aantal uren dat de zon schijnt en de intensiteit van de zon. Het warme water wordt opgeslagen in een tank maar het kan ook naar een zwembad of een grindopslag worden afgevoerd. De zonnecollector wordt meestal gebruikt voor warm In een zonneboiler wordt de zonnecollector verbonden met een andere vorm van verwarming (zoals een gasboiler, elektrische boiler etc.) voor het geval er te weinig zon is (bewolkt, nacht, etc.). In de zomer zou de warmtedrager gewoon water kunnen zijn, maar om de zonnecollector het hele jaar door te kunnen gebruiken moet er een vloeistof in die niet kan bevriezen Voor maximale efficiency van de zonneboiler moeten de collector, het opslagvat en de temperatuur waarop de verwarmingsinstallatie werkt, goed op elkaar zijn afgestemd. Regulatie van het systeem is erg belangrijk. Er zijn verschillende sensoren nodig in een zonneboiler. Als de sensor op de zonnecollector meet dat de temperatuur hoger is dan de temperatuur in de tank, dan gaat de pomp aan en wordt de warmte van de collector naar het de tank gebracht. Als de temperatuur in de tank de temperatuur van de collector bereikt, wordt de pomp uitgezet. Zo worden warmteverliezen voorkomen. 30

35 3.1.6 Verwarmingselementen IUSES Energie-efficiency in gebouwen Definitie: Het is de hoofdtaak van verwarmingselementen om genoeg warmte de binnenruimte in te laten om thermisch comfort te bereiken. De kwantiteit kan geregeld worden door het type element, de grootte en de manier waarop het element is geïnstalleerd. Opmerking: De verwarmingselementen (radiatoren of ventilatie-openingen) moeten in het koudste deel van de kamer zitten bij voorkeur naast de ramen, om condensatie tegen te gaan en de convectieluchtstroom te compenseren die ontstaan langs het relatief koude raam (zie plaatje). Koude luchtstromen kunnen aanzienlijk bijdragen aan een kouder subjectief gevoel ( tocht ) dan de gemiddelde kamertemperatuur. Het is daarom belangrijk om luchtlekken A vloerconvector, van buiten onder controle te houden, naast een goed ontwerp van het verwarmingssysteem. Het tegengestelde gebeurt wanneer het element in de oppervlakte van een structuur is verwerkt (zoals vloerverwarming), de koude lucht van het raam valt dan op de vloer en veroorzaakt een vervelende convectiestroom met een snelheid van ongeveer 0,3-0,5 m/s. De vloerverwarming bij een raam zou geïntensifieerd moeten worden of er zou een vloerconvector moeten worden geïnstalleerd om die koud aanvoelende luchtstroom tegen te gaan. Type verwarmingselementen 1. Radiatoren Het is niet zo dat je alleen vloerverwarming of muurverwarming in de lage temperatuur verwarmingssystemen kunt gebruiken. Moderne radiatoren kunnen ook in energiezuinige gebouwen worden toegepast zonder problemen wat betreft de omvang van de radiator. Maar het is wel belangrijk om het juiste type radiator te kiezen. De radiator zendt warmte uit via straling en convectie. Ledenradiatoren bestaan uit verschillende delen en worden uit verschillende materialen gemaakt meestal uit plaatstaal, gietijzer of aluminium. Dit type radiator heeft erg goede hydraulische kenmerken. Maar de waterinhoud en het gewicht zijn zo groot dat de radiator niet zo snel reageert. Dit kan een nadeel zijn wanneer er een flexibele verwarmingsbron en automatische regeling gebruikt worden. Ledenradiatoren worden gekenmerkt door een lange levensduur sommige types kunnen het 80 jaar volhouden zonder slijtage. Paneelradiatoren worden het meest gebruikte. Deze radiatoren bestaan uit gladde of golvende staalplaten in een aantal lagen (1 tot 3). Opmerking: Vergeleken met ledenradiatores bevatten paneelradiotors maar 1/3 van de hoeveelheid water, en zijn ze dus flexibeler en kunnen ze makkelijker gereguleerd worden met een thermostaat. 31 B intensieve zone van vloerverwarming,

36 Buisradiatoren worden vaak in badkamers, toiletten of een hal gebruikt. Ze bestaan uit een aantal smalle stalen of koperen buizen die onderling verbonden zijn. Ze zien er vaak erg mooi uit, en zijn verkrijgbaar in vele vormen, maten en kleuren. Het is mogelijk om ze bijvoorbeeld in een scheidingsmuur in te bouwen. Dit type verwarmingselement is ideaal om de was of handdoeken te drogen maar brengt niet genoeg op om een grote ruimte te verwarmen. Ook in de badkamer is het vaak een aanvullende warmtebron. 2. Convectoren Een convector is een verwarmingselement dat warmte afgeeft via convectie. Het bestaat uit een warmtewisselaar en een vak met een rooster erbovenop. Het kan op een muur worden geplaatst, of in de vloer worden ingebouwd. De ingebouwde convector heeft een kleine opbrengst waardoor er een ventilator bij geïnstalleerd moet worden. 3. Vloerverwarming Definitie: Vloerverwarming is stralingsverwarming voor grote ruimtes. Er zijn twee typen vloerverwarming warm water of elektrisch. Als je dit type verwarming gebruikt heb je een lagere temperatuur nodig om thermisch comfort te bereiken, waardoor bronnen als warmtepompen, condensor boilers of zonnepanelen gebruikt kunnen worden om het water te verwarmen. Elektrische verwarming wordt meestal als een extra verwarming gebruikt om een hoger comfort te verkrijgen. 4. Muurverwarming Muurverwarming doorloopt dezelfde ontwikkelingen als vloerverwarming, maar wordt nog niet zo vaak toegepast. De investeringskosten zijn hoger, maar het levert wat voordelen op. Het creëert een ideaal binnenklimaat; het is flexibel in ontwerp en gebruik en het biedt nieuwe mogelijkheden in het verwarmen van oude huizen. Buitenmuren stralen koude de ruimte in als je een verwarmingssysteem gebruikt. Met een muurverwarming is het precies andersom, dan geeft de buitenmuur warmte naar binnen toe af. We hebben dus een lage temperatuur voor verwarming nodig en we kunnen bronnen met een lager potentieel gebruiken. In tegenstelling tot vloerverwarming is de hoogte van de temperatuur bij muurverwarming niet beperkt. De constructie is wel vergelijkbaar met vloerverwarming. 32

37 3.2 Koeling Airconditioning IUSES Energie-efficiency in gebouwen Introductie Airconditioning systemen zorgen voor een prettige temperatuur in gebouwen tijdens de warmere seizoenen. Het is een redelijk recent ontwikkelde luxe dat wij kunnen kiezen welke temperatuur we in gebouwen willen hebben. De laatste paar jaar heeft de daling in prijs van de koelapparaten ervoor gezorgd dat steeds meer woonhuizen ook gebruik maken van deze apparaten. Bovendien blijkt dat in de meeste gevallen gebouwen geen centrale systemen hebben, wat efficiënter zou zijn, zodat er losse airconditioners in ruimtes worden geplaatst. Opmerking: Het gevolg is dat airconditioners in de zomer verantwoordelijk zijn voor een enorme toename van de energierekening van industrie, hotels, ziekenhuizen, overheidsgebouwen, scholen, etc. En in veel warmere delen van Europa, is het energieverbruik in de zomer hoger dan in de winter, door de toenamen in gebruik van koelsystemen. Voordat we uitleggen hoe een airconditioner werkt en welke types er zijn, moeten we stilstaan bij de volgende vragen. Wat is een comfortabele temperatuur? Definitie: Thermisch comfort is erg moeilijk te definiëren, want je moet rekening houden met verschillende factoren die bepalen waarom mensen zich comfortabel voelen. Meestal wordt uitgegaan van temperatuur van de lucht, hoewel andere factoren zoals luchtvochtigheid en luchtstromen samen het thermische comfort gevoel bepalen. Een omgeving is comfortabel als mensen geen koude of warmte voelen. Anders gezegd, als hun lichaam in temperatuurbalans is met de ruimte waarin ze zich bevinden. Waarom comfort definiëren? In een airconditioner moet een temperatuur ingesteld worden, meestal met een afstandsbediening, waarboven hij begint met koelen. Het is aan te raden een geschikte temperatuur in te stellen, want als deze te laag is zal de airconditioner te lang aanstaan, maar als deze te hoog staat zal het apparaat kort werken en daarom niet genoeg koelen. Vaak denken we niet erg na of een koelsysteem nodig is, hoeveel vermogen hij heeft en hoeveel hij verbruikt. Het definiëren van comfort helpt dus bij het selecteren van de juiste temperatuur op je thermostaat. Wat is comfortabeler? Het volgende voorbeeld verheldert het bovenstaande: Om uur op een zomerdag, is de temperatuur in mijn stad 38ºC. Wat is comfortabeler? 33

38 A) In en uitlopen van een gebouw waarin het 18ºC is? B) In en uitlopen van een gebouw waarin het 24ºC is? Bij optie A, ervaart je lichaam een plotselinge sprong in temperatuur van 20ºC, terwijl bij optie B, deze sprong 14ºC is. Gezien de definitie van comfort, is het in dit geval veel comfortabeler om de airconditioning op 24ºC te zetten. Opmerking: In de zomer zou de temperatuur van de airconditioner zo ingesteld moeten worden dat mensen geen koud gevoel krijgen als zij een gebouw binnen gaan. Ondanks dat de airconditioner de mogelijkheid biedt om temperaturen onder de 18ºC in te stellen, moet de temperatuur tussen 23ºC en 25ºC worden ingesteld. En... waar is dit voor? Het selecteren van de juiste airconditioning temperatuur geeft ons vier samenhangende voordelen: Toename van comfort; Verminderen van het aantal uren dat het apparaat aanstaat, en zo minder energie verbruiken; Door minder energie te verbruiken, verlagen we onze energierekening; Te koude temperaturen in huis zijn ongezond; het zorgt voor plotselinge temperatuurverschillen die zorgen voor de meeste verkoudheden in de zomer Hoe werkt een airconditioner? Definitie: Elk koeling- of airconditioning systeem heeft als functie dat warmte van de ene naar de andere plek wordt getransporteerd. Het is een soort uitwisseling waarbij warmte geabsorbeerd wordt vanuit het huis, en wordt afgevoerd naar buiten. Om dit te doen, maakt het koelsysteem gebruik van een medium, bekend onder de naam koelmiddel 3, met geschikte fysische kenmerken. Dit is een speciale stof die al bij een lage temperatuur overgaat van de vloeibare fase naar de gasfase. In die fase wordt de warmteverandering gevangen. De basis van een koelsysteem bestaat uit vier onderdelen (compressor, condensor, expansieventiel en verdamper) waarbinnen de koelvloeistof constant wordt gecirculeerd. Het basissysteem is onderverdeeld in vier stappen, zie Figuur. 3 Er zijn verschillende koelmiddelen te koop. Ze verschillen in de hoogte van de temperatuur en druk waarnaar ze overgaan in de fysische fase (vloeistof naar gas). 34

39 Fig. Basisschema van een dampcompressie koelsysteem Stap 4 1: Het koelmiddel gaat door de verdamper (die zich in huis bevindt), waar het warmte van de warme ruimte opneemt (de kamer binnen), zodat deze koeler wordt. Dit proces van warmte opname resulteert in de verdamping van het koelmiddel. Met andere woorden, de koelvloeistof gaat over in de gasvormige fase. Stap 1 2: Het koelmiddel dat uit de verdamper gaat wordt samengeperst bij een relatief hoge druk en temperatuur door de compressor. In de compressor wordt de elektrische energie verbruikt (denk maar aan de fietspomp die heet wordt als je met behulp van je spierkracht een band oppompt) Stap 2 3: Daarna gaat het koelmiddel met een hogere druk en temperatuur door naar de condensor (die zich buiten bevindt), waar het condenseert als gevolg van contact met een relatief kouder medium, zoals de buitenluchtlucht. Daarbij staat het warmte af aan de buitenlucht. Stap 3 4: Uiteindelijk wordt de druk van het koelmiddel verlaagd doordat het via het expansieventiel ontsnapt naar de verdamper. Bij de snelle verdamping koelt het af. Denk maar aan het koude gevoel als een druppel alcohol op je hand verdampt. Hoe zit het met de efficiëntie? In de afgelopen jaren, heeft de bezorgdheid om energie verstandig te gebruiken ertoe geleid dat fabrikanten van airconditioners hun apparaten aanzienlijk verbeterd hebben wat betreft energiezuinigheid. Definitie: De efficiëntie van een airconditioner wordt aangegeven met de Energy Efficiency Ratio (EER). Het geeft aan hoeveel energie je krijgt voor de energie die je er in moet stoppen. Waarbij het bruikbare effect (wat je krijgt) het verwijderen van warmte uit de binnenruimte is en wat je erin moet stoppen het elektriciteitsverbruik van de compressor. Hoe hoger de EER, hoe efficiënter de airconditioner is. Energy EER Efficiency Scale A 3.20 < EER B 3.20 EER > 3.00 C 3.00 EER > 2.80 D 2.80 EER > 2.60 E 2.60 EER > 2.40 F 2.40 EER > 2.20 G 2.20 EER EER Heat _ Re moved Energy _ required Tabel 4 Energie efficiëntie schaal 35

40 Daarom kunnen de oudere airconditioners een EER hebben van rond de 2,2, terwijl de nieuwere een waarde van ongeveer 3,5 kunnen hebben. Dit betekent dat, in vergelijking tussen de twee apparaten, als de hoeveelheid warmte die afgevoerd moet worden gelijk is, het apparaat met de lagere EER 60% meer energie verbruikt dan het apparaat met de hoogste EER bij het uitvoeren van dezelfde functie (3,5/2,2 = 1.60) Energie Label Met het doel om energie te besparen en op die manier de CO2 uitstoot te verminderen, schrijft de Europese Unie voor dat alle airconditioners van energielabels zijn voorzien. Het label voor energiezuinigheid laat het energieverbruik van airconditioners zien. Ze worden beoordeeld op een schaal van A tot G, waarbij A staat voor het beste apparaat dat beschikbaar is en G voor het slechtste (zie figuur). Het Energielabel laat ook het geschatte jaarlijkse energieverbruik in kwh zien. Apparaten met een betere beoordeling kosten in eerste instantie wel wat meer, maar apparaten met een G-label gebruiken onder normale omstandigheden 50% meer elektriciteit dan apparaten met een A-label. De slechte apparaten zijn dus goedkoper in de aanschaf maar veel duurder in het gebruik Verschillende airconditioners Allereerst, voordat je een airconditioner koopt, wees er zeker van dat je hem nodig hebt. Airconditioners zijn redelijk duur als je ze vergelijkt met ventilatoren, en nog belangrijker, ze verbruiken grote hoeveelheden elektriciteit. Weet je zeker dat je niet dezelfde hoeveelheid comfort kan bereiken met een goedkope ventilator? Opmerking: In de meeste gevallen, produceert een ventilator hetzelfde gevoel van comfort als een airconditioner. Ze zorgen voor een gevoelstemperatuur die 3 C tot 5 C lager ligt dan de gemeten temperatuur en ze hebben een veel lager elektriciteitsverbruik (meestal minder dan 10% van het gehele verbruik van een airconditioner). Als je er uiteindelijk uit bent dat je toch een airconditioner nodig hebt, kies dan dat type dat voldoet aan je behoeften. Hieronder worden de belangrijkste opties voor een airconditioner beschreven. Kamer Airconditioners Kamer airconditioners worden gebruikt om afzonderlijke kamers te koelen en niet een heel gebouw. Ze zijn minder duur in hun gebruik dan centrale systemen, maar ze zijn over het algemeen minder efficiënt. Evaporatore De meest gebruikte kamer airconditioners zijn gesplitste systemen (zie figuur), waarbij de verdamper zich binnen bevindt en de condensor buiten. Beide delen zijn met elkaar verbonden via een leiding, waardoor de koelvloeistof circuleert. 36 Sistema split Condensatore

41 Als de verdamper en de condensor in dezelfde kast zitten, wordt het een monoblok system genoemd. Centrale Airconditioners Centrale airconditioners maken gebruik van afgifte en opbrengst buizen die verspreid zijn door een gebouw, waardoor gekoelde lucht en de latere verwarmde lucht circuleren. De meest gebruikte centrale airconditioners zijn gesplitste systemen (zie hierboven). Monoblok Warmtepompen Een warmtepomp kan gebruikt worden als een verwarming en als een koeler. In de winter onttrekt een warmtepomp warmte van de buitenlucht en circuleert het door buizen door het gebouw. In de zomer wordt dit proces omgedraaid en wordt warmte aan de binnenlucht onttrokken dat buiten wordt vrijgelaten. Deze systemen kunnen leiden tot aanzienlijke energiebesparingen, omdat ze zowel als verwarmers en airconditioners werken Tips en hints over hoe je een airconditioner kan gebruiken Opmerking: Tijdens de zomer, kunnen airconditioners zorgen voor 50% of meer van je totale energierekening. Volg de onderstaande tips om zuiniger met energie om te gaan en bespaar geld. Vermijd het gebruik van airconditioners zo veel mogelijk: In de meeste gevallen, produceert een ventilator hetzelfde gevoel van comfort als een airconditioner. Voorkom onnodige warmtestromen, zoals een overdadige verlichting, te hete apparaten, etc. Zet deze uit wanneer je ze niet gebruikt. Afdaken en zonneschermen zijn goede manieren om het binnenvallen van zonlicht in de zomer tegen te gaan (zie het volgende hoofdstuk over ramen). Juiste dimensies en gebruik van je airconditioner: Richtlijnen voor het koelvermogen van airconditioning Te koelen oppervlak (m2) Koel Vermogen (kw) , , , , , , , ,2 Tabel 5. Richtlijnen voor dimensionering N.B. De gebruikte bouwmaterialen, de ligging en het ontwerp van een gebouw zijn zeker van invloed op de dimensionering van de koeling. Bijvoorbeeld, als de kamer die gekoeld moet worden erg zonnig is of als het een zolder is, dan moeten we de waarden voor het koelvermogen in de tabel verhogen met 15%. Als er warmtebronnen aanwezig zijn, zoals in een keuken, wordt 37

42 het vermogen verhoogd met 1 kw. Stel een acceptabel niveau voor comfort vast (tussen 23ºC en 25ºC, waarbij 25 ºC beter is dan 23 ºC) en installeer thermostaten om de airco te reguleren afhankelijk van de vereiste temperatuur. Met elke graad onder de comforttemperatuur, verspil je 8% meer energie. Houd deuren en ramen gesloten wanneer de airconditioner aanstaat. Goede isolatie is erg belangrijk bij het vermijden van koudelekken (volg dezelfde adviezen die gegeven zijn in de paragraaf over Verwarmingssystemen en kijk naar het gedeelte over Isolatie). Zorg ervoor dat de koudestroom goed wordt verspreid over de ruimte, waarbij plekken met te koude of te warme luchtstromen vermeden worden (bij ramen, deuren, etc.). Als je airconditioner aanpasbare roosters heeft, richt ze dan naar het plafond, aangezien koude lucht naar beneden valt. Kijk nauwkeurig naar de energieprestatie van een nieuwe airconditioner, waarbij A het beste apparaat is en G het slechtste. Juiste installatie en goed onderhoud van je apparaat: Plaats de condensoreenheid buiten in een goed geventileerde omgeving en uit de zon. Plaats kamer airconditioners in een raam of aan een muur dicht bij het midden van de kamer en aan de schaduwkant van het huis. Reinig en controleer je airconditioner iedere paar maanden. Vieze filters en condensors en verdampers kunnen de normale luchtstroom blokkeren waardoor het systeem minder efficiënt is. De energiebesparing kan oplopen van 3% tot 10%. 3.3 Oefeningen/Vragen 1. Wat kan plaatselijk onbehagen veroorzaken? 2. Welke warmtedrager wordt vaak gebruikt in verwarmingssystemen? 3. Leg uit hoe een warmtepomp werkt?. 4. Waarom moet de verwarmingsfactor van de warmtepomp meer zijn dan 1?. 5. Noem de componenten van het zonneverwarmingssysteem:. 6. Wat zijn de drie belangrijkste factoren die thermisch comfort bepalen? Op welke temperatuur zou de airconditioner in de zomer ingesteld moeten worden om een comfortabel gevoel te krijgen en plotselinge temperatuurswisselingen te voorkomen? Welk deel in een airconditioner gebruikt elektriciteit? (Vink de juiste aan) Compressor Verdamper Condensor Internet links 38

43 Referenties Greg Pahl: Natural Home Heating: The Complete Guide to Renewable Energy Options, Chelsea Green Publishing, 2003 ASHRAE, Fundamentals Handbook (SI), GA, ASHRAE, 2001, Atlanta. Moran, M. J. and H. N. Shapiro, Fundamentals of Engineering Thermodynamics: SI version, John Wiley & Sons, Inc., VV. A. A.: Guía Práctica de la Energía. Consumo Eficiente y Responsable (Practical Guide for Energy: Efficient and Responsible Consumption), Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), 2007, Madrid. Kernpunten: Thermisch comfort is een van de meest belangrijke factoren die een optimaal binnenklimaat voor mensen bepalen. De beste manier om thermisch comfort te verkrijgen zonder het energieverbruik te verhogen is slechts de aanbevolen waarden in het bijzonder voor de temperatuur - aan te houden. Niet oververwarmen of overkoelen. Er bestaan verschillende mogelijkheden en combinaties van warmtebronnen en warmte-elementen. Het is van belang om de optimale combinatie te kiezen en de juiste regulering in te stellen Het is goed mogelijk om op een effectieve manier hernieuwbare bronnen te gebruiken zon, biomassa, warmtepompen. Airconditioners zorgen in veel van de warmere gebieden in Europa voor een toename van de energierekening van de industrie, hotels, ziekenhuizen, overheidsgebouwen, scholen, etc. in de zomer. Elk koeling of airconditioningsysteem heeft als functie dat warmte van de ene naar de andere plek wordt getransporteerd door een bepaalde hoeveelheid werk, te verzetten (bijvoorbeeld de elektriciteit de compressor gaat verbruikt). Het is een soort uitwisseling waarbij warmte geabsorbeerd wordt vanuit het huis en vervolgens naar buiten wordt getransporteerd. De temperatuur van een airconditioner in de zomer moet liggen tussen de 23ºC en 25ºC (waarbij de tweede het beste niveau is). Met iedere graad onder de comfortabele temperatuur, verspil je 8% meer energie. In de meeste gevallen produceert een ventilator hetzelfde gevoel van comfort als een airconditioner. Ze leiden tot gevoelstemperaturen die 3 C tot 5 C lager liggen dan de gemeten temperaturen hebben een lagere energieverbruik 39

44 4. (Huishoudelijk) Warm water De productie van warm tapwater is meestal de één na hoogste hoeveelheid energieverbruik in een huishouden. Het verbruik hangt af de gewoonten van de gebruiker en verschilt in ieder land en in ieder huishouden. Opmerking: Het minimum verbruik is ongeveer 40 liter per persoon per dag; dit vereist ongeveer 2 kwh. Het gemiddelde verbruik is ongeveer 3,4 4 kwh per persoon per dag (dit is inclusief warmteverlies in de leidingen). In huizen met een centrale verwarming wordt dezelfde bron gebruikt voor zowel ruimteverwarming als voor warm tapwater. In huizen met stadsverwarming wordt meestal elektriciteit gebruikt voor warm tapwater. Opmerking: Om warmteverliezen te voorkomen moeten de leidingen zo kort mogelijk zijn en moeten ze goed geïsoleerd zijn. De temperatuur zou zo rond C moeten zijn. Tabel 1. Hoeveel drinkwater verbruiken we? Aantal liter Temperatuur Energie Dagelijkse lichaamsverzorgin C 0,3-0,4 kwh g Afwas (1 persoon) C 0,3-0,5 kwh Douchen C 1,0-1,7 kwh Een bad nemen C 5,0-6,0 kwh Handen wassen C 0,1-0,2 kwh 4.1 Type water verwarmingsapparaten Er zijn verschillende systemen om warm water te produceren directe/instant water verwarmers of opslagsystemen, directe of indirecte verwarming. Deze kunnen onderverdeeld worden naar energiebron. Directe verwarming betekent dat het water in contact met de verwarmingsbron komt (elektriciteit, vlammen etc.). Indirect betekent dat water voor consumptie verwarmd wordt via een warmtewisselaar Elektrische boiler In dit type verwarming wordt water s nachts verwarmd wanneer de elektriciteit goedkoper is. Het voordeel is dus de lagere kosten en omdat het opwarmen niet snel hoeft te gebeuren hoeft de elektrische belasting (kw) niet erg hoog te zijn. Het nadeel is de beperkte hoeveelheid water die je kunt verwarmen. als je de hele opslag verbruikt hebt, moet je vrij lang wachten (soms tot de volgende dag) totdat er weer warm water is Elektrische geiser Dit type wordt meestal onder de gootsteen geplaatst. Als je dit type apparaat gebruikt is er altijd warm water beschikbaar, maar het nadeel is dat de elektrische belasting (kw) van het apparaat hoog is. Je hebt daarom een extra zekeringgroep nodig en dat zorgt voor hogere kosten. 40

45 4.1.3 Gasgeiser Dit type apparaat werd in het verleden veel gebruikt. Vandaag de dag worden vooral gasboilers (met opslag) gebruikt. Het belangrijkste voordeel van de gasgeiser is de simpele constructie en werking, en daarnaast de kleine omvang. Maar de efficiency is laag en de temperatuur varieert met de tapsnelheid Gasboiler Dit type neemt het nadeel van de gasgeiser weg. De temperatuur hangt niet van de tapsnelheid af en de efficiency is hoger, ook als je kleine hoeveelheden water tapt. Maar, het apparaat is groter en duurder Combiketel Deze zijn verbonden aan de CV installatie en verwarmen het water door de wisselaar die in de tank zit Andere mogelijkheden De combiketel is het universele system voor waterverwarming en kan gebruikt worden met iedere andere energiebron, bijv. fossiele brandstoffen, biomassa, hout, zone-energie, warmtepomp etc. 4.2 Tips en hints hoe je water en energie kunt besparen Het is niet leuk om rekeningen te betalen en zeker niet wanneer de prijzen steeds maar stijgen. Je kunt daarom maar beter besparen op energie en water. Je bespaart in feite dubbel water en de energie die je nodig had gehad om het te verwarmen. Het opwarmen van water kost ongeveer 25% van je totale energieverbruik. Opmerking: De eerste stap is het voorkomen van het weglekken van warm water. Het druppelen van 10 druppels per minuut zorgt al voor 40 liter per week. De volgende stap is je verbruik te verlagen. Er zijn vele mogelijkheden om dat te doen. Douchen of een bad nemen? Het is goedkoper om een korte douche te nemen, want je verbruikt dan een derde van het water in vergelijking met het nemen van een bad. Een schuimstraal voor handen wassen of afwassen kan water besparen, omdat het water wordt verrijkt met lucht waardoor een sterkere straal ontstaat. Met een waterbesparende douchekop in de douche kun je % warm tapwater besparen. Het gebruik van kranen met één knop die er voor zorgen dat er minder tijd nodig is om de temperatuur te regelen kan bijna 20% besparen op de energie die je nodig hebt om het water uit de kraan te verwarmen. Als je al deze principes toepast kun je % van de energie die je nodig hebt om het water te verwarmen besparen. Dat is ongeveer 7 10 % van het energieverbruik van een huishouden. En dat is geen kleine hoeveelheid. Stel je voor dat al die miljoenen huishoudens in Nederland dat zouden doen. Dus kijk eens naar een aantal mogelijkheden voor besparing in detail: Mixen Er wordt veel water en energie verloren tijdens het mixen van water uit de kraan. Een grote hoeveelheid water loopt ongebruikt weg totdat het water de goede temperatuur heeft bereikt. Er is een simpele truc: zet het warme water aan en wacht tot deze goed doorloopt. Draai dan aan de 41

46 koude knop die nu zorgt voor water met een temperatuur van ongeveer 20 C omdat het verwarmd is in de leiding, en mix ze. Pas na een tijdje komt het water dat in de leiding buiten het huis stond (van ongeveer 12 C) bij je kraan en zakt de temperatuur van de straal water die uit de kraan komt. Als je alleen je handen wast maakt het niet uit, maar als je aan het douchen bent verhoog dan simpelweg de temperatuur door wat meer warm water bij te regelen. Als je klaarbent draai dan de hete kraan het eerst dicht. Het kan wat kleinzielig lijken, maar in huishoudens met kleine kinderen wordt er duizenden keren water gemixt. Als je iedere keer een paar deciliter of liters water bespaart, kan dat jaarlijks oplopen tot besparingen van meerdere kubieke meters. Kraan met één knop Het probleem met mixen is deels opgelost door een kraan met een knop te gebruiken. Als je dit type kraan gebruikt moet je leren welke stand van de knop voor warm water van de juiste temperatuur zorgt. Tijdens de afwas is het handig om de kraan tussendoor uit te zetten, een ander deel van de afwas te doen en dan de kraan weer open zetten om af te spoelen. Andere tip: met een kleine knop kun je de waterstroom niet vloeiend regelen. Het regelen gaat meestal met sprongen, dus het is beter om een kraan met een langere knop of met een hefboom te kopen. De ideale oplossing is de thermostaatkraan in het hele huis te gebruiken, omdat je gewoon de temperatuur instelt voor het hele huis. Je hoeft je dan geen zorgen te maken dat water te heet wordt. Kortere waterleidingen Als je de verwarming van de kelder naar de badkamer of zo dichtbij de badkamer als mogelijk verplaatst, kun je warmteverliezen door de leidingen verminderen. Mensen willen steeds vaker een mooie badkamer in hun huis en architecten zetten er daarom geen boiler in, maar je kunt er gemakkelijk één in een kast plaatsen. Verander je gewoontes Een korte douche kan bijna 70 % water besparen ten opzichte van een bad nemen. Er is geen reden om jezelf de ontspanning van een bad nemen te ontnemen, maar verminder die gewoonte. Een bad bevat 150 liter water, en tijdens een douche verbruik je 50 liter. Verminder verspilling We verspillen veel water en laten het zo weglopen het riool in, omdat we de kraan niet dichtdraaien tijdens het inzepen van onze handen, het poetsen van onze tanden, het shampooën van ons haar, het scheren, etc. Er is een ander goed voorbeeld van verspilling. We wassen vaak onze handen met een heel klein beetje water en zetten daarvoor de warme kraan aan. Dat heeft geen zin want voordat het warme water bij de kraan komt staat die al weer dicht. Dus probeer je handen te wassen met koud water, want het water dat het eerst uit de kraan komt is in de muur waar de leiding doorheen loopt al verwarmd tot 20 graden. Een andere tip hoe je verspilling tegen kunt gaan is handschoenen gebruiken bij vieze klussen, of een glas gebruiken bij het tandenpoetsen en scheren. 4.3 Zonneboilers Opmerking: Dit type productie van huishoudelijk water hoort bij de meest gebruikte vorm van zonne-energie. Het belangrijkste voordeel is dat de zonne-energie beschikbaar is, de werking van het systeem bijna niets kost en het later geïnstalleerd kan worden. 42

47 De investeringskosten zijn vrij hoog, en de terugverdientijd is daarom lang en het system hangt daarnaast af van een onvoorspelbare zon. Deze actieve zonnesystemen verzamelen de zonne-energie in een opslag (dit kan een watertank zijn, maar ook een zwembad of een grindopslag) en deze energie wordt vervolgens gebruikt voor warm water of verwarming van een huis. Een zonnesysteem moet wel verbonden zijn met een andere verwarmingsbron zoals een gasboiler of een elektrische boiler, voor het geval er geen zonlicht beschikbaar is (bewolkt, s nachts). In de zomer kan de warmtedrager water zijn, maar voor een jaarrond gebruik moet een vloeistof gebruikt worden die niet kan bevriezen. (ook p33) Voordelen van warm water prodcutie via de zon: Verschaft 50 % tot 70 % van je jaarlijkse warm waterbehoefte Levensduur van jaar Met zonneboilers wordt je energierekening aanzienlijk lager In de zomer kan bijna al het warme water zo geproduceerd worden 4.4 Oefeningen/Vragen 1. Wat is de geschikte temperatuur voor warm water in een huishouden?.. 2. Wat verbruikt minder water? _ Een bad nemen _ Een douche nemen 3. Welk deel van warm water in een huishouden zou jaarlijks door een zonnesysteem geproduceerd kunnen worden?.. Referenties Greg Pahl: Natural Home Heating: The Complete Guide to Renewable Energy Options, Chelsea Green Publishing, 2003 Internet links Kernpunten: De productie van warm water zorgt meestal voor de één na hoogste hoeveelheid warmteverbruik in een huishouden.. Minimum verbruik is ongeveer 40 liter per persoon per dag; dit is ongeveer 2 kwh. Gemiddeld verbruik is ongeveer 3,4 4 kwh per persoon per dag. In de zomer is ere en probleem wanneer verliezen in de leidingen leiden tot ongewenste winst. Om warmteverliezen te voorkomen zou de leiding zo kort mogelijke moeten zijn en goed geïsoleerd. Temperatuur zou ongeveer C moeten zijn. 43

48 IUSES Energie-efficiency in gebouwen De eerste stap is het voorkomen van lekken van warm water. Het druppelen van 10 druppels per minuut zorgt voor 40 liter per week. Besparing doe je door een korte douche te nemen in plaats van een bad omdat je dan een derde van het water verbruikt. Ook het gebruik van een douchekop om je handen te wassen of af te wassen kan water besparen, omdat het water wordt verrijkt met lucht waardoor een sterkere straal ontstaat. Het is goed mogelijk om hierbij hernieuwbare bronnen te gebruiken in het bijzonder de zon. 44

49 5. Verlichting Leerdoel: In dit Hoofdstuk leer je: Het belang van verlichting voor mensen Hoe je daglicht en kunstlicht kunt gebruiken Een overzicht van mogelijke kunstlichtbronnen Wat licht is, hoe je het kunt meten en aanbevelingen voor de sterkte in gebouwen We hebben het juiste licht nodig om te kunnen zien en te werken. Een belangrijke eis voor binnenruimtes (vanuit dit perspectief) is visueel comfort. Definitie: Dit betekent dat het licht in de omgeving moet voldoen aan fysiologische, psychologische en esthetische menselijke behoeftes. Verlichting omvat zowel het gebruik van kunstlichtbronnen zoals lampen en natuurlijke verlichting door daglicht. Opmerking: Daglicht is erg belangrijk voor de mens. Zonder een dagelijkse portie daglicht kan het visuele vermogen afnemen. Daglicht wordt daarom als belangrijkste lichtbron (door ramen, dakramen, etc.) gebruikt in gebouwen waar mensen leven en werken. Als het niet mogelijk is daglicht te gebruiken dan wordt gemixte verlichting gebruikt en in de slechtste gevallen alleen kunstlicht. Opmerking: Daglicht is erg belangrijk voor de mens. Zonder een dagelijkse portie daglicht kan het visuele vermogen afnemen. Daglicht wordt daarom als belangrijkste lichtbron (door ramen, dakramen, etc.) gebruikt in gebouwen waar mensen leven en werken. Om een ruimte voldoende te verlichten is er vaak ook kunstlicht nodig. Kunstlicht vormt zo een groot deel van energieverbruik, en neemt een groot deel van het wereldwijde energieverbruik voor zijn rekening. Kunstlicht wordt vooral verkregen door elektrische lampen, maar gaslampen, kaarsen, of olielampen werden in het verleden veel gebruikt en worden tegenwoordig is bepaalde situaties ook 45

50 nog gebruikt. De juiste verlichting kan de prestatie of de esthetiek verbeteren; maar door verlichting kunnen er ook energieverspilling en nadelige gezondheidseffecten ontstaan. Binnenverlichting is een soort voorziening of meubelstuk, en een belangrijk deel van de inrichting. Verlichting kan ook een intrinsiek component van een landschap zijn. 5.1 Daglicht De bron van daglicht zijn, direct of indirecte zonnestralen. De intensiteit en de kleur van daglicht variëren gedurende de dag en het jaar en hangen ook af van geografische breedte en het weer. Daglicht hoort tot één van de hoofdonderdelen van het milieu en heeft een enorme impact op fysische en fysieke aspecten van een mens. Er zijn daarom wat kwantiteits- en kwaliteitseisen vastgelegd in normen of aanbevelingen. Het kwantitatieve criterium is het niveau van intensiteit van daglicht, kwaliteit wordt omschreven met de lichtstroom en de richting van het licht, gelijkmatigheid van verlichting en helderheid en schittering. De schittering wordt veroorzaakt door een hoge helderheid of een hoog contrast, bijvoorbeeld dakramen gericht op de hemel. Daarom is het noodzakelijk om directe stralen daglicht in binnenruimtes te reguleren. Er zijn veel manieren om daglicht te reguleren. Je moet die methodes kiezen die het best passen en economisch zijn. Permanente raam overkapping wordt geplaatst aan de buitenkant van een raam Beweegbare raam bedekking (bijv. gordijnen, zonneschermen, beweegbare jaloezieën) kunnen licht reguleren als het nodig is en kunnen binnen en buiten geplaatst worden. Als ze aan de buitenkant worden geplaatst, nemen ze ook de warmtewinst weg. 5.2 Kunstlicht Kunstlicht wordt gemaakt door kunstmatige lichtbronnen wanneer er geen daglicht is. Moderne Opmerking: De intensiteit van het licht zou aangepast moeten worden aan de visuele activiteit. Lager voor de basisactiviteit en hoger voor de visuele veeleisende activiteit. Ook verlichting moet een geschikte en plezierige omgeving creëren. bronnen kunnen een ruimte zo verlichten dat het vergelijkbaar is met daglicht. Verlichting is meestal verdeeld in centrale en [locale] verlichting. Er is een hoofdprincipe het ontwerpen van verlichting het licht moet daar zijn waar het nodig is (bijv. vloer, werkplek, etc.). Ook de manier van verlichting is belangrijk. Dat kan direct, semidirect, gemixt of indirect. Directe verlichting betekent dat het licht op de werkplek of de vloer valt. Directe 46

51 verlichting gebruikt de hele opbrengst van de lamp en is daarom erg economisch, maar aan de andere kant ontstaan er donkere schaduwen met scherpe randen en kunnen schitteringen ontstaan. Het plafond en de bovenkanten van de muur blijven donker. Semidirecte verlichting betekent dat de bron het licht niet alleen uitzendt naar beneden, maar ook naar boven naar het plafond of de muren. De ruimte lijkt meer comfortabel. Het licht reflecteert van het plafond en maakt de schaduwen lichter en de schittering meer acceptabel. Semidirecte verlichting is optimaal en wordt het meest gebruikt. Gemixte verlichting straalt licht uit in alle richtingen, dus de verlichting van alle oppervlaktes (vloer, plafond, muren) is gelijk. Indirecte verlichting betekent dat al het licht op het plafond en de bovenste delen van de muren valt. Het heldere plafond lijkt de bron met een lage intensiteit en de hele ruimte wordt egaal verlicht zonder schittering. Nadeel van dit verlichtingssysteem zijn de hoge lichtverliezen veroorzaakt door de reflectie Lichtbronnen Er zijn twee grote groepen bronnen thermische en luminescente bronnen. Bij een thermische bron (bijv. zon, gloeilamp) wordt het licht uitgezonden door verwarming bij een erg hoge temperatuur. Bij een luminescente bron (spaarlamp) ontstaat het licht door luminescentie. Er bestaat een lijst van technische data die een bron kenmerken en die bepalen wat de kwaliteit en kwantiteit van het licht is: Voltage (V) Vermogen (W) Lichtstroom (lm) Lichtstroom per watt (lm/w) Kleurtemperatuur (K) Gloeilampen zijn de meest gebruikte en minst economische bronnen. Slechts 3-4 % van de ingevoerde energie wordt omgezet in licht, de rest is warmte. Voordelen zijn de lage prijs en het gemak van gebruik zonder andere dingen te moeten installeren. De kleur van het licht is erg prettig en benadert daglicht. De levensduur is vrij kort, ongeveer 1000 uur. De input varieert van 15 tot 200 W en lumen per watt varieert van 6 tot 16 lm/w. Halogeen lampen zijn vrij nieuwe bronnen. Vanwege hun vorm krijgen ze de voorkeur bij decoratieve en intieme verlichting. Lumen per watt is hoger dan gloeilampen, van 11 tot 25 lm/w. En de levensduur is langer, ongeveer uur. Er worden twee typen lampen ontwikkeld, voor lage voltages (12 V) met een vermogen van 5 tot 75 W en voor netspanning met een vermogen van 60 tot 2000 W. Ze hebben het hoogste kleurindex van alle lichtbronnen. Als je ze gebruikt vergeet dan niet dat ze geschikt kunnen zijn voor een laag 47

52 voltage maar dat de temperatuur van de lamp hoog is en ze de omgeving verwarmen. Tegenwoordig worden standaard fluorescentielampen het meest gebruikt. De lamp bestaat uit een buis die gevuld is met een edelgas onder lage druk. Als daar een gasontlading doorheen gaat ontstaat er UV licht. Een fluorescerende stof aan de binnenkant van de buis licht op als er UV licht op valt. De lampen worden geproduceerd in veel kleurtonen van roze tot daglicht. De kleurindex is vrij goed. De lichtstroom (Lumen per watt) is hoger dan bij een halogeenlamp, van 35 tot 60 lm/w. De levensduur is vrij lang, uur. Maar, vaak aan en uit zetten zorgt voor een kortere levensduur. Er is wat ongerustheid over de negatieve gevolgen van deze lampen voor de gezondheid (hoofdpijn, droge ogen, haarverlies etc.) maar onderzoek heeft aangetoond dat die ongerustheid niet nodig is. We kennen twee typen fluorescentielampen: lineaire en compacte. Lineaire lichtbronnen (TL buizen) worden gemaakt in de lengtes 60, 120 en 150 cm en hebben een zogenaamde (inductie) starter nodig of een elektronisch voorschakel apparaat. Deze lampen hebben ongeveer een tien keer langere levensduur en een vijf keer hogere opbrengst dan gewone gloeilampen. De zogenaamde spaarlampen zijn compacte fluorescentielampen en behoren tot de meest moderne lichtbronnen. De meeste types worden geproduceerd met dezelfde schroefdraad als gewone lampen, dus je kunt lampen gemakkelijk vervangen. De levensduur is ongeveer acht keer langer. Tabel 1. Hoeveel energie kan bespaard worden door gloeilampen te vervangen voor fluorescentielampen? Type bron dat de gloeilamp vervangt Besparing TL buis Ø 38 mm met starter 62 % TL buis Ø 26 mm met starter 72 % Compacte fluorescentielamp met starter 76 % Compacte fluorescentielamp met voorschakel apparaat TL buis Ø 26 mm met voorschakel apparaat TL buis Ø 16 mm met voorschakel apparaat 79 % 82 % 88 % Lampen Een belangrijk onderdeel van verlichting is de lamp of lampenkap. Verschillende bronnen vereisen verschillende lampen. Lampen voor TL buizen hebben een andere vorm en werking dan lampen voor gloeilampen. Lampen bestaan uit een verlichtingdeel en een constructie deel. Het verlichtingdeel kan het licht verstrooien, reflecteren of breken. De lamp wordt gekenmerkt door de efficiency. Dit is de verhouding tussen de lumen flux van de lamp en de flux van de lichtbron. Lampen die aan de onderkant open zijn hebben de hoogste efficiency. Een gebruikelijk probleem met lampen is de schittering als de lichtbron zichtbaar is. Bronnen zouden bedekt moeten zijn, zodat het niet mogelijk is om ze vanuit normale hoeken te zien. Een goede keus van lampen zorgt voor efficiëntere werkzaamheden, meer comfort, beter zicht en een betere gezondheid. 48

53 5.2.3 Energieverbruik Kunstlicht verbruikt een aanzienlijk deel van alle elektriciteit die wereldwijd verbruikt wordt. In huizen en kantoren gaat 20 tot 50 percent van het totale energieverbruik op aan verlichting. En belangrijk, in sommige gebouwen is meer dan 90 percent van energieverbruik door verlichting een onnodige uitgave vanwege oververlichting. De kosten van deze verlichting kunnen substantieel zijn. Het verbruik van een 100 W gloeilamp die zes uur per dag gebruikt wordt, kan meer dan 40,- per jaar kosten. Verlichting kan dus veel energie kosten, vooral in grote kantoorgebouwen. Er zijn verschillende strategieën beschikbaar om de energievraag van een gebouw te minimaliseren: Specificeren van de verlichtingeisen voor iedere ruimte. Analyse van de kwaliteit van verlichting die nodig is zodat het licht de juiste kleur heeft en schittering wordt voorkomen. Integratie van ruimteplanning met binnenhuisarchitectuur (inclusief de keuze van oppervlaktes en de geometrie van kamers) in het ontwerp van de verlichting. Zorg dat de verlichting aansluit bij het moment van de dag. Keuze van de meest energiezuinige varianten. Opmerking: Training van gebruikers van het gebouw om verlichting zo efficiënt mogelijk te gebruiken. Onderhoud van verlichtingssystemen om energieverspilling tegen te gaan. Gebruik van natuurlijk licht een aantal grote Europese warenhuizen wordt gebouwd met grote aantallen lichtkoepeltjes, waardoor een groot gedeelte van de dag binnen geen kunstlicht nodig is. 5.3 Oefeningen/Vragen 1. Wat zijn kwantitatieve en kwalitatieve criteria van licht?.. 2. Waarom is het noodzakelijk om te reguleren dat er directe stralen daglicht in ruimtes binnen vallen?.. 3. Wat is directe verlichting?. 4. Welke technische gegevens karakteriseren een lichtbron?. Referenties Fetters, John L.: The Handbook of Lighting Surveys & Audits, CRC Press,

54 Internet links Kernpunten: We hebben het juiste licht nodig om te kunnen zien en te werken. Daglicht wordt daarom als belangrijkste lichtbron (door ramen, dakramen, etc.) gebruikt in gebouwen waar mensen leven en werken. Intensiteit van het licht zou moeten reageren op de visuele activiteit. Lager voor de basisactiviteit en hoger voor de visuele veeleisende activiteit. Dit is gerelateerd aan elektrische invoer en verbruik van kunstlicht; hogere intensiteit hogere invoer hoger verbruik. Het is mogelijk om % energie te besparen door gloeilampen te vervangen door fluorescente lampen. De makkelijkste en meest voor de handliggende manier om onnodig energieverbruik tegen te gaan is het uitzetten van lampen als ze niet nodig zijn. 50

55 6. Elektrische en elektronische apparaten (en zonne PV) Leerdoel: In dit hoofdstuk leer je: Hoe je met elektriciteitsverbruik kunt rekenen. Hoe je de Europese Energie Labels voor elektrische apparaten leest. Een overzicht van de kenmerken van de belangrijkste apparaten die in huishoudens gebruikt worden en hoe energie bespaard kan worden door ze op een juiste manier te gebruiken. 6.1 Overzicht In onze huizen worden we omgeven door allerlei soorten elektrische en elektronische apparaten die we regelmatig gebruiken om aan onze behoeften te voldoen. We zien ze als zo elementair dat we soms vergeten hoeveel energie ze verbruiken. Opmerking: Onder deze apparaten vallen de zes grote elektriciteitsverbruikers (koelkast, diepvries, wasmachine, afwasmachine, TV en wasdroger), en veel kleine apparaten. De belangrijkste apparaten zijn: Koelkast en diepvries Wasmachines en wasdrogers Afwasmachines Warm water apparaten Haardrogers Kamer airconditioners Elektrische ovens Los van de aankoopprijs, die normaal gesproken het belangrijkste criterium is bij het maken van een keuze, zouden de kosten van het gebruik van apparaten gedurende hun hele levensduur meegenomen moeten worden. Anders gezegd, van de kosten van de energierekening iedere maand voor vele jaren (afhankelijk van de levensduur) als gevolg van hun elektriciteitsverbruik. Zeer energiezuinige modellen kosten meestal in eerste instantie meer, maar ze besparen aanzienlijke hoeveelheden energie (en dus ook geld). Weet jij wat een Energie Label is? Eén van de belangrijkste doelen van het EU Energie Label is mensen te helpen om goede beslissingen te nemen bij het kopen van apparaten die energie verbruiken. Het is ook een stimulans voor fabrikanten om het energieverbruik van hun producten te verbeteren. Het Energie Label is verplicht voor een aantal producten, lampen, auto s en de meeste elektrische apparaten (bijvoorbeeld koelkasten, ovens, wasmachines, zoals hierboven beschreven). Andere 51

56 apparaten die vaak een lager vermogen hebben, worden niet geclassificeerd door het Energie Label. Dit zijn bijvoorbeeld broodroosters, ventilatoren, strijkijzers, blenders, etc. Definitie: Het Energie Label is een sticker waarop heldere en gemakkelijk herkenbare informatie staat over het energieverbruik en de prestatie van producten. Het label moet zichtbaar zijn op nieuwe producten die te koop zijn. Een belangrijk onderdeel van een Energie Label is de energie-efficiency schaal die bestaat uit een simpele lijst letters en kleuren van groen en de letter A (het efficiëntst) tot rood en de letter G (het minst efficiënt). Het energieverbruikplaatje laat je de eenheden van elektriciteitsverbruik zien in kwh om verschillende modellen met elkaar te kunnen vergelijken. Elke letter onderaan de schaal, onder de A betekent een stijging van de energieconsumptie met ongeveer 12-15% ten opzichte van de letter erboven. We kunnen dus zeggen dat een klasse A wasmachine tot 24% minder verbruikt dan een klasse C wasmachine met dezelfde prestaties, en tot 36% minder dan een klasse D. Alleen in het geval van koeling (koelkasten, diepvriezers, etc.) worden er twee rijen boven toegevoegd, klasse A+ en A++ die een nog lager relatief verbruik uitdrukken. Als je er dus rekening mee houdt dat de levensduur van een elektrisch huishoudelijk apparaat meer dan tien jaar is, zijn de energiebesparingen die je ermee kunt verkrijgen erg belangrijk. Hoe schat je het elektriciteitsverbruik van een apparaat in? Hoeveel elektriciteit verbruiken apparaten? De eerst stap in het verbeteren van de energie-efficiency thuis is het begrijpen waar je energie gebruikt. Je kunt het grootste resultaat behalen op het verminderen van je energierekening door je te richten op de plekken waar je de meeste energie verbruikt. Om dat voor elkaar te krijgen, is het handig om de volgende twee basisconcepten te kennen: 1. Elektrisch Vermogen De elektriciteitsconsumptie van een apparaat hangt allereerst af van zijn elektrisch vermogen of wattage, ofwel de maximale kracht van een apparaat. Je kunt het vermogen van de meeste apparaten vinden aan de onderkant of op de achterkant. Meestal wordt het uitgedrukt in watt (W) of kilowatt (kw) (Herinner je dat 1 kilowatt (kw) = 1000 Watt) Dus, als je 500 Watt hebt, betekent dit 0,5 kw. Een paar voorbeelden van verschillende vermogens van verschillende elektrische apparaten staat hieronder. Bedenk je dat ze erg kunnen verschillen in type, grootte en de manier waarop ze werken. 52

57 Apparaat Vermogen Apparaat Vermogen Koffiezetapparaat (4/10 kopjes) Airconditioner (kamer) Broodrooster 1000 Aquarium Blender 300 Ontvochtiger 800 Magnetron oven Elektrische deken 200 Strijkijzer Elektrische boiler (150 liter) Wasmachine 900 CD speler 30 Wasdroger PC + monitor Afwasmachine Laptop 50 Ventilator (tafel) Televisie (25 / 19 ) Ventilator (plafond) Radio (stereo) Stofzuiger 1200 Frituurpan 1200 Haardroger (föhn) Koelkast Tabel 6. Vermogen van verschillende apparaten 2. Elektriciteitsverbruik Als je elektriciteit gebruikt om een uur lang tv te kijken (of de tv aan hebt staan terwijl je er niet naar kijkt!), verbruik je watturen Opmerking: Met andere woorden, de mate van consumptie wordt bepaald door vermogen te vermenigvuldigen met tijd. elektriciteit. En 1000 watturen komen overeen met 1 kilowattuur (1000 Wh = 1 kwh). Maar het is belangrijk om in gedachten te houden dat, omdat veel apparaten op verschillende manieren in te stellen zijn (bijvoorbeeld het volume van de radio, de temperatuur waarop een airconditioner is afgesteld). Het werkelijk verbruikte vermogen afhangt van deze instellingen. Dit betekent dat als een apparaat niet op het maximum vermogen loopt (bijvoorbeeld niet de maximum airconditioningtemperatuur), de verbruikte elektriciteit niet precies vermogen maal tijd is, maar minder is. Dit corrigeer je door het te vermenigvuldigen met de zogenaamde vraag factor *: een getal van 1 (lopend op het maximum wattage) of minder (niet op het maximum wattage). Verbruik Berekening: Allereerst weet je al dat het verbruik van elektriciteit door elektrische apparaten gemeten wordt met een eenheid genaamd kilo-watturen (kwh). Om het elektriciteitsverbruik van een apparaat in te schatten, kun je de volgende stappen volgen: 1. Kijk naar het vermogen (op het plaatje staat het geïnstalleerde vermogen in watt of kilowatt). 2. Schat hoeveel uur* per dag het apparaat aanstaat 53

58 (bijvoorbeeld tv 3 uur, koelkast 24 uur). 3. Vermenigvuldig het vermogen met het aantal uur dat het apparaat gebruikt wordt (per dag). De formule is: Vermogen (kilowatt) x Tijd (gebruikte uren per dag) = Energieverbruik (kwh). 4. Vermenigvuldig dan de dagelijkse consumptie met het aantal dagen dat het apparaat per week, maand of jaar wordt gebruikt (afhankelijk van de periode die je wilt onderzoeken). 5. Uiteindelijk kun je de jaarlijkse, maandelijkse of dagelijkse kosten om het apparaat te gebruiken berekenen door het elektriciteitsverbruik (kwh) te vermenigvuldigen met de prijs van een verbruikseenheid (bijvoorbeeld 20 eurocent/kwh). De formule is: Energie (kwh) x Elektriciteitsprijs ( / kwh) = Kosten ( ). Strijkijzer: Elektrisch verbruik = (850 Watt 1 uur/dag 3 dagen/week 4 weken/maand 1.000* = 10.2 kwh/maand Kosten = 10,2 kwh 20 eurocent/kwh = 2,04 /maand (2,04 /maand 12 maand/jaar = 24,48 /jaar). PC en Monitor: Elektrisch verbruik = ( Watt 4 uur/dag 365 dagen/jaar) 1.000* = kwh Kosten = 408,8 kwh 20 eurocent/kwh = 8176 eurocent/jaar = 81,76 /jaar. * Weet je nog: 1000 Wh = 1 kwh. In de bovenstaande formules wordt gedeeld door om watturen (Wh) in kilowatturen (kwh) om te zetten, omdat dit een geschiktere manier is om elektriciteitsconsumptie in uit te drukken. Kijk: als in het voorbeeld het elektriciteitsverbruik was uitgedrukt in Watt, dan zou het resultaat zijn = Wh (voor het strijkijzer) en Wh (voor de PC en monitor). Dan krijg je grotere en minder handige getallen. N.B. de prijs van elektriciteit is verschillend in Europese landen. Kijk op je eigen energierekening voor de prijs in Nederland! Rekenvoorbeelden: Lezen van de energierekening Je energierekening laat je meestal zien hoeveel geld je moet betalen per verbruikt kilowattuur (kwh) en hoeveel kilowatturen je verbruikt hebt. De vermenigvuldiging van deze twee, plus andere zaken (belastingen, Opmerking: In Europa is het gemiddelde tarief voor huishoudens 20 cent per kwh, varierend van 9 eurocent/kwh (Bulgarije) tot 32 eurocent/kwh (Denemarken). Een typisch Europees huishouden verbruikt ongeveer kwh per jaar, en betaalt dus gemiddeld 900 per jaar. administratieve kosten, etc.) levert het te betalen bedrag op. 54

59 6.1.1 Algemene tips om energie te besparen Twee makkelijke aandachtspunten: Let op wanneer je elektrische apparaten koopt. Koop energiezuinige producten (zoals klasse A) en leer jezelf aan om te kijken naar het elektrische vermogen (wattage). Gebruik je apparaten op een efficiënte manier: probeer geen onnodige apparaten te gebruiken, en zet ze uit wanneer je ze niet gebruikt. Opmerking: Veel apparaten verbruiken nog een kleine hoeveelheid energie als ze uit staan. Dit sluipverbruik bestaat in de meeste apparaten die elektriciteit gebruiken, zoals videorecorders, televisies, stereo s, computers en keukenapparatuur. Het meeste sluipverbruik verhoogt het energieverbruik van een apparaat met een paar watturen. Dit verbruik kan voorkomen worden door de stekker uit het apparaat te trekken of een stekkerdoos te gebruiken en de knop om te zetten zodat alle elektriciteit naar het apparaat wordt afgesloten. Bovendien kunnen apparaten soms stand-by gezet worden (TV, Video, DVD, PC). Ook dat verbruik is eigenlijk niet echt nodig en het kan erg hoog oplopen. Het gemiddelde huishouden in Nederland verspilt op die manier wel 600 kwh per jaar. 6.2 Elektrische apparaten Koelkasten/ diepvriezers: Koelkasten zijn tegenwoordig noodzakelijk huishoudelijke apparaten omdat wij zo ons voedsel beter kunnen bewaren. Opmerking: Omdat het apparaten zijn die uur per jaar aanstaan (het hele jaar), is hun verbruik het hoogste van de apparaten in een huishouden. Hoewel deze apparaten relatief gezien weinig energie verbruiken, zorgt het hoge aantal gebruiksuren ervoor dat zij grotere verbruikers van energie zijn dan andere apparaten met een hoog energieverbruik. Vergelijk: Airconditioner: Koelkast: Elektrische Vermogen = 2 kw Gebruiksuren = 480 uur/jaar Elektrisch verbruik = 2 x 480 = 960 kwh/jaar Zoals je ziet, verbruikt een koelkast meer energie dan een airconditioner die een tien keer zo hoog vermogen heeft. Eerder werd al beschreven dat koelingapparaten (koelkasten, diepvriezers, etc.) beoordeeld worden op twee extra energie-efficiency niveaus in het Energie Label, namelijk klasse A+ en A++ die een lager relatief verbruik aangeven. Een nieuwe koelkast met een A+ label gebruikt hooguit 42% van wat conventionele modellen (klasse D) gebruiken, en zelfs nog maar 30% of minder als het een A++ label heeft. In koelingapparaten is het erg van belang om verlies van kou te voorkomen, omdat deze de verloren kou dan opnieuw moeten produceren. 55 Elektrische Vermogen = 0,35 kw Gebruiksuren = uur/jaar Elektrisch verbruik = 0,2 x = kwh/jaar A++ A+ A B C D E F G <30 <42 <55 <75 <90 <100 <110 <125 >125

60 De belangrijkste redenen van het verlies van kou zijn: Isolatie: de warmte stroom door het materiaal van de wanden van de koelkast. Voedsel: de warmtestroom van het voedsel (omdat voedsel wanneer het in de koelkast wordt gezet in eerste instantie een hogere temperatuur heeft dan die in de koelkast). Deurstrips (afdichting): de warmtestroom door de deur die zorgt voor luchtdichtheid. Openen deur: de warmtestroom veroorzaakt als de deur geopend wordt. 8% 9% 15% Door open Door seals Food 68% Insulation Grafiek 2. Oorzaak van kouverliezen Koelkast en Diepvries Energie Tips: Kijk naar het Energie Label wanneer je een nieuwe koelkast koopt en kies een klasse A+ of A++. Kies een nieuwe koelkast die de juiste grootte heeft voor de behoefte van je huishouden. Hoe groter hoe hoger het energieverbruik. Zet er geen warm eten in. Als je ingevroren voedsel wilt ontdooien, doe dit dan in de koelkast en niet daarbuiten. zo wordt gebruik gemaakt van de koudere temperatuur van het ingevroren voedsel. Zorg ervoor dat de strips van de koelkastdeur luchtdicht zijn. Dit kun je testen door een vel papier tussen de deur te steken en hem dan dicht te doen. Als je het papier er dan gemakkelijk tussenuit kunt trekken dan is het waarschijnlijk nodig om je strip te vervangen. Laat de deur zo kort mogelijk open. Zet de koelkast niet op een warme en slecht geventileerde plaats. Stel je koelkast of diepvries niet te koud in. Aanbevolen temperaturen zijn 5 C voor de koelkast en -18ºC voor de diepvries. Laat je koelkast en diepvries regelmatig ontdooien; ijs vermindert de energie efficiëntie. Laat het ijs niet meer dan 3mm dik worden Wasmachines: Een wasmachine is een essentieel apparaat in bijna alle Europese huishoudens. Het aantal keren dat hij gebruikt wordt hangt af van de gewoontes van de gebruiker, maar de schatting is dat een wasmachine gemiddeld tussen drie en vijf keer per week gebruikt 56

61 wordt. Na de koelkast en de tv, is de wasmachine het apparaat dat de grootste hoeveelheid energie verbruikt in Europese huishoudens. De machine wast door het wasgoed in een trommel in warm water met wasmiddel rond te draaien. Opmerking: Het grootste energieverbuik zit hem niet in het ronddraaien van de trommel, maar in het verwarmen van het water. Dit gebeurt met een elkrtische verwarmingsspiraal en verbuikt ongeveer 85% van het totale energieverbruik van een wasbeurt. De andere belangrijke consumptiefactor is het waterverbruik; ongeveer 30 tot 50 liter. Het Energie Label voor wasmachines laat al deze zaken zien: effectiviteit van wassen, effectiviteit van het draaien en het water- en energieverbruik per wasbeurt. Advies voor gebruik: Koop een wasmachine met een klasse A Energie Label. Was volle trommels. als je een kleine hoeveelheid wast, gebruik dan de geschikte instelling voor het waterniveau, of beter, wacht totdat je meer wasgoed hebt om te wassen. Was met koud water of met een zo laag mogelijke temperatuur. 30ºC is warm genoeg! Vermijd het gebruik van een wasdroger. Daarvoor kun je de zon gebruiken. De nieuwe hot-fill wasmachines werken met twee waterbronnen, koud en warm. Het warme water wordt dan door de blok- of stadsverwarming geleverd. Omdat dat water al warm in de machine komt is er veel minder energie nodig per wasbeurt Afwasmachines: Het gebruik van afwasmachines groeit met de dag, vanwege onze verhoogde comfortwensen en minder tijd die families hebben. Eén op vier Europese families heeft een vaatwasser en gebruikt hem iedere dag, waardoor dit een van de meest energieverbruikende huishoudelijke apparaten is. Opmerking: Net als bij wasmachines gaat ongeveer 70 80% van de verbruikte elektriciteit op aan het verwarmen van het water. Tegenwoordig zijn er apparaten met veel instellingen te koop, waarbij je een halve inhoud en lage temperatuur kunt instellen. Zo verminder je het energieverbruik. Tips voor gebruik: Als je een nieuwe afwasmachine gaat kopen, kijk dan naar de klasse op het Energie Label. Zorg ervoor dat je afwasmachine vol is als je hem aanzet, maar niet overvol. Laat je afwas drogen in de open lucht; zet na de laatste spoeling de deur open zodat de afwas sneller droogt Huishoudelijke elektronische apparaten Ontspanning en home office apparaten: Dit zijn apparaten die steeds gewoner worden en die steeds meer uren gebruikt worden. Elk jaar worden elektrische producten ontwikkeld die meer geavanceerd zijn 57

62 en daarom aantrekkelijk zijn. IUSES Energie-efficiency in gebouwen Opmerking: Het verbruik van elektronische apparaten is - vaak ongemerkt - naar schatting 10% tot 15% van alle elektriciteit die in Europese huishoudens wordt verbruikt. De grootste hoeveelheid wordt verbruikt door apparaten voor ontspanning en vermaak en de home office apparatuur. Maar kleine energieverbruikers, zoals draagbare apparaten met een oplaadbare batterij, dragen aanzienlijk bij. Niet omdat ze per stuk veel energie verbruiken maar omdat het er zo veel zijn en ze veel uren gebruikt worden. In deze groep vallen televisies en thuisbioscopen, videorecorders en DVD spelers, combi s (TV/videorecorder; TV/DVD), audio apparatuur, computers, spelcomputers, etc. Stroomstanden Al deze producten hebben verschillende standen waarop ze kunnen werken. Een daarvan is de stand-by stand die aan en uit gezet kan worden met een afstandbediening. Dit is een virtuele uitschakeling, omdat apparaten op stand-by ongeveer 10 tot 15% van het normale energieverbruik verbruiken. Het is dus aan te raden om een apparaat helemaal uit te zetten als je het niet gebruikt. Werkstanden zijn deze: Stand Definitie Voorbeeld A c t i e f Apparaat voert de hoofdtaak uit. (Aan) Tv laat beeld zien en/of geeft geluid. Videorecorder neemt op of speelt een band af. Printer print een document. Actief stand-by Apparaat is klaar voor gebruik, maar voert niet de hoofdtaak uit. Lijkt aan voor gebruiker. DVD speler staat aan maar speelt niet. Draadloos apparaat laadt op. Passief stand-by Apparaat is uit/stand-by. Lijkt uit voor gebruiker, maar kan geactiveerd worden met een afstandbediening of voert een randfunctie uit. Magnetron staat niet aan, maar de klok op de magnetron staat aan. CD speler is uit, maar kan aangezet worden met afstandsbediening. Uit Apparaat staat uit en er wordt geen functie uitgevoerd. Gebruiker kan hem niet activeren met afstandbediening. Computer luidsprekers zijn uit, maar zijn ingeplugd. Tv staat niet aan en kan niet aangezet worden met afstandsbediening. Tabel 7 Werkstanden Hieronder staat een tabel met verschillende elektronische apparaten en de gemiddelde energie die per stand en per jaar verbruikt wordt (in volgorde van de meest energie verbruikend tot de minst). In de laatste twee kolommen worden de relatieve jaarlijkse energiekosten getoond, met daarbij de laagste en de hoogste Europese elektriciteitsprijzen. 58

63 Tabel 8 Elektronische apparaten en gemiddeld energieverbruik Externe Stroomadapter Elektronische apparaten werken op lage voltages gelijkstroom (DC), en hebben daarom een adapter nodig om de 220 volt wisselstroom (AC) uit het stopcontact te transformeren. Sommige grotere apparaten, zoals TV s, stereo s en boxen hebben een voeding in zich zitten. Andere gebruiken een externe voeding (zoals een adapter). Opmerking: Voedingen verbuiken electriciteit of het apparaat nu aan of uit staat, en zelfs als het apparaat losgekoppeld is! Je kunt merken dat een een adapter energie verbruikt als het een tijdje in het stopcontact heeft gezeten en het warm aanvoelt. Tips en hints: Er zijn verschillende stappen die je kunt nemen om het energieverbruik van elektronica in je huis te verminderen: Haal de stekker eruit. De gemakkelijkste en meest voor de hand liggende manier om energieverlies tegen te gaan is de stekkers uit het stopcontact te trekken van 59

64 IUSES Energie-efficiency in gebouwen apparaten die je niet gebruikt. Zoek in de stopcontacten van je huis naar losse opladers en andere apparaten die niet in het stopcontact hoeven te zitten. Als je de oplader uit je mobiel of uit een vergelijkbaar apparaat haalt, haal dan ook de oplader uit het stopcontact. Gebruik een stekkerdoos. Sluit alle huishoudelijke elektronica en kantoorapparatuur aan op een stekkerdoos met een aan/uit knop. Zo kun je met één druk op de knop de stroom van alle apparaten afhalen. Speciaal voor Computers: Als je je computer niet gebruikt, al is het maar even, zet dan het scherm uit. Gebruik de zwarte screensaver, want deze verbruikt de minste energie. Stel de stroom beheerinstelling (laag vermogen slaapstand ) in op je computer. Dit is al standaard ingesteld in de besturingssystemen van Windows en Macintosh. Door de muis of het toetsenbord aan te raken, ontwaken de computer en de monitor direct. 6.3 Oefeningen/Vragen 1. Hoeveel procent van het totale energie en elektriciteitsverbruik van een huishouden gaat op aan elektrische apparaten? Welke informatie geeft het EU Energie Label?... En welke letter en kleur staan voor het meest energiezuinige apparaat? Welk soort apparaten heeft nog twee extra energiecategorieën (A+ en A++)? Schijf op hoeveel elektriciteit de volgende apparaten verbruiken (in kw). Gebruik hierbij de Tabel met vermogens: Blender =... Stofzuiger = Elektriciteitsconsumptie berekening. Vul de gaten in: Vermogen X Tijd = Elektriciteit X Prijs (cent / = Kosten (W) (uur) (kwh) kwh) 1100 X 4 = X 15 = 100 X 10 = X 15 = 600 X 4 = X 15 = 800 X 4 = X 15 = 150 X 4 = X 15 = 6. Hoeveel elektriciteit verbruiken de volgende apparaten in 2,5 uur? - Blender = kwh... - Stofzuiger = kwh... En als ze een half uur gedurende 12 dagen per maand worden gebruikt? - Blender = kwh/maand... - Stofzuiger = kwh/maand Hoeveel elektriciteit verbruikt een gemiddeld Europees huishouden 60

65 ongeveer?...; en hoeveel kost dit? Welk huishoudelijk apparaat verbruikt gemiddeld in een jaar de meeste energie? En waarom? Wat zou een goede plek zijn om een koelkast neer te zetten? (kruis het/de onjuiste antwoord(en) aan): Dicht bij de oven In een kleine opslagruimte zonder ramen Overal waar het ver van warme plekken is 10. Bij welke taak verbruiken wasmachines, zoals een afwasmachine de grootste hoeveelheid elektriciteit? Zijn de volgende stellingen waar (W) of niet waar (NW):.Ovens verliezen geen energie als de deur tijdens het koken geopend wordt....kleine huishoudelijke apparaten hebben een Energie Label....Sommige kleine huishoudelijke apparaten hebben een hoog vermogen Hoeveel van de totale elektriciteit verbruiken huishoudelijke apparaten in EU huishoudens gemiddeld (in %)? Zoek twee elektronische huishoudelijke apparaten die, ondanks dat ze een lager vermogen hebben een hoog jaarlijks energieverbruik hebben: Leg uit waarom: Wat is de gemiddelde prijs van een kilowatt-uur elektriciteit in jouw land?... Verklarende woordenlijst Vraagfactor: de verhouding tussen (a) de maximale werkelijke hoeveelheid stroom die verbruikt wordt door een systeem en (b) de maximale werkelijke hoeveelheid stroom die verbruikt zou worden als het systeem op volle sterkte werkt. Internet links Referenties VV. AA.: Guía práctica de la energía. Consumo Eficiente y Responsable (Practical Guide for Energy. Efficient and Responsible Consumption), Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE),

66 Kernpunten: De kostprijs van elektrische en elektronische apparaten is meestal de belangrijkste drijfveer bij het maken van een keuze. Hoewel energiezuinigere modellen een hogere kostprijs hebben, besparen zij aanzienlijke hoeveelheden energie (en dus ook geld). Het elektriciteitsverbruik van een apparaat hangt allereerst af van het elektrisch vermogen of het wattage. Het verbruik wordt verkregen door het vermogen te vermenigvuldigen met de tijd dat het apparaat gebruikt wordt. Het Energie Label is een sticker met daarop heldere informatie over energieverbruik en capaciteit van producten. Bijvoorbeeld het oordeel over energiezuinigheid, waarbij je een simpel overzicht krijgt met een code van letters en kleuren van groen en de letter A, het zuinigst, tot de kleur rood en de letter G, het minst zuinig. Het grootste verbruik van energie in apparaten zoals wasmachines en afwasmachines gebeurt tijdens het verwarmen van het water. Dit gebeurt met elektrisch verwarmingselement en verbruikt 70% tot 85% van de totale energie. Huishoudelijke elektronica en ontspanning en home office apparaten worden steeds meer uren per dag gebruikt. Hun energieverbruik gaat meestal ongemerkt, terwijl naar schatting 10% tot 15% van alle elektriciteit die wordt verbruikt door Europese huishoudens hieraan opgaat. De makkelijkste en meest voor de hand liggende manier om stroomverliezen tegen te gaan is de stekker uit het stopcontact te halen als je een apparaat niet gebruikt 6.4 Photovoltaïsche energie Leerdoel: In dit hoofdstuk leer je: De basisprincipes van Zonne-energie en hoe het wordt getransformeerd naar elektriciteit. De belangrijkste types photovoltaïsche cellen. Een basis ontwerp voor een photovoltaïsch systeem Het proces van zonlicht omzetten in elektriciteit Photovoltaïsch komt van twee woorden: photo van het Griekse woord voor licht, en voltaïsch van volt, wat de eenheid is van het elektrisch vermogen. Definitie: Photovoltaïsche systemen gebruiken cellen om zonnestraling om te zetten in elektriciteit. De cel bestaat uit een of twee lagen van een halfgeleidend materiaal.* Als licht op de cel schijnt, wordt er een elektrisch veld tussen de lagen gecreëerd, waardoor elektriciteit gaat stromen. Hoe groter de intensiteit van het licht, hoe groter de elektrische stroom. 62

67 Op het moment kunnen PV cellen maar tussen de 6% en 15% van de stralingsenergie omzetten naar elektriciteit. Maar, hoewel dit misschien niet zo lijkt, is dit een goed resultaat en zijn er veel mogelijkheden door deze technologie. De afgelopen jaren zijn belangrijke vooruitgangen geboekt in wetenschappelijk onderzoek, vooral in het gebruik van nieuwe materialen die voor de photovoltaïsche conversie zorgen. Het meest gebruikte halfgeleidende materiaal in photovoltaïsche cellen is silicium (Si), een element dat gevonden wordt in zand. Er is dus genoeg grondstof beschikbaar; silicium is op twee na het meest overvloedige materiaal op aarde. Een photovoltaïsch system heeft geen fel zonlicht nodig om te werken. Het kan ook elektriciteit genereren op bewolkte dagen. Door reflectie van zonlicht, kunnen licht bewolkte dagen zelfs zorgen voor een grotere hoeveelheid opgewekte energie dan dagen waarop er geen wolkje aan de lucht is. Hoe werkt een PV cel? De belangrijkste onderdelen van een PV systeem zijn de cellen die de basisbouwstenen zijn en het zonlicht omzetten in elektrische spanning, de modules waarin grote aantallen cellen tot een eenheid zijn verwerkt en vaak ook de inverters die de opgewekte laagspanning om zetten in een bruikbare elektriciteit (220 Volt wisselspanning). Fig.15 Werking van een Zonnecel Ongeacht de grootte, produceert een normale silicium PV cel een spanning van ongeveer 0,5 0,6 volt DC (gelijkspanning). De stroom die uit een PV cel komt, hangt af van de efficiency en van het oppervlakte en is evenredig met de intensiteit van het zonlicht dat op het oppervlak valt. Opmerking: Bijvoorbeeld. Bij optimale zonlicht omstandigheden produceert een typische PV cel met een oppervlakte van 16 cm² ongeveer 2 watt vermogen (dan noemen we dat een vermogen van 2 Watt-piek (Wp)). Als de intensiteit van het zonlicht 40 % van de piekwaarde is, zou deze cel ongeveer 0, 8 watt produceren. Maar 2 watt is niet genoeg om een elektrisch apparaat te laten werken. Een PV module, soms ook wel een panel genoemd, bestaat echter uit honderden cellen waardoor een opgewekt vermogen mogelijk is van 10 watt tot 300 watt, afhankelijk van de gebruikte 63

68 technologie. Nog meer spanning is mogelijk als verschillende modules aan elkaar gekoppeld worden tot een array. Fig. 16 Photovoltaic elements Bijvoorbeeld, een typische PV module die je als consument kan kopen is 160-Wp (Watt piek) en heeft een oppervlak van 1,2 vierkante meter hebben (1,5 m x 0,8 m). Celproductieproces Er zijn verschillende technologieën beschikbaar, die vooral verschillen in het type basismateriaal waaruit de cel bestaat en de manier waarop modules gebouwd worden. De meest gebruikte staan hieronder beschreven. PV cellen worden meestal gemaakt van kristallijn Silicium. Er zijn twee mogelijkheden: van dunne plakjes gesneden van een enkel silicium kristal (mono-kristallijn), of van een blok silicium kristallen (poly-kristallijn), de efficiency varieert van 12% tot 17%. Dit is de meest gebruikte technologie. Het omvat ongeveer 90% van de huidige markt. Fig.17 Type PV cellen Het andere beschikbare type is de dunne film technologie. De modules worden gemaakt door extreem dunne laagjes van fotogevoelig* materiaal op een goedkope drager zoals glas, roestvrij staal of plastic te dampen. Het productieproces is goedkoop vergeleken met de kristallijne technologie die meer materiaal vereist. Het prijsvoordeel wordt vooralsnog echter tenietgedaan door de substantieel lagere efficiency van dunne film PV (5% tot 13%). Er worden tegenwoordig verschillende andere photovoltaïsche technologieën ontwikkeld. Deze worden op de markt gebracht of verder onderzocht, zoals de buigzame cellen die gebaseerd zijn op een vergelijkbaar productieproces als dunne film cellen door het actieve materiaal op een dun plastic plaatje te dampen, kan de cel flexibel zijn. In de afgelopen jaren, heeft wetenschappelijk onderzoek belangrijke verbeteringen in de PV cel technologie bereikt, zoals 40% efficiëntie met een zonnecel die uit verschillende halfgeleiders bestaat (Gallium, Indium, Arsenicum en Germanium), maar de hoge productiekosten zorgen ervoor dat het nog niet commercieel beschikbaar is. 64

69 6.4.2 Photovoltaïsche toepassingen Photovoltaïsche technologie op verschillende manier toegepast worden. De eerste en waarschijnlijk meest high tech toepassingen zijn ontwikkeld voor de ruimtevaart. Je ziet al wel vaker rekenmachines, speelgoed, verlichting en telefooncellen, en andere consumentenartikelen die werken op zonne-energie. Op plaatsen waar geen elektriciteitsnetwerk beschikbaar is, worden apparaten gebruikt die dit netwerk niet nodig hebben. Bijvoorbeeld in afgelegen telecommunicatie stations, berghutten, ontwikkelingslanden en afgelegen landelijke gebieden. Het is steeds gewoner dat je middelgrote of grote energiecentrales tegenkomt op het platteland van Europa, zogenaamde netwerkverbonden energiecentrales. Hier ligt de nadruk op gebouwen met photovoltaïsche systemen. Deze PV systemen kunnen op daken of gevels liggen en dragen zo bij aan het verminderen van het fossiele energieverbruik van een gebouw. Ze produceren geen geluid en kunnen op een mooie manier in een gebouw worden verwerkt. Europese bouwwetgeving is en wordt aangepast opdat duurzame energie een vereiste energiebron wordt in publieke gebouwen en woningen. Deze acties versnellen de ontwikkeling van ecogebouwen en positieve energiegebouwen (E+ Buildings, gebouwen waar meer wordt opgewekt dan gebruikt), waardoor veel mogelijkheden voor een betere verwerking van PV systemen in de gebouwde omgeving ontstaan. Deze systemen hebben meestal een verbinding met het lokale energienetwerk, waardoor ze overtollig geproduceerde stroom op het elektriciteitsnetwerk kunnen zetten en kunnen verkopen. De opgewekte elektriciteit kan dan op plekken (en momenten) waar geen zon is van het net gehaald worden. Er wordt een inverter gebruikt om de gelijkstroom (DC)* die door het systeem wordt geproduceerd om te zetten naar wisselstroom (AC) om normale apparaten te laten werken Hoeveel elektriciteit kan een PV systeem produceren? Afhankelijk van de plek waar het zonnesysteem staat, is er meer of minder energie beschikbaar en kan er daarom meer of minder elektriciteit worden geproduceerd. Het antwoord hangt dus van verschillende factoren af en de belangrijkste waarmee je rekening moet houden, zijn: 1. De hoeveelheid energie die een plek bereikt; instraling door de zon en aantal uren zon; 2. De juiste positie en helling van de modules; 3. De technologie die is toegepast in de PV modules. 1. De energie van de zon wordt gemeten in zonne-instraling, gedefinieerd als het vermogen van de zon op een bepaalde oppervlak (kw per vierkante meter). Door instraling met het aantal uren zon op een plek te vermenigvuldigen, krijgen we de energie die in de periode is ingestraald. Met andere woorden, de straling geeft de hoeveelheid zonne-energie (kwh) aan die belandt op een vierkante meter oppervlak (kwh/ m²) gedurende een bepaalde tijd. Bijvoorbeeld, door het vermenigvuldigen met het gemiddelde dagelijkse aantal uren zonlicht op een bepaalde plek (of uren/dag) krijgen we 65

70 de dagelijkse zonnestraling (kw uur/m² dag). De figuur verderop laat de jaarlijkse zonnestraling voor Europa zien. 2. Een andere cruciale factor is de juiste positie van de PV modules ten opzichte van de zon, met het doel om zo veel mogelijk bloot te staan aan de instraling. Hoe langer de blootstelling aan de directe zon, hoe meer elektriciteit er wordt geproduceerd. Hierbij moet met drie aspecten rekening worden gehouden: Oriëntatie: een PV systeem moet zoveel mogelijk op het zuiden gericht worden (op het noordelijk halfrond). Hellingshoek: de PV modules moeten een helling hebben zodat ze loodrecht op de middagzon staan. Dit komt over het algemeen overeen met de breedte van de geografische locatie. In Europa varieert de optimale helling van PV modules om de maximum jaarlijkse energieopbrengst te verkrijgen, van 26º in het zuiden van Griekenland tot 48º of nog meer in het noorden van Europa. De reden hiervoor is dat in het zuiden de zon vrij loodrecht langs de hemel beweegt, en modules daarom een vrij horizontale opstelling hebben om zo lang mogelijk zonnestraling op te vangen. Het tegenovergestelde gebeurt in het noorden, waar de zon lager ten opzichte van de horizon beweegt en daarom moeten de modules een wat verticalere opstelling hebben. Hetzelfde concept geldt voor de seizoenen: de zon staat hoger in de zomer dan in de winter. Fig.18 Zonposities Schaduw, zoals schaduwen van gebouwen, bergen of bomen, moeten zoveel mogelijk vermeden worden. Iedere schaduw vermindert de opbrengst van een PV systeem. 3. De derde factor heeft te maken met de gebruikte PV techniek, vooral wat betreft de halfgeleidermaterialen van de PV cellen. De belangrijkste factor is hier de conversie efficiency die niet verder komt dan 17% voor de best beschikbare technologie. Dit betekent dat een klein deel van de binnengekomen zonnestraling wordt omgezet in elektriciteit. Er zijn Zonnekaarten en interactieve services beschikbaar voor ieder land in Europa. Deze omvatten alle factoren die hierboven werden genoemd en leveren een omvangrijke schatting van hoeveel elektriciteitsproductie in een bepaald gebied mogelijk zou zijn. Dankzij deze methodes 66

71 kunnen we meer te weten komen over wat er in onze omgeving en regio mogelijk is en kunnen we berekenen hoeveel elektriciteit daar door een zonnecentrale opgewekt zou kunnen worden. Eén van de methodes is het Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) die online beschikbaar is met een gebruiksvriendelijke en grappige toepassing. Bezoek de website van het Joint Research Centre om te ontdekken hoeveel zonne-energie jouw regio treft ( De volgende kaart (van PVGIS) laat de hoeveelheid elektriciteit zien die opgewekt kan worden met PV systemen in Europese regio s. Er wordt al rekening gehouden met: hoeveelheid zonnestraling, gemiddeld aantal uren zon en andere factoren zoals conversie efficiency van de PV technologie, optimale richting en helling van de modules, en leidingverlies. Samengevat, geeft het een goede schatting van de zone-energie mogelijkheden van een bepaalde plek. Fig.19 Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) Hoe roder een plek is, hoe beter de energie opbrengst. Onderaan de kaart laat de kleurlegenda twee belangrijke indicatoren zien: 67

72 De jaarlijkse hoeveelheid straling op een vierkante meter PV modules, uitgedrukt in kwh/m2 (Totale zonnestraling). De jaarlijkse mogelijke hoeveelheid zonne-elektriciteit opgewekt door een 1 kwp systeem, of kwh/kwp (Zonne-elektriciteit). De eerste rij data (Totale zonnestraling) refereert alleen aan de zonnestraling op één vierkante meter oppervlak per jaar. Dit betekent niet dat 1 m2 ook echt die waarde produceert. Zoals gezegd, wordt niet alle zonnestraling die op een PV cel terechtkomt omgezet in elektriciteit, door technische beperkingen ( conversie efficiency ) en andere verliezen. De tweede rij data (Zonne-elektriciteit) laat direct zien hoeveel elektriciteit een 1 kw PV systeem kan genereren als het op een bepaalde plek wordt neergezet. De geschatte waarde omvat al verschillende verliezen en technologische beperkingen. Ga op zoek naar jouw stad en bekijk de juiste waarde... Voorbeeld: Een 1-kilowatt (kw) PV systeem dat geïnstalleerd is op Sardinië (Italië) kan ongeveer 1350 kwh elektriciteit per jaar produceren (kijk naar de kaart). En natuurlijk geldt voor een 2-kilowatt systeem, dat dit (1350 x 2) 2700 kwh per jaar is. Belangrijk: Dit is bijna het elektriciteitsverbruik van een typische Europese klant. Het gemiddelde stedelijke huishouden gebruikt kilowattuur (kwh) elektriciteit per jaar Hoe groot is het PV systeem? Om bijvoorbeeld een 1-kW daksysteem te verkrijgen en daarbij rekening houdend met de installatie van modules van 200-Watt: Er zouden 5 modules nodig zijn (namelijk: 1 kw = 1000 W = 5 x 200 W). Maar, bedenk dat in arrays de modules gekoppeld zijn en een array daarom uit een even aantal modules bestaat. Er vanuit gaande dat je beter kunt overdimensioneren zou je moeten kiezen voor 6 modules. Ten slotte, als iedere module 2 vierkante meter is, heb je in totaal een oppervlak van 12 vierkante voor de PV modules nodig. 6.5 Oefeningen/Vragen 1. Wat betekent het woord photovoltaïsch? Hoe efficiënt zijn PV cellen tegenwoordig? Leg uit wat conversie efficiency betekent? 68

73 Wat voor stroom produceren PV cellen, AC (wisselstroom) of DC (gelijkstroom)? Schat hoeveel elektriciteit een PV systeem geïnstalleerd op jouw school zou kunnen produceren (gebruik hierbij de kaart hierboven), en bereken hoe groot deze zou moeten zijn. Herhaal het bovenstaande voorbeeld, maar dan met de geografische locatie van jouw school. Gegeven data: Te installeren: 5 kw systeem Gekozen modules: ieder 160 Watt vermogen Omvang van iedere module: 2 vierkante meter Verklarende woordenlijst Halfgeleider: een halfgeleider is stof, meestal een vast chemisch element of verbinding, met een elektrische geleiding die tussen die van metalen (geleiders) en isolatoren in zit. Het geleidt onder sommige omstandigheden wel maar onder andere omstandigheden niet. Daardoor is het een goed medium om een elektrische stroom te regelen. Fotogevoeligheid: de mate waarin een object reageert op het ontvangen van fotonen (zonnestraling), met name zichtbaar licht. Gelijkstroom ( DC): is de continue beweging van elektronen van een negatief geladen gebied ( ) naar een positief geladen gebied (+) door een geleidend materiaal zoals een metaaldraad. Gelijkstroom werd verdrongen door wisselstroom (AC) voor commerciële stroom in eind jaren 1880 omdat het toen niet economisch haalbaar was om gelijkspanning op te transformeren naar de hoge voltages die nodig zijn voor transport over lange afstanden. Technieken die in de jaren 60 werden ontwikkeld overwonnen deze beperking, en gelijkstroom wordt nu getransporteerd over hele lange afstanden langs het hoogspanningsnet. Over het algemeen moet het omgezet worden naar wisselstroom voor de uiteindelijke distributie. Referenties de Francisco G. A. et al. Energías Renovables para el desarrollo, (Renewable Energies for Development), Cooperación Internacional, Thomson-Paraninfo, Madrid, Internet links Kernpunten: Een van de belangrijkste vormen van hernieuwbare energie is zonne-energie, waarvan de bron natuurlijk de zon is die gratis en onuitputtend is en op verschillende manier gebruikt kan worden. 69

74 We hebben veel mogelijkheden om zone-energie thuis, op school en in gebouwen in het algemeen te gebruiken. de drie belangrijkste manieren zijn: passieve warmte, zonnewarmte en photovoltaïsche energie. PV cellen meestal gemaakt uit kristallijn Silicium, op drie manieren: van dunne plakjes gesneden uit een enkel siliciumkristal (mono-kristallijn) of uit een blok siliciumkristallen (poly-kristallijn), of van amorf silicium, zonder kristaleigenschappen. Silicium is de meest gebruikte technologie; ongeveer 90% van de markt. Een typische commercieel beschikbare PV cel met een oppervlak van 16 cm² produceert maar ongeveer 2 watt piek. Maar honderden cellen die samen een PV module vormen zullen een interessante hoeveelheid elektriciteit opwekken en hebben een opbrengst van 10 watt tot 300 watt, afhankelijk van de gebruikte technologie nog meer als meerdere modules aan elkaar worden verbonden (arrays genaamd). De hoeveelheid elektriciteit die een PV systeem kan produceren hangt van drie factoren af: de hoeveelheid zonne-energie die de locatie bereikt; de positie en helling van de modules; en hun technologie. 70

75 7. Oefening Monitoren van Energieverbruik - Huis/school facilities Energie Audit Niveau: Voortgezet onderwijs Onderwerpen: Natuurkunde, Wiskunde, Economie, Maatschappijleer, Talen, Kunst Methodologie In deze oefening zullen leerlingen de energiebesparende maatregelen die zij in het Handboek over Gebouwen hebben geleerd, gaan toepassen in een energie audit van hun school of van hun huis. De volgende oefening moet stap voor stap uitgevoerd worden, waarbij de zes stappen en de ideeën voor verdere oefeningen die hieronder beschreven worden gevolgd. Iedere stap kan echter ook als aparte oefening gebruikt worden. Bij iedere stap worden tabellen en formats voorgesteld, maar er kunnen ook andere tabellen, figuren en data, foto s of grafische weergaves gebruikt worden. De hele oefening kan uitgevoerd worden met: Pen/papier, en/of PC (alle tabellen en berekeningssheets zijn beschikbaar in Excel formaat op de IUSES website en op de multimedia DVD). De leerlingen kunnen individueel, in tweetallen of in kleine groepjes aan het werk gaan om hun eigen energieverbruik uit te werken en energiebesparende maatregelen te bedenken. Doel(en) Het uitvoeren van een energie audit, als de eerste stap in het bepalen hoeveel energie een gebouw verbruikt en in het evalueren welke maatregelen je kunt nemen om het gebouw energie efficiënter te maken. (Je kunt zelf een simpele energie audit uitvoeren of een professionele energie auditeur een grondigere audit laten uitvoeren.) Schatten van het energieverbruik van elektrische en thermische apparaten; Berekenen van energiekosten; De energieverbruik gerelateerde CO2 uitstoot bepalen; Actie ondernemen om energieverspilling tegen te gaan en het verbruik te verminderen. Samenvatting Stap 1 Alle bronnen van energieverbruik achterhalen (Apparaten Verlichting Verwarming en Koeling) Stap 2 Beschrijven en berekenen van verbruik 2a Elektriciteitsverbruik 2b Brandstofverbruik Stap 3 Grafische weergave Stap 4 Berekenen van CO 2 (equivalente) emissies Stap 5 Inspectie van het gebouw Stap 6 Aanbevelingen voor besparing * Bonus stap Variaties en combinaties met andere activiteiten: 71

76 Stap 1 Alle bronnen van energieverbruik achterhalen (Apparaten Verlichting Verwarming en Koeling) Maak een overzicht van alle energieverbruikende apparaten die je kunt vinden in je school of thuis. Dit kan je doen (maak gebruik van tabellen zoals hieronder) door twee belangrijke punten te volgen: Onderzoek kamer voor kamer (sportzaal, kantine, lokalen of thuis: keuken, badkamer, woonkamer, etc.); en Ga het type verbruik na (elektrische en elektronische apparaten, verlichting, etc.). Deel ze in onder apparaten die werken op elektriciteit en op brandstof (aardgas, stookolie, kolen, hout). Checklist Elektrische apparaten Kamer/Ruimte Naam van het apparaat Type (verlichting; elektrisch of elektronisch apparaat) Checklist Apparaten op brandstof (Verwarming-Koeling, etc.) Kamer/Ruimte Naam van het apparaat Type (Verwarming en koeling; Waterverwarming; Koken; etc.) Type brandstof (aardgas, stookolie, etc.) Breid de lijst uit zoveel als je nodig vindt. Stap 2 Beschrijf en bereken het verbruik 2a Elektriciteitsverbruik Maak een lange lijst van alle elektrische apparaten (in je huis of op school). Schrijf hun vermogen op (Watt) en schat hoe lang ze gebruikt worden (de tijd die het apparaat aan staat). Leerlingen kunnen aan hun ouders of docenten vragen wat het verbruik is van apparaten die zij zelf niet gebruiken en samen schatten hoeveel uur een apparaat gebruikt wordt. Als het niet mogelijk is om het vermogen van een bepaald apparaat te vinden, gebruik dan de getallen uit het Handboek of uit het voorbeeld dat hieronder staat. 72

77 Bereken dan de hoeveelheid elektriciteit die wordt verbruikt door het vermogen van ieder apparaat te vermenigvuldigen met het aantal uur dat het apparaat gebruikt wordt. Verbruikte energie (kilowatturen) = Vermogen (kilowatt) x Tijd (uren). Bereken tenslotte de kosten van het elektriciteitsverbruik door het verbruik te vermenigvuldigen met de prijs van een eenheid elektriciteit (die op de elektriciteitsrekening staat). Kosten ( ) = /kwh kwh. Vraagfactor: Omdat veel apparaten een verschillend bereik hebben (zoals het volume op een radio, of een geselecteerde temperatuur op een airconditioner) hangt het werkelijke verbruik af van de instellingen op een bepaald moment. Als een apparaat niet op maximaal vermogen werkt (bijvoorbeeld niet de maximale ( = minimale ) airconditioning temperatuur) is het verbruik ook evenredig lager. Dit wordt de zogenaamde vraagfactor genoemd; een factor waarmee je het vermogen vermenigvuldigd. Een factor 1 betekent dat het apparaat op het maximale vermogen loopt, en als de factor lager is dan 1 dan loopt het apparaat op minder vermogen. In de tabel staat de gemiddelde vraagfactor voor ieder apparaat aangegeven (4). 73

78 74

79 2b Brandstofverbruik IUSES Energie-efficiency in gebouwen Het doel van deze oefening is het omzetten van brandstofverbruik in kwh, om dit type verbruik beter te begrijpen en een vergelijking te kunnen maken met elektriciteitsverbruik. De hoeveelheid verbruikte brandstof is het gemakkelijkst te bepalen door deze af te lezen van de energierekening of het na te vragen bij ouders of docenten. In tegenstelling tot de het berekenen van elektriciteitsconsumptie (stap 2a), is het vrij ingewikkeld om het energieverbruik van apparaten die op brandstof lopen te berekenen. Dit begint al bij het bepalen van hun vermogen (gewoonlijk uitgedrukt in CV, kcal, GJ, etc.). Zet het verbruik (hoeveelheid brandstof: kg m³ voor aardgas liters voor stookolie) in kilowatt door de volgende tabel te gebruiken (geldig voor de meest gebruikte brandstoffen in Europa). (Ook te vinden in de Excel Berekening data sheet) Naam: Gemeten object: Plaats/Locatie: Omzetten van brandstoffen naar kwh (1) Soort brandstof Verbruikte hoeveelheid (per maand Eenh Eenh eid eid X Berekend o.b.v. [Net Calorific Value/ Netto s t o o k - Conversie factor (1) (kwh per eenheid) Totaal kwh Brandstofverbruik Energie gehalte van brandstoffen bij eindgebruik Conversie Ta- Aardgas 1 kg m ³ 13,1 kwh/kg 9,17 kwh/m³ 13, Vloeibaar Petroleum Gas kg 12,78 kwh/kg 7,65 kwh/l 0 (LPG) (Butaan/Propaan) li- Steenkool kg 6,65 kwh/kg 0 Stookolie kg li- 11,75 kwh/kg 9,87 kwh/l 0 Hout (25 % vochtigheid) kg 3,83 kwh/kg 0 Houtpellets kg 4,67 kwh/kg 0 T O - (Bron: DIRECTIVE 2006/32/EC 5 April 2006 over energie eindgebruik en energiedien-taal (1): Member States may apply other values depending on the type and quality of fuel most used in the respective Member State. (2) 93 % methaan. Berekening is opgezet door te vermenigvuldigen met conversiefactor kwh per kg. Als verbruik in m³ or l is, verander dan formule in deze kolom en gebruik juiste conversie Dichtheidsfactor voor omzetten massa een- Vloeibaar Petroleum Gas kg/liter 0,59 (LPG Stooko- kg/liter 0,8 Aardga kg/m³ 0, Stap 3 Grafische weergave Groepeer alle functies met hun verbruik (je hebt nu van alle apparaten de kwh) in een samenvattende tabel, zoals het voorbeeld hieronder. Zet het verbruik (kwh) om in percentage (%). Teken dan een taartdiagram om grafisch te laten zien hoe het energieverbruik in je school of bij je thuis is verdeeld. Kleur de taartdiagram in, in Excel of met de hand. 75

80 Grafische weergave Naam: Gemeten object: Plaats/Locatie: VOORBEELD IUSES Energie-efficiency in gebouwen Taartdiagram van Energieverbruik Verbruik per subgroep Verbruik (kwh) Percentage (%) 3,91% 2,06% Verwarming en koeling ruimte ,59% Verwarming water 100 6,86% Verlichting ,57% Koken 125 8,58% Invriezen/ koelen 100 6,86% Elektrische apparaten ,50% Elektronische apparaten ,06% Stand-by / ghost power 57 3,91% Overig 30 2,06% Totaal ,06% 17,50% 20,59% 6,86% 17,57% Verwarming en koeling ruimte Verwarming water Verlichting Koken Invriezen/ koelen Elektrische apparaten Elektronische apparaten Stand-by / ghost power Overig Ingevoerde getallen zijn slechts voorbeelden...voer hier jouw verbruik in 6,86% 8,58% Stap 4 Berekenen van CO 2 (equivalente) emissies Het doel van deze opdracht is om bij benadering de uitstoot van broeikasgassen te berekenen die gerelateerd zijn aan jouw energieverbruik. CO 2 is het belangrijkste broeikasgas omdat het een grote hoeveelheid is. Het concept CO 2 equivalent betekent dat ook andere broeikasgassen worden meegerekend, zoals methaan (CH 4 ) en lachgas (N 2 O). Deze vertegenwoordigen maar een klein deel vergeleken met CO 2. In de tabel hieronder zie je emissiefactoren van een aantal brandstoffen (die gebruikt worden voor het verwarmen van woningen en de gebouwen in dienstensector), en de emissiefactor van elektriciteit die van het openbare netwerk wordt gehaald. Emissie factor = Hoeveelheid emissie per eenheid energie (Joule of kwh) of per massa eenheid (kg, m³, liter). In het geval van CO 2 zijn factoren voor verschillende massa eenheden gegeven, om zo de berekening wat gemakkelijker te maken en het mogelijk te maken om energieverbruik in de eenheid die jij hebt uit te drukken. Voor CO 2 Equivalent kun je alleen energie invoeren in kwh. Bedenk dat: de emissiefactor van elektriciteit afhangt van de elektriciteitsmix in ieder land (elektriciteit wordt samengesteld uit elektriciteit afkomstig uit verschillende energiebronnen) die ieder jaar en per land kan variëren. emissie factoren van brandstoffen: een nauwkeurige schatting van emissies (vooral voor CH 4 en N 2 O) hangt zowel af van verbrandingscondities, technologie, en emissie controlebeleid, als van brandstof kenmerken. De gemiddelde en meest gebruikte factoren zijn daarom hieronder beschreven. Hoe maak je de oefening: 1. Voeg jouw energieverbruik in en maak daarbij gebruik van de eenheden die jij hebt. 2. Vermenigvuldig met de bijbehorende emissie factor. Bijvoorbeeld: a. als jouw energieverbruik is uitgedrukt in aantal kg steenkool, vermenigvuldig dan met 1,9220 om alleen de CO 2 emissies te krijgen; b. als het is uitgedrukt in kwh aardgas, vermenigvuldig dan met 0,2019 om alleen de CO 2 emissies te krijgen, en met 0,2178 om CO 2 equivalente emissies te krijgen; 76

81 c. als alle energieverbruik is uitgedrukt in kwh, verkregen in oefening 2b hiervoor, vermenigvuldig dan met de factoren in de twee kolommen CO 2 en CO 2 equivalent per kwh. (Excel berekening gebruikt de laatst berekende als default waarde.) 3. Bekijk je totale emissies. Bedenk daarbij dat één ton CO2 ongeveer gelijk staat aan een gevuld zwembad van 10 meter breed, 25 meter lang en 2 meter diep. 77

82 - Net Calorific Values: Gemiddelde tussen IPCC Tichtlijnen en de DIRECTIVE 2006/32/EC van 5 April 2006 over energie-efficiency bij eindgebruik en energiediensten Conversiefactor voor energie (TJ/ kwh): Bron- - nen: Emissiefactoren van CO2 per TJ: "2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Inventories. Volume 2: Energy" Stookolie Aardga s Aardga s L P G [Net Calorific value] (TJ/ Gg): Voeg hier kg aan kg je CO2 per eenheid: Emissies verbruik CO2 equivalent ) kg CO2 (1 in Kg liter m Energietype X kwh Energieverbruik brandstof brandstof brandstof ³ TJ per kwh kg CO2 equivalent Elektriciteit X 0, , Aardga X 8 0,201 2, , , s L P X 9 0, ,902 4, , Steenkool G X 1 0, , , Stookolie (voor boiler) X 9 0, ,274 3, , Andere brandstoffen X Gasoli e 47, 2 Kole n 2 42, 0 3 kg/m³ 0, 7 kg/liter 0,8 4 Documentatie Vak: Dichtheidfactor voor conversie massa: L P G kg/liter 0,59 9 verbrandingsomstandigheden, technologie en emissiebeleid, als van brandstofkenmerken. Daarom wordt hier uitgegaan van een algemene factor en alleen CO2 eq. van per kwh als energie invoer. Vermenigvuldiging met CO2 per kwh is gegeven als standaard pas het aan aan de eenheid van jouw energieverbruik (1) CO2 Equivalent omvat andere broeikasgassen, zoals CH4 (methaan) en N2O (Lachgas). Nauwkeurige schattingen van CH N 4 2 O uitstoot hangt zowel af van 78 T O - TAAL Emissiefactoren voor geselecteerde brandstoffen voor eindgebruik Stap Voeg het verbruik in (maak gebruik van de eenheid die hoort bij jouw verbruik) 1: Stap Vermenigvuldig verbruik met de bijbehorende emissiefactor (bijv. als jouw verbruik uitgedrukt wordt in kg steenkool, vermenigvuldig met 2: (Vermenigvuldiging 1,9220) met CO2 per kwh is gegeven als standaard pas het aan aan de eenheid van jouw verbruik) Berekenen CO2 (equivalente) emissies ZET ENERGIEVERBRUIK OM IN CO2 (equivalent)

83 Stap 5 Bouwinspectie... Bekijk je gebouw In deze stap zul je problemen ontdekken die, als je ze hebt opgelost, jaarlijks veel geld kunnen besparen. Tijdens de inspectie kun je vaststellen waar in jouw huis of school energie wordt verspild. Deze zogenaamde audit bepaalt ook de efficiency van de verwarmings- en eventuele koelingsystemen in je huis/school en laat zien hoe je op warm water en elektriciteit kunt besparen. Je kunt gemakkelijk een energie audit bij je thuis uitvoeren. Als je je huis bekijkt, maak dan een lijst van alle delen die je geïnspecteerd hebt en van de problemen die je gevonden hebt. Deze lijst help te bij het stellen van prioriteiten in je aanpassingen om je huis energiezuiniger te maken. Opdracht: Stel vast welke maatregelen in jouw gebouw zouden helpen en in welke mate ze (al) worden toegepast. 79

84 De tabel hierboven bevat maar een beperkte lijst van na te kijken onderwerpen. Dus pas de lijst aan, aan de kenmerken van jouw huis of school. Stap 6 Doe aanbevelingen voor energiebesparing Als laatste stap, na het verzamelen van data en informatie over de energieprestatie van je school of van je huis, wordt het tijd om actie te ondernemen en energiebesparende maatregelen te nemen! Deze stap is gericht op het opstellen van een lijst technische en gedragsmatige maatregelen die je zullen helpen om energieverbruik en verlies te verminderen. Uiteraard komt de lijst van voorgestelde maatregelen voort uit de zwakke plekken en problemen die je tijdens de 80

85 bouwinspectie hebt gevonden (stap 5); met het doel om ze te verbeteren en ze op te lossen. Als gevolg kunnen verschillende maatregelen worden genomen. Hier ligt voor jou de taak om alleen de belangrijkste maatregelen mee te nemen of de maatregelen waarvan jij denkt dat ze in jouw geval technisch of financieel haalbaar zijn. Volg de volgende stappen: a. Bepaal een aantal maatregelen/veranderingen/ingrepen (vul de lijst aan zoveel je wilt); b. Bereken de energiebesparing (schat ongeveer het mogelijke percentage besparing in voor elke maatregel wat betreft elektriciteit en/of brandstof verbruik); c. Schat de kosten van acties en de terugverdientijd (ga op zoek naar de kostprijs van de voorgestelde actie; deel deze door de jaarlijkse geldbesparing en bepaal zo de terugverdientijd); d. Bereken CO 2 die vermeden is (gebruik de emissiefactoren uit de CO 2 tabel oefening step 5). In de volgende tabel staan maar een paar voorbeelden van aanbevolen maatregelen. Je kunt de lijst zoveel je wilt aanpassen aan de kenmerken van jouw huis of school. Voeg het verbruik toe en de juiste data voor emissies en prijzen, afhankelijk van het type brandstof dat gebruikt wordt en de lokale energieprijzen. Voor emissiefactoren en eenheden kun je de data gebruiken uit de eerdere CO 2 emissie sheet. Gebruik dan deze data om verder te gaan naar de berekening die je moet uitvoeren om de onderstaande tabel in te vullen. Voorbeeld: Als je overweegt om gloeilampen te vervangen dan valt het type besparing onder Elektriciteit : 1. Energiebesparing beïnvloedt Elektriciteit = 15% (geschatte % besparing) van 3500 kwh (jouw elektriciteitsverbruik); 2. CO 2 emissies die worden voorkomen moeten worden berekend = vermenigvuldig bespaarde elektriciteit (525 kwh) met de emissiefactor van elektriciteit (0,54 kg van CO 2 /kwh dit verschilt per land ); 3. Financiële besparing = bespaarde elektriciteit (525 kwh) x elektriciteitsprijs (0,19 / kwh zoek voor je lokale prijs ). Als je overweegt om dubbele glas te installeren, dan valt dit onder verwarmingsmaatregel, en dus: 1. Percentage besparing wordt berekend over de hoeveelheid verbruikte brandstof (10% x kwh); 2. De emissiefactor van CO 2 emissies is die van Aardgas (0,2 kg/kwh); 3. De financiële besparing wordt berekend met de prijs van Aardgas. 81

86 82