Energie-efficiëntie bij gebouwen beleidskader, potentieel en valkuilen. Prof.dr.ir.-arch. Dirk Saelens Afdeling Bouwfysica, KU Leuven Energyville

Transcriptie

1 Energie-efficiëntie bij gebouwen beleidskader, potentieel en valkuilen Prof.dr.ir.-arch. Dirk Saelens Afdeling Bouwfysica, KU Leuven Energyville

2 Inhoud Inleiding Aandeel en belang van gebouwen Energie-efficiëntie Energiebeleid Energiebeleid in Europa Energiebeleid in Vlaanderen Potentieel en valkuilen Capita selecta Besluiten 2

3 Inleiding Aandeel en belang van gebouwen in België TPES (2011) = 59 Mtoe (= 2470 PJ) (bron IEA World Energy Outlook) TPES gebouwen in België: J TRANSPORT: 28 % Transport: weg 22% Transport: lucht 4% Transport: spoor 1% Transport: binnenscheepvaart 1% Industrie 34% INDUSTRIE: 34 % Gebouwen: overige 2% Gebouwen tertiair 10% GEBOUWEN: 38 % Gebouwen: residentieel 26% 3

4 Inleiding Energie-efficiëntie? Energievraag versus energiegebruik Trias Energetica gebruik van efficiënte technologieën gebruik van hernieuwbare bronnen verminderen van de energievraag 4

5 Inleiding Energie-efficiëntie? Verminderen van de energievraag is essentieel! Het vermindert het energiegebruik Het laat toe om hernieuwbare bronnen in te zetten Het laat toe om efficiënte traditionele technologieën in te zetten Het vermindert ook de piekbelasting Energie-efficiëntie speelt in op: Energievraag = hoeveel heeft het gebouw nodig om comfort te kunnen leveren: aandacht voor bouwkundige parameters. Energiegebruik = houdt rekening met het rendement van de installatie die de energievraag van het gebouw levert: aandacht voor installaties. 5

6 Energiebeleid Energiebeleid in de Europese context Ratificatie ( ) van het Kyoto-protocol (tegen vermindering CO2-uitstoot met 7.5 % voor België tov 1990) 6

7 Energiebeleid Energiebeleid in de Europese context Gebouwencontext: Energieprestatieregelgeving EPBD: 2002/91/EU (2002) (Energy performance of buildings directive) Methode om de energieprestaties van gebouwen te berekenen Eisen m.b.t. onderhoud van installaties Eisen m.b.t. comfort (oververhitting en ventilatie) EPB heeft wel degelijk invloed: Tov 2003 is in 2012 het finaal energiegebruik in de residentiele sector in Vlaanderen gedaald met 15,6 % tot 212 PJ 7

8 Energiebeleid Energiebeleid in de Europese context Gebouwencontext: Energieprestatieregelgeving EPBD: 2002/91/EU (2002) (Energy performance of buildings directive) Methode om de energieprestaties van gebouwen te berekenen Eisen m.b.t. onderhoud van installaties Eisen m.b.t. comfort (oververhitting en ventilatie) Recast EPBD (2010/31/EU 2010) Aandacht voor effectieve implementatie + bestaand patrimonium Introductie van kost-optimaal denken bijna-energieneutrale gebouwen (BEN) (nzeb) tegen eind 2020 (2018 voor publieke gebouwen) 8

9 Energiebeleid Energiewetgeving in de Vlaamse context Energiecrisis: meer en meer aandacht voor isolatie. Resulteert in 1992 in K-peil regelgeving (K55 K40) Vertaling van de Europese regelgeving 2002/91/EU (2002) Vlaanderen: EPB sinds : E100, E80 vanaf 2010 (woningen), E70 vanaf 2012, E60 vanaf 2014 Berekening voor woningen: EPW Berekening voor niet-residentiële gebouwen: EPU 9

10 Energiebeleid Energiewetgeving in de Vlaamse context Recast EPBD (2010/31/EU 2010) Vanaf 2014: E60 Eis aan netto-energiebehoefte: 70 kwh/m²a Eisen om hernieuwbare energie te implementeren: 10 kwh/jaar energie per m² bruikbare vloeroppervlakte uit hernieuwbare energiebronnen één van de zes maatregelen toepassen 1. Zonneboiler 2. Warmtepomp 3. Aansluiting op warmtenet 4. PV 5. Biomassa 6. Participatie 10

11 Energiebeleid Energiewetgeving in de Vlaamse context Continue evolutie van de eisen tegen eind 2020: bijna-energieneutrale gebouwen (BEN) (nzeb) (eis: E30 woningen, E40 tertiair) 11

12 Energiebeleid Wat met bestaande gebouwen? Focus bij regelgeving ligt vooral op nieuwbouw Energiegebruik in het bestaand patrimonium is zeer groot De vervanggraad van gebouwen is zeer laag (typisch 1 tot 1.5 % per jaar) 12

13 Energiebeleid Wat met bestaande gebouwen? Eisen opgelegd bij renovatie: Minimale isolatiekwaliteit nieuw te bouwen delen Minimale ventilatievoorzieningen (bij vervanging van ramen) Energieprestatiecertificaat (EPC) EPC verplicht bij verkoop en verhuur van woongebouwen EPC verplicht voor publieke gebouwen Toekomst: Energiebeleidsovereenkomst BEN voorloper 13

14 Potentieel en valkuilen Huidige eisen: moeilijk haalbaar? E-peil Basis = database van 85 werkelijk gebouwde woningen Nieuwe EPB-software 2014 Verschillende technieken-combinaties toegepast op de database >85% van de woningen <E60 of <E30 => eis E-peil voldaan Betaalbaarheid Basis : 1 vrijstaande woning waarvan alle prijzen gekend (zie plannen) Alle gekozen maatregelenpakketten worden hierop toegepast Evaluatie of totale kostprijs (excl. BTW) binnen bouwbudget

15 Potentieel en valkuilen Maatregelenpakketten 2014 (E60) Lezing Agoria Variant 1 Variant 2 Variant 3 Variant 4 Warmte-isolatie: K-peil Benutting thermische massa x x x x Luchtdichtheid V Vloerverwarming x x x x Radiatoren x x x x Opwekkingstoestel Condensatieketel Condensatieketel Condensatieketel Condensatieketel Beperken lengte tapleidingen x x x x Ventilatie A vraaggestuurd (P3) (f DC =0,80) A vraaggestuurd (P3) (f DC =0,80) C vraaggestuurd (P3) (f DC =0,40) D (WTW 79%) (f DC =1,00) Koeling via opengaande ramen x x x x Passieve koeling Zonwering x x x x PV-panelen 1500Wp Zonneboiler 4,78m² 4,78m² 4,78m² Hernieuwbare Energie ja ja ja neen ja neen E-peil 55 ( 60) 54 ( 60) 53 ( 60) 51 ( 60) 49 ( 60) 53 ( 54) 49 ( 60) 54 ( 54) Binnen budget

16 Potentieel en valkuilen Maatregelenpakketten 2014 (E60) Variant 5 Variant 6 Variant 7 Variant 8 Warmte-isolatie: K-peil Benutting thermische massa x x x x Luchtdichtheid V Vloerverwarming x x x x Radiatoren Opwekkingstoestel Pref: WP (l/w) COP=3,7 SPF=4,12 Niet-pref: elekt. weerst. Pref: WP (l/w) COP=3,7 SPF=4,12 Niet-pref: elekt. weerst. x Pref: WP (l/w) COP = 3,7 SPF=3,26 SPF=4,00 Niet-pref: Condensatieketel Pref: WP (l/w) COP=3,7 SPF=4,12 Niet-pref: elektr. Weerst. Beperken lengte tapleidingen x x x x Ventilatie A vraaggestuurd (P3) (f DC =0,80) C vraaggestuurd (P3) (f DC =0,65) C vraaggestuurd (P3) (f DC =0,65) D (WTW 79%) (f DC =1,00) Koeling via opengaande ramen x x x x Passieve koeling Zonwering x x x x PV-panelen Zonneboiler Hernieuwbare Energie ja ja neen ja ja E-peil 43 ( 60) 43 ( 60) 51 ( 54) 45 ( 60) 42 ( 60) Lezing Agoria Binnen budget

17 Potentieel en valkuilen Variant 1 Variant 2 Variant 3 Warmte-isolatie: K-peil Benutting thermische massa x x x Luchtdichtheid V Vloerverwarming x x x Radiatoren Opwekkingstoestel Pref: WP buitenlucht / water COP=3,7 SPF=4,12 Niet-pref: elektrische weerst. WP grond / water COP=4,6 SPF=4,98 x Pref: WP menglucht / water COP = 3,7 SPF=4,0 SPF=3,26 Niet-pref: Condensatieketel Beperken lengte tapleidingen x x x Ventilatie A vraaggestuurd (P3) (f DC =0,80) C vraaggestuurd (P3) (f DC =0,65) C vraaggestuurd (P3) (f DC =0,40) Koeling via opengaande ramen x x x Passieve koeling Maatregelenpakketten 2021 (E30) Zonwering x x x PV-panelen 1800Wp 1500Wp 1800Wp 3500Wp Zonneboiler 4,78m² 4,78m² Hernieuwbare Energie ja ja ja E-peil 26 ( 30) 28 ( 30) 26 ( 30) 27 ( 30) Binnen budget / x Lezing Agoria 17

18 Potentieel en valkuilen Maatregelenpakketten 2021 (E30) Lezing Agoria Variant 4 Variant 5 Variant 6 Warmte-isolatie: K-peil Benutting thermische massa x x x Luchtdichtheid V Vloerverwarming x x Radiatoren Opwekkingstoestel Condensatieketel Condensatieketel Condensatieketel Beperken lengte tapleidingen x x x Ventilatie A vraaggestuurd (P3) (f DC =0,80) C vraaggestuurd (P3) (f DC =0,40) D (WTW 79%) (f DC =1,0) Koeling via opengaande ramen x x x Passieve koeling Zonwering x x x PV-panelen 4500Wp 3500Wp 3800Wp Zonneboiler 7,20m² 4,78m² 4,78m² Hernieuwbare Energie ja ja ja E-peil 26 ( 30) 26 ( 30) 26 ( 30) Binnen budget x 18

19 Potentieel en valkuilen Huidige eisen: moeilijk haalbaar? Huidige regelgeving stelt steeds strengere eisen We kunnen hieraan op economische eisen voldoen door: Goed, maar niet overdreven te isoleren Goede technieken toe te passen Aan te vullen met hernieuwbare bronnen 19

20 Potentieel en valkuilen Is dit nu realistisch? Vergelijking met gemeten verbruiken (BEP 2020) 20

21 Potentieel en valkuilen Is dit nu realistisch? Vergelijking met gemeten verbruiken (BEP 2020) 21

22 Potentieel en valkuilen Is dit nu realistisch? Vergelijking met gemeten verbruiken (BEP 2020) Bepaalde aannames in EPB dienen in vraag gesteld Constante rendementen van de installaties 22

23 Rendement? Simulatie van een vrijstaande woning Gebouw 3 energie-niveaus: K14 (n 50 = 0.6 h -1 ); K24 (n 50 = 2.3 h -1 ); K34 (n 50 = 4.0 h -1 ) 2 bouwwijzen: massiefbouw houtskeletbouw hydronische installatie zonder thermische opslag (boiler) 23

24 Totale efficiëntie 100% Rendement Rendement sterk afhankelijk van isolatiekwaliteit 90% 80% 70% 60% 50% HSB K14 Massief K14 HSB K24 40% 30% 20% 10% rendement elektrische verwarming Massief K24 HSB K34 Massief K34 0% jan feb mrt apr mei jun jul aug sep okt nov dec 24 24

25 Primair energieverbruik (kwh/m²a) Rendement Klein verschil tussen houtskeletbouw en massiefbouw HSB K14 Massief K14 HSB K24 Massief K24 HSB K34 Massief K44 25

26 Potentieel en valkuilen Is dit nu realistisch? Vergelijking met gemeten verbruiken (BEP 2020) Bepaalde aannames in EPB dienen in vraag gesteld Constante rendementen van de installaties Interactie met andere gebouwen 26

27 Beschrijving technieken Stel we gaan volop voor nulenergiegebouwen Lage energievraag Verwarming en sanitair warm water Koeling niet nodig Integratie hernieuwbare energie Q actueel nzeb 27

28 Nulenergiegebouwen Stel we gaan volop voor nulenergiegebouwen Logische keuze: combinatie van warmtepomp en BIPV Toch enkele problemen, ~6 kwe ~2.2 kwe ~2.8 kwe ~7.2 kwe ~2.4 kwe ~4.2 kwe ~4.2 kwe ~3.2 kwe 32.2 kwe 28

29 Ontwikkelen van simulatie-omgeving simulatie van elektrisch energieverbruik: klimatisatie met warmtepomp stochastisch gebruik van elektrische apparaten jaarlijkse opbrengst BIPV is gelijk aan totaal jaarlijks verbruik Nulenergiegebouwen R. Baetens, R. De Coninck, J. Van Roy, B. Verbruggen, J. Driesen, L. Helsen, D. Saelens, Assessing electrical bottlenecks at feeder level for residential net zero-energy buildings by integrated system simulation, Applied Energy, Volume 96, August 2012, Pages 74-83, ISSN , /j.apenergy

30 IDEAS Nulenergiegebouwen Integrated District Energy Assessment by Simulation R. Baetens, R. De Coninck, J. Van Roy, B. Verbruggen, J. Driesen, L. Helsen, D. Saelens, Assessing electrical bottlenecks at feeder level for residential net zero-energy buildings by integrated system simulation, Applied Energy, Volume 96, August 2012, Pages 74-83, ISSN , /j.apenergy

31 Nulenergiegebouwen Zonneparadox: verschil tussen vraag en aanbod Reynders, G., Nuytten, T., Saelens, D. (2013). Potential of structural thermal mass for demand-side management in dwellings. Building and Environment. 31

32 Nulenergiegebouwen Zonneparadox: verschil tussen vraag en aanbod Virtuele opslag in het net OPERATIEVE TEMPERATUUR ( C) NETTO VERMOGENUITWISSELING (KW) BOILER TEMPERATUUR ( C) SPANNING IN DE FEEDER (V) Baetens, R., Saelens, D. (2013). Multi-criteria grid impact evaluation of heat pump and photovoltaic based zero-energy dwellings. Proceedings of Building Simulation International Conference of the International Buildings Performance Simulation Association. Chambéry, France, August

33 Nulenergiegebouwen Effectieve nzeb-graad uitgezet ten op zichte van de ontworpen nzeb-graad op gebouwniveau (grijs) en geaggregeerd wijkniveau (zwart). R. Baetens, R. De Coninck, J. Van Roy, B. Verbruggen, J. Driesen, L. Helsen, D. Saelens, Assessing electrical bottlenecks at feeder level for residential net zero-energy buildings by integrated system simulation, Applied Energy, Volume 96, August 2012, Pages 74-83, ISSN , /j.apenergy

34 Oplossing: slimme netten Slimme netten Intelligent Energy Efficient Buildings & Cities Hoe te integreren in de huidige wetgeving die op individuele gebouwen focust? 34

35 Besluiten Energie efficiëntie blijft belangrijk! Huidige regelgeving stelt steeds strengere eisen We kunnen hieraan voldoen maar dienen voldoende aandacht te hebben voor: Bestaande patrimonium en niet alleen nieuwbouw Realiteit versus berekening: oppassen met resultaten die uit EPB en andere vereenvoudigde berekeningen komen Geïntegreerde aanpak is belangrijk! Gebouwen zijn niet langer individueel te beoordelen Slimme energienetten bieden een deel van de oplossing 35

36 Afdeling Bouwfysica, KU Leuven Kasteelpark Arenberg 40, bus 2447, 3001 Leuven (Heverlee) Energyville Dennenstraat 7, 3600 Genk