NOTITIE. 1 Inleiding. 2 Bouwkundige maatregelen

Transcriptie

1 NOTITIE Project Nieuwbouw Van Lodenstein College Barneveld Datum 7 juni 2011 Onderwerp Conceptenstudie Status Definitief 1 Inleiding Voor de nieuwbouw van het Van Lodenstein College te Barneveld worden in deze conceptenstudie een viertal concepten benoemd waarmee het schoolgebouw op temperatuur en fris gehouden kan worden. De concepten sorteren de mogelijkheden om te verwarmen, te koelen en te ventileren. Met deze concepten kan voldaan worden aan de ambities van het Van Lodenstein College, namelijk: functionaliteit; flexibiliteit; beheersbaarheid; duurzaamheid. In hoofdstuk 3 worden de concepten benoemd en in hoofdstuk 4 met elkaar vergeleken. Bij het doorrekenen van de concepten is uitgegaan van Standaard bouwfysische schilwaarden. In hoofdstuk 2 worden de effecten zichtbaar gemaakt van verbeterde schilwaarden op de exploitatie en de CO 2 -emissie. 2 Bouwkundige maatregelen In dit hoofdstuk worden de effecten van schilverbetering inzichtelijk gemaakt. De berekeningen in deze conceptenstudie zijn gebaseerd op de schilwaarden overeenkomstig tabel 2.1. tabel 2.1 Schilwaarden Rc-waarde muur m²k/w 3,0 Rc-waarde vloer en dak m²k/w 4,0 U-waarde raam W/m²K 1,8 ZTA-waarde glas [-] 0,3 Massa vloerconstructie kg/m² De schilwaarden zijn toereikend om te voldoen aan de wettelijke eisen. In dit hoofdstuk worden de effecten van schilverbetering (zowel van de muren als van de vloer en het dak) op de exploitatie en de CO 2 -emissie inzichtelijk gemaakt. In onderstaande tabel is weergegeven wat het effect is van een verhoogde warmteweerstand (Rc) van de muur en een verlaagde warmtedoorgangscoëfficiënt (U) van het raam (glas en kozijn). De schilwaarden van de referentie zijn benoemd in tabel 2.1 en vormen de basis voor de verdere berekeningen in deze conceptenstudie. In tabel 2.2 worden de verbeterde Rc- en U-waarden afzonderlijk en gecombineerd inzichtelijk gemaakt. tabel 2.2 Verbeterde schilwaarden Referentie Rc = 5 m²k/w U = 1,1 W/m²K Rc = 5 m²k/w U = 1,1 W/m²K Exploitatie /jaar , , , ,- Exploitatievoordeel /jaar 2.000, , ,- CO 2-emissie Ton/jaar CO 2-reductie Ton/jaar hp202nv 1

2 3 Concepten Om het schoolgebouw te kunnen verwarmen/koelen en te ventileren, zijn er vier integrale concepten samengesteld. 1 Basis Dit concept voldoet aan de wettelijke eisen. Verwarmen gebeurt door middel van HR-ketels en ventileren door centrale mechanische luchttoevoer en centrale mechanische luchtafvoer (gebalanceerde ventilatie). Koeling ontbreekt. 2 Basis + koeling Aan concept 1, basis, is koeling toegevoegd. De koeling gebeurt door een compressiekoelmachine. 3 Warmtepomp met warmte-/koudeopslag (wko) De warmte en koude wordt door middel van de warmtepomp met bodemopslag voorzien. HR-ketels zijn aan dit concept toegevoegd voor de piekmomenten en de warmwatervoorziening. Koeling gebeurt door de bodemopslag. 4 TNO-ventilatieconcept en warmtepomp. De toevoerlucht wordt per lokaal door middel van units toegevoerd en centraal afgezogen. De warmtepomp haalt de warmte uit de retourlucht. Verwarmen gebeurt door de warmtepomp en HR-ketels. Voor de koeling kan de warmtepomp gebruikt worden, maar zal ook een compressiekoelmachine nodig zijn. 3.1 Energieprestatiecoëfficiënt (EPC) Het benodigde energiegebruik (Qpres,tot) mag nooit hoger zijn dan het toelaatbare energiegebruik (Qpres,toel) voor de desbetreffende gebouwfunctie. Het Bouwbesluit stelt eisen aan de maximale hoogte van het toelaatbare energiegebruik. Doel van deze normering is het energiegebruik en de CO 2 -emissie in de gebouwde omgeving te verminderen. Voor de concepten, benoemd in onderstaande paragrafen, wordt het dimensieloze verhoudingsgetal gegeven van Qpres,tot / Qpres,toel. 3.2 Ruimtebeslag In onderstaande tabel is het ruimtebeslag weergegeven. De geel gearceerde gedeelten zijn conceptafhankelijk. tabel 3.1 Ruimtebehoefte werktuigkundige installaties Ruimte Inhoud Afmetingen (b x d x h) Gasmeteropstelling en/of warmtemeter Ketelruimte Techniekruimte koude (concept 1, 2 en 4) Techniekruimten ventilatie school (concept 1 tot en met 3) Techniekruimte ventilatie sporthal Techniekruimte ventilatie (concept 4) Techniekruimte, warmte-/koudeopslag (concept 3) HR-ketels, verdelers, buffervat en dergelijke Oppervlakte (m 2 ) Voorwaarden 2,0 x 1,6 3,2 Gelegen op de begane grond, direct van buiten bereikbaar, 6 meter verwijderd van trafo en HKL. Nader te bepalen 20 Wand of dak voorzien van plofluik. Rookgasafvoer door dak. Koelmachine 6 x 4 24 Kan gecombineerd worden met ketelruimte. Condensors opstellen op dak. Lbk, regelkasten, kanalen Lbk, regelkasten, kanalen Regelkasten, TSA, buffervat TSA, warmtepomp, verdelers, regelkast en dergelijke 15 x 6 2 x 90 Direct grenzend aan schacht. 10 x 5 1 x 50 Direct grenzend aan schacht. Nader te bepalen 25 Nader te bepalen 90 Gelegen in de kelder, toegang van buiten. Geluidsproductie hp202nv

3 Ventilatieruimte per lokaal (concept 4) Techniekruimte afzuiging school (concept 4) Toevoerunit verse lucht Lbk, afzuiging met geïntegreerde warmtepomp Minimale benodigde hoogte = 0,4 Het plafond wordt op overdruk gezet. Per lokaal of verblijfsruimte een afgesloten plafond. 15 x 6 1 x 50 Direct grenzend aan schacht. Watermeteropstelling 1,2 x 1,6 1,9 Gelegen op begane grond nabij entree. Drinkwaterdrukverhoging Nader te bepalen 1,5 Gelegen aangrenzend aan de watermeteropstelling. Technische schachten Dakafzuigventilatoren Ten behoeve van verdeling installaties. Twee stuks naast lbk-ruimten. Voor afzuiging sanitaire ruimten. Nader te bepalen Elk 8,5 Dit oppervlak, per verdieping boven elkaar aanbrengen en eindigend in een lbk-ruimte. Nader te bepalen Op dak Direct boven de schachten. tabel 3.2 Ruimtebehoefte elektrotechnische installaties Ruimte Inhoud Afmetingen (b x d x h) Transformatorruimte Trafo, aansluiting energiebedrijf Oppervlakte (m 2 ) Voorwaarden 3 x 4 x 2,5 12 Op begane grond, van buiten toegankelijk. Kelder van 1 meter diep. Inkoopruimte Aansluiting energiebedrijf 3 x 3 x 2,5 9 Direct tegen traforuimte, van buiten toegankelijk. Kelder van 1 meter diep. Hoofdverdeelinrichting (HKL) Verdeelinrichtingen licht/kracht Zwakstroomruimte MER Hoofdverdeelinrichting 3 x 2 x 2,4 6 Gelegen op de begane grond nabij de transformatorruimte. Verdeelinrichtingen voor de elektrotechnische installaties Centrale apparatuur ten behoeve van inbraakbeveiliging, toegangscontrole en brandmeldcentrale. Opstelling patchkasten, servers en dergelijke 1,5 x 0,6 x 2,4 Elk 0,9 Op elke bouwlaag een kast met dubbele deuren. 2 x 0,5 x 2,4 1 Gelegen op de begane grond. Voorzien van dubbele deuren. 5 x 4 x 3 20 Wellicht voorzien van computervloer. Centraal in het gebouw gelegen in verband met maximale lengte. SER Patchkasten 3 x 2 x 3 6 Opnemen per verdieping. 3.3 Concept 1: basis (Q/Q = 0,922) Het basisconcept is de traditionele manier van verwarmen en ventileren. Verwarmen gebeurt door HR-ketels en het ventileren door middel van centrale mechanische toevoer en centrale mechanische afvoer. Op het dak of in de technische ruimte wordt de luchtbehandelingskast geplaatst met daarin opgenomen de warmteterugwinning. De HR-ketels worden in de technische ruimte geplaatst. De installatietechnische uitgangspunten zijn opgenomen in tabel hp202nv 3

4 tabel 3.3 Werktuigbouwkundige installatie Verwarmingstoestel [-] HR-107 ketel Warmteafgiftesysteem [-] Vloerverwarming Warm tapwater [-] HR-ketel met cv-boiler Ventilatieconcept [-] Gebalanceerde mechanische ventilatie Ventilatiedebiet m³/h Elektrotechnische installatie Geïnstalleerd vermogen verlichting W/m² 12 Aanwezigheidsdetectie [-] Ja, meer dan 70% b.v.o. In dit concept is geen koeling opgenomen. 3.4 Concept 2: basis + koeling (Q/Q = 0,982) Dit concept is gebaseerd op concept 1, aangevuld met een koelmachine. Door toepassing van een koelmachine is het binnenmilieu behaaglijker. Tevens stijgen zowel de investerings- als de exploitatiekosten. De installatietechnische uitgangspunten zijn opgenomen in tabel 3.4. tabel 3.4 Werktuigbouwkundige installatie Preferent verwarmingstoestel [-] HR-107 ketel Preferente koudeopwekking [-] Compressiekoelmachine Warmte- en koudeafgiftesysteem [-] Vloerverwarming/-koeling Warm tapwater [-] HR-ketel met cv-boiler Ventilatieconcept [-] Gebalanceerde mechanische ventilatie Ventilatiedebiet m³/h Elektrotechnische installatie Geïnstalleerd vermogen verlichting W/m² 12 Aanwezigheidsdetectie [-] Ja, meer dan 70% b.v.o. 3.5 Concept 3: warmtepomp met warmte- en koudeopslag (Q/Q = 0,702) Algemeen Door gebruik te maken van een seizoensmatige opslag van warmte en koude in de bodem,\ kan op een efficiënte, duurzame manier worden voorzien in de warmte- en koudevraag. De toepassing van warmte-/koudeopslag (wko) geeft een forse besparing op het fossiele energieverbruik voor verwarming en koeling, vergeleken bij toepassing van een verwarmingsketel en koelmachine hp202nv

5 De werking van het systeem kan als volgt worden samengevat. s Winters wordt winterkoude opgeslagen in de koude bron. Deze koude bron levert koeling tijdens de zomerdag. s Zomers wordt de warmte die uit de gebouwen wordt weggekoeld, opgeslagen in de warme bron. Deze warmte wordt in de winter gebruikt als warmtebron voor de warmtepomp. De warme en koude bron vormen samen één brondoublet. De meerjarige energiebalans, het saldo van warmte- en koudelevering, dient in evenwicht te zijn om de leveringscapaciteit te waarborgen. figuur 3.1 Schematische voorstelling werking energieopslag Inzet warmtepomp Met het water uit de koude bron kan direct worden gekoeld. De warmte uit de warme bron kan worden gebruikt om gebouwen te verwarmen. Dit laatste is mogelijk door de inzet van een warmtepomp. De laagtemperatuurwarmte uit de warme bron wordt door de warmtepomp opgewaardeerd naar een hoger temperatuurniveau, zodat het geschikt is voor gebouwverwarming. Laagtemperatuurverwarming (ltv) is hierbij een voorwaarde voor de inzet van de warmtepomp. Energiebalans in de bodem Een energieopslagsysteem is in balans wanneer de hoeveelheid (voor koeling) onttrokken koude gelijk is aan de hoeveelheid geladen koude (namelijk door de warme bron geleverde warmte). In scholen is de verwarmingsvraag groter dan de koelvraag. Zodoende zal de bodem netto afkoelen. Deze onbalans is te corrigeren met een droge koeler. Deze regeneratie heeft twee functies. Winterdag: aanvullend laden van koude in de koude bron van de energieopslaginstallatie. Zomerdag: afvoeren van condensorwarmte van de warmtepomp waarmee de pieken in de koudevraag worden geleverd. De condensorwarmte, die wordt afgeblazen naar de buitenlucht, kan geen opwarming van de energieopslaginstallatie veroorzaken. In de onderstaande tabel staan de installatietechnische uitgangspunten. tabel 3.5 Werktuigbouwkundige installatie Preferent verwarmingstoestel [-] Warmtepomp Niet-preferent verwarmingstoestel [-] HR-107 ketel Preferente koudeopwekking [-] Bodemopslag en warmtepomp Warmte- en koudeafgiftesysteem [-] Vloerverwarming/-koeling Warm tapwater [-] HR-ketel met cv-boiler Ventilatieconcept [-] Gebalanceerde mechanische ventilatie Ventilatiedebiet m³/h hp202nv 5

6 Elektrotechnische installatie Geïnstalleerd vermogen verlichting W/m² 12 Aanwezigheidsdetectie [-] Ja, meer dan 70% b.v.o. 3.6 Concept 4: TNO-ventilatieconcept en warmtepomp (Q/Q = 0,814) Het vierde concept is gebaseerd op het door TNO ontwikkelde ventilatieconcept. Verse buitenlucht wordt door middel van toevoerventilatoren in de gevel per leslokaal of vertrek toegevoerd. De verse lucht wordt door middel van overdruk via het plenum boven het verlaagde plafond via perforaties in het plafond, gelijkmatig verdeeld over het lokaal. De retourlucht wordt aansluitend overgestort naar de gangen of afgevoerd naar buiten door middel van op te nemen gevel-/raamroosters. tabel 3.6 Werktuigbouwkundige installatie Preferent verwarmingstoestel [-] Warmtepomp Niet-preferent verwarmingstoestel [-] HR-107 ketel Preferente koudeopwekking [-] Compressiekoelmachine Niet-preferente koudeopwekking [-] Warmtepomp Warmte- en koudeafgiftesysteem [-] Vloerverwarming/-koeling Warm tapwater [-] HR-ketel met cv-boiler Ventilatieconcept [-] TNO-ventilatieconcept. Ventilatiedebiet m³/h Elektrotechnische installatie Geïnstalleerd vermogen verlichting W/m² 12 Aanwezigheidsdetectie [-] Ja, meer dan 70% b.v.o. 4 Concepten beoordeling tabel 4.1 Gedefinieerde pakketten 1 Basis 2 Basis + koeling 3 Warmtepomp + wko 4 TNO-toevoer + warmtepomp Qpres,tot / Qpres,toel Technische installaties Ventilatie Gebalanceerd met wtw Gebalanceerd met wtw Gebalanceerd met wtw Mechanische toevoer per lokaal, centrale mechanische afzuiging Opwekking warmte HR-ketels HR-ketels Warmtepomp met wko Warmtepomp en HR-ketel Opwekking koude - Koelmachine Warmtepomp met wko Koelmachine Afgifte warmte/koude Vloerverwarming Vloerverwarming Vloerverwarming Vloerverwarming Toelichting op de gedefinieerde pakketten Om een eerlijke vergelijking te krijgen tussen de concepten, is concept 2: basis met koeling, als referentie gebruikt. Ten opzichte van concept 2, zorgt de warmtepomp met wko voor een EPC-verlaging van 29% en concept 4 voor een EPC-verlaging van 17%. De warmtepomp met warmte-/koudeopslag beantwoordt aan de gewenste EPC-verlaging van 20% hp202nv

7 4.1 Economisch vergelijk Investering tabel 4.2 Voorontwerpraming investering per pakket Raming investering 1 Basis 2 Basis + koeling 3 Warmtepomp + wko 4 TNO-toevoer + warmtepomp Werktuigbouwkundige installatie Elektrotechnische installatie , , , , , , , ,- Bouwkundige kosten P.M. P.M. P.M. P.M. Meerkosten inducerend plafond P.M. Subtotaal , , , ,- Onvoorzien (15%) , , , ,- Totaal , , , ,- Meerinvestering , ,- Totaal /m² 299,- 337,- 360,- 346,- Toelichting op de voorontwerpraming De bouwkundige kosten zijn niet meegenomen in de raming. De meerinvestering is ten opzichte van concept 2, basis met koeling. De meerkosten voor het inducerend plafond dat noodzakelijk is bij concept 4, zijn niet meegenomen. Belangrijk is om de meerkosten voor het inducerend plafond bij concept 4, helder te hebben om conclusies te verbinden aan tabel 4.2. Concept 3, warmtepomp + wko, vraagt de grootste investering. Dit dient echter integraal met de exploitatie beoordeeld te worden Exploitatie en ETVT De exploitatiekosten zijn gebaseerd op de volgende eenheidsprijzen. tabel 4.3 Eenheidsprijzen energie Concept 1 en 2 Concept 3 en 4 Aardgas /m³ 0,42 0,60 Elektriciteit /kwh 0,09 0,09 De eenheidsprijzen zijn gebaseerd op de jaarlijkse afname. Hoe groter de afnamehoeveelheid, hoe lager de eenheidsprijs. In de onderstaande tabel zijn de exploitatielasten per concept aangegeven hp202nv 7

8 tabel 4.4 Exploitatielasten 1 Basis 2 Basis + koeling 3 Warmtepomp + wko 4 TNO-toevoer met warmtepomp retourlucht Aardgas /jaar , , , ,- Elektriciteit /jaar , , , ,- Onderhoudskosten /jaar 2.600, , , ,- Totale exploitatie /jaar , , , ,- Besparing ten opzichte van basis + koeling /jaar , ,- ETVT Jaar 10 8 Toelichting op de exploitatielasten De terugverdientijd is eenvoudig. Dit wil zeggen dat de stijging van energiekosten, het verdisconteren van de jaarlijkse cashflow, de kapitaalslasten en de eventuele herinvesteringen niet meegenomen zijn. Bij het berekenen van de terugverdientijd van concept 4 is geen rekening gehouden met de meerinvestering voor het inducerend plafond. De exploitatielasten bij concept 3 zijn het laagst. De terugverdientijd is echter hoger dan bij concept 4. De lagere exploitatielasten zijn een blijvend voordeel ten opzichte van concept Duurzaamheid Energiegebruik en CO 2 -emissie In onderstaande figuur is het primaire energieverbruik per concept gevisualiseerd. Primair energieverbruik GJ/jaar verlichting koeling pompen tapwaterverwarming ventilatoren ruimteverwarming Basis 2.Basis + koeling 3.WP + WKO 4.TNO + Wpretourlucht figuur 4.1 Primair energieverbruik hp202nv

9 Gelieerd aan het primaire energieverbruik is de CO 2 -emissie. Deze is in figuur 4.2 weergegeven. CO2 emissie uitstoot ton CO2/jaar Basis 2.Basis + koeling 3.WP + WKO 4.TNO + Wpretourlucht Aardgas Elektriciteit figuur 4.2 CO 2-emissie per concept Toelichting op het primaire energieverbruik Het basisconcept met koeling heeft het hoogste primaire energiegebruik door de conventionele manier van warmte- en koudeopwekking. Ten opzichte van het basisconcept is dit te verklaren door het extra energiegebruik door koeling. De keuze voor concept 3, warmtepomp met wko, geeft de laagste benodigde primaire energie. Overeenkomstig paragraaf 4.1 zijn de exploitatielasten bij dit concept het laagst. Concept 3 is dan ook de duurzaamste keuze. Ing. H. van Prooijen 11712hp202nv 9