Toekomstbestendige installatieconcepten voor de woningmarkt. Hans van Wolferen 10 mei Ede

Transcriptie

1 Toekomstbestendige installatieconcepten voor de woningmarkt Hans van Wolferen 10 mei Ede

2 Van Wolferen Research Ervaring Verwarming, warmtapwater, koeling Rapporteur EPG en EMG (NEN 7120 / 7125) Betrokken bij CEN normen EPBD Opstellen GWV voor warmtenetten en WKO/WP-systemen Product- en systeemontwikkeling Legionellapreventie

3 Onderwerpen Het kader voor het ontwerp Doelstellingen en instrumenten vd overheid Bronnen van Duurzame Energie Overige eisen (comfort, geluid, luchtkwaliteit) Het ontwerp Bouwkundige basis: warmte, koude, ventilatie, tapwater Verschillende klimaatsystemen

4

5 Doelstellingen overheid Energieagenda Vrijwel CO2-neutrale economie in Nederland in Het aardgas verdwijnt uit de Nederlandse huishoudens. Geen nieuwe gasinfrastructuur en de aansluitplicht wordt geschrapt. Verwarming door warmtenetten gevoed door restwarmte uit industrie, afvalverbranding en warm water uit geothermie. Koken elektrisch. Ook het vervoer gaat naar elektriciteit en waterstof. Vanaf 2035 geen fossiele auto s te koop.

6 Overheid en woningmarkt Doelstellingen Nieuwbouw BENG 2019 / 2021 Gasloos? Instrumenten Bouwbesluit / Omgevingsvergunning EPC BENG (nieuwbouw) EPG Nieuwe methode Energielabel (bestaande bouw), WWS Subsidieregelingen

7 Bouwbesluit, EPG en EPC Bouwbesluit* vereist gebruik EPG om Energieprestatie-coëfficiënt EPC te berekenen Twee normen NEN 7210 EPG:2011 A-blad:2017 NEN 8088 Ventilatienorm

8 Aanscherping EPC Bouwbesluit geeft maximum EPC voor U-bouw per functie EPC eis Woningen 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0 Utiliteit 50% energiezuiniger in 2017

9 Nieuwe EP Methode Opdracht van BZK NEN als programmamanager Geen norm maar NTA 8800 Geen commentaarronde Programmaraad projectgroep - taakgroepen Uiterlijk medio 2018 (90%-versie) operationeel voor het overgrote deel van de nieuwbouw. Vanaf 2021 wettelijk van kracht.

10 Nieuwe EP Methode (2) Splitsen beleid fysica Verschillende nauwkeurigheidsniveaus (inklapbaarheid) Werkelijke energiegebruik van een gebouw op individueel niveau Energielabel - verbetermogelijkheden

11 Nieuwe EP Methode (3) Opties voor de inhoud Huidige EPG methoden of CEN normen (EPBD) verre van compleet niet eenvoudig bruikbaar Verwachting CEN: overarching standard / gebouwmodel EPG: Installaties Maand of uur basis

12 EPC bepaling E PTot - Karakteristiek Energiegebruik Gebouw EPC = E P;adm;tot;nb Toelaatbaar energiegebruik (functie van A g, A ls ) Karakteristiek Energiegebruik in MJ (primair) Bouwbesluit stelt maximum EPC-eis, per gebouwtype Overige indexen ook op basis Karakteristiek Energiegebruik

13 EPC bepaling Karakteristiek Energiegebruik Gebouw, o.a: Verwarming (H) + hulpenergie (aux) Warmtapwater (W) + hulpenergie (aux) Ventilatoren (V) Verlichting (L) Koeling (zomercomfort) (C/SC) Zomercomfort als geen koelinstallatie aanwezig is Bevochtiging (hum) Ontvochtiging (dhum) (is geheel opgenomen in koelbehoefte) Opwekking elektriciteit (el)

14 Nieuw in EPG en EMG EPG (NEN 7120) Methode COP bepaling voor B/W en W/W WP Methode COP Booster WP Lagere waardering DWTW All electric: EPC van 0,4 naar 0,33 Waardering biobrandstof Lagere e-factor elektriciteit: 2,14 ipv 2,56 EMG (NEN 7125) DE en Groen Gas als gebiedsmaatregel binnen 10 km? Biogasnetten

15 Van EPC naar BENG Handreiking BENG (RVO-site) BENG 1 - eisen aan warmte + koudevraag BENG 2 - eisen aan primair energiegebruik voor gebouwgebonden gebruik (teller vd EPC) BENG 3 - eisen aan aandeel duurzame energie Eis voor BENG 1/2 25 kwh/m 2 Eis voor BENG 3 50% Voorlopig alles berekend volgens EPG

16 Van EPC naar BENG (2) BENG 1 Warmtevraag Verwarming (H) Koudevraag Koeling (zomercomfort) (C/SC) Alleen utiliteit: Verlichting (L)

17 Van EPC naar BENG (3) BENG 2 - primair energiegebruik Verwarming (H) + hulpenergie (aux) Koeling (zomercomfort) (C/SC) Ventilatoren (V) Warmtapwater (W) + hulpenergie (aux) PV - Opwekking elektriciteit (el) Alleen utiliteit: Verlichting (L) Bevochtiging (hum) Ontvochtiging (dhum)? (is geheel opgenomen in koelbehoefte)

18 Van EPC naar BENG (4) BENG 3 - aandeel duurzame energie Bruto hernieuwbare energie Primaire energie + Bruto hernieuwbare energie Bruto hernieuwbare energie PV en wind - opbrengst WP opbrengst minus energiegebruik Zonneboiler opbrengst Biomassa ketel / WKK opbrengst

19 Ontwikkeling van de verschillende bronnen van Duurzame Energie gas, warmte, elektriciteit

20

21

22 NL - All Electric (1) Situatie en trends Nu ca. 10 % DE Vooral wind en biomassa (centrales) Vergt nog veel subsidie Grote toename Wind PV in woningen/gebouwen

23 NL - All Electric (2) Knelpunten Grote onbalans vraag aanbod Vraagaanpassing is onvoldoende Accu s voor dag/nacht balans Seizoenopslag Stuwmeren te weinig Chemisch (H2, ammoniak) Rendementsverlies Lagere prijs opwekker

24 NL - All Electric (3) Gevolgen voor woningen Nu saldering lagere vergoeding voor teruglevering? Vraagaanpassing in woning? Accu s voor maximalisering eigen opbrengst?

25 Biomassa Beschikbaarheid biobrandstof Potentieel NL / EU / wereld? Concurrentie met voeding Aanslag op milieu Vaste biobrandstof (hout, snippers, pellets) Vloeibaar/gasvormig olie (palm, koolzaad, ) Vergisting vaste biobrandstof

26 Duurzaam gas Vloeibaar/gasvormig olie (palm, koolzaad, ) Vergisting vaste biobrandstof Overschot zon- en wind-energie elektro-chemisch omgezet en opgeslagen (H2, ammoniak)

27 Duurzame warmte Geothermie Distributie via warmtenetten Zeer hoge COP > 20

28 Overige eisen comfort, geluid, luchtkwaliteit

29 Comfort Comfort- of operatieve temperatuur Gemiddelde van straling- en luchttemperatuur Gevoelig voor luchtsnelheid Stabiel (regelgedrag) Gelijkmatige verdeeld Stralings(temperatuur) asymmetrie Optimale gradient: warme voeten, koel hoofd

30 Geluid eisen en wensen Binnenshuis Algemeen < 30 db In slaapkamers is dat voor sommigen te veel Aandachtspunten: Ventilatoren, pompen, compressor WP Buitenshuis < 30 db Buitenunit L/W warmtepomp

31 Luchtkwaliteit Voldoende ventilatie CO2-sturing Sturing op aanwezigheid Juiste criterium voor goede luchtkwaliteit? Geur

32 Ontwerp warmte, koude, ventilatie, tapwater

33 Isolatie Eisen bouwbesluit en haalbare hogere waarden voor R c -waarde [m 2 K/W] Vloer 3,5 / 5,0 Gevel 4,5 / 5,0 Dak 6,0 / 8,0 U-waarde ramen [W/m 2 K] Ramen 1,65 / 1,00

34 Keuze ventilatiesysteem C. Mechanische ventilatie natuurlijke toevoer met regelbare roosters en ventilator D. Gebalanceerde ventilatie WTW met by-pass Regeling naar behoefte (aanwezigheid, CO2) Regeling als geheel of per vertrek Ook voor nachtventilatie voor koeling? Voldoende spuiventilatie per vertrek

35 Keuze ventilatiesysteem (2) Effect op setpoint kamertemperatuur 1 K lager bij systeem D Geen waardering in EPG Natuurlijke toevoer Mechanische ventilatie Gebalanceerde ventilatie Kamer Kamer

36 Zonwering / koeling Zonder passieve koeling (bodemsysteem) Vaste zonwering (overstek) Nachtventilatie Zonwerend glas (hogere warmtevraag!) Met passieve koeling Nuttige warmte voor bodembalans Geen zonwerend glas

37 Warm tapwater Tapvraag ligt vast in de norm Extra verlies door lengte uittapleidingen Vraagreductie door DWTW of

38 Warm tapwater (2) Vraagreductie door recirculatiedouche Vooralsnog voor topsegment

39 Verschillende klimaatsystemen Eengezinswoningen

40 Referentie tussenwoning 110 m2 Referentiegebouwen BENG RVO site

41 Referentie tussenwoning dichte delen Rc vloer/gevel/dak 3,5/4,5/6,0 m2.k/w open delen ramen Utotaal 1,0 W/m2.K, voordeur 1,4 W/m2.K, dakraam 1,65 W/m2.K infiltratie qv10;spec 0,40 dm3/sm2 verwarming HR-ketel tapwater DWTW, HR combiketel koeling geen ventilatie balansventilatie met HR-wtw (D2b2) PV Wp, circa 17,5 m2

42 Aardgas Gas is uit de gratie hier als referentie Combi-ketel: Rendement verwarming 95 / 97,5 %; Rendement tapwater 80% of hoger Collectieve ketel(s): Rendement verwarming 90 / 92,5 %; Rendement tapwater - verliezen in circulatiesysteem

43 DE (PV, Wind) PV Op het eigen dak Beperkt potentieel voor gestapelde bouw Wind Waardering via EMG Langdurige contractuele verbinding vereist 10 km grens?

44 EPC met gasketel en DWTW Woning 2004 PV Wp, circa 17,5 m2

45 Warmtenetten (1) Waardering via EMG Equivalent OpwekkingsRendement (EOR) omvat alle energiegebruik en verlies Distributie Warmteverliezen Warmte- / koudeopwekking Rendement per opwekker Aandeel in de warmte- / koudelevering per opwekker Hulpenergie distributie en opwekking

46 Warmtenetten (2) Traditionele warmtebronnen: Aftapwarmte van E-centrale Aftap-/restwarmte van AVI Nauwelijks restwarmte industrie Bijstook gasketels EOR tussen 125 en 300% Tapwaterproductie met afleverset (rendement 75 / 85%)

47 Warmtenetten (3) Knelpunten lagere EOR: Lagere inzet E-centrales Meer bijstook Lager referentie E-rendement (50%) Lagere waardering centrales met derving Lage warmtelevering per woning in nieuwbouw Relatief grote distributieverliezen

48 Rendement Warmtenetten (4) Equivalent opwekkingsrendement warmtenet 3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 Energiefractie STEG Fossiel AVI

49 Warmtenetten (5) Nieuwe warmtebronnen: Geothermie Hoge temperatuur mogelijk - afhankelijk bron Diepe uitkoeling gewenst Biobrandstofketels Bij grote inzet wordt warmte verspild (netverlies!) WKO / WP LT net gewenst (< 50 gr.c) Tapwater?

50 Warmtenetten (6) Toekomst warmtenetten: Continuïteit AVI s (ca. 10) Afname aftapwarmte E-centrales Vervanging door geothermie? Biobrandstofketels als bijstook Restwarmte industrie op welk temperatuurniveau? Kleine, lokale netten met WKO?

51 Warmtenetten (7)

52 EPC met warmtenet PV Wp, circa 17,5 m2

53 Warmtepompen en WKO (1) Eengezinswoningen / laagbouw LT afgiftesysteem (35 C) B/W combi warmtepomp L/W combi warmtepomp lagere COP Bodem (warmtewisselaars) als bron van warmte en koude Bodembalans!

54 Warmtepompen en WKO (2) Voor LT-verwarming is een hoge COP mogelijk (5 à 6 primair rendement %) Voor HT-verwarming en warmtapwater lijkt een COP van 2,5 à 3 de bovengrens (primair rendement %) Hoog rendement koudeopwekking (COP > 10) Bodem (warmtewisselaars) of open bronnen als bron van warmte en koude Bron moet in balans zijn Monitoring aanbevolen

55 EPC met warmtepompen PV Wp, circa 17,5 m2

56 Biobrandstoffen (1)

57 Biobrandstoffen (2) Moderne techniek voor een goed rendement en lage emissies van NO x, CO, C x H y Maar slechtere prestaties dan gasketels De toestellen zijn groter en vereisen ruimte voor de opslag van de pellets Waardering in de EPG-EMG - e-factor: 0,0 ketel onder activiteitenbesluit 0,5 ketel voldoet aan eisen emissie / rendement 1,0 overige ketels

58 Biobrandstoffen (3) Biogas en groen gas via het gasnet Zelfde rendement en emissies als gewone gasketels Benutting bestaande energiestructuur Waardering via EMG Langdurige contractuele verbinding vereist 10 km grens?

59 EPC met biobrandstof

60 Directe elektrische verwarming Elektrische convectoren Elektrische vloerverwarming Stralingspanelen (IR)

61 Directe elektrische verwarming (2) Opwekkingsrendement: 100% Claim: lagere warmtevraag Meer dynamiek Lagere luchttemperatuur hogere stralingstemperatuur waardoor dezelfde comforttemperatuur optreedt Minder verwarming in niet gebruikte ruimten

62 Directe elektrische verwarming (3) Claim: lagere warmtevraag -overwegingen Meer dynamiek Levert wellicht een iets lagere gemiddelde temperatuur op Lagere luchttemperatuur hogere stralingstemperatuur waardoor dezelfde comforttemperatuur optreedt Effect kan verschillend uitpakken Minder verwarming in niet gebruikte ruimten Zoals 1 e punt sterk afhankelijk van bewonersgedrag

63 Directe elektrische verwarming (4) Comfort vloerverwarming vs stralingspanelen Gelijkmatige verdeeld Stralings(temperatuur) asymmetrie Optimale gradient: warme voeten, koel hoofd

64 Directe elektrische verwarming (5) En het tapwater? Elektroboiler (2-4 kw el vermogen) Doorstroomheater (24 kw el vermogen) Vergt zware woningaansluiting Warmtepompboiler (dan geen WTW)

65 EPC met elektrische verwarming PV Wp, circa 17,5 m2

66 Directe elektrische verwarming (6) Wellicht interessant in weinig gebruikte ruimten waar snel een goed comfort gewenst Badkamer is reeds mogelijk binnen de EPG maakt aanleg drinkwater veel eenvoudiger (opwarming / legionellapreventie) Studeerkamer Let op de bediening: handmatig aan/ automatisch uit

67 Toepasbaar in bestaande bouw Regelbare mechanische ventilatie DWTW bij juiste / voldoende plaats HR ketel L/W WP (bivalent met ketel) één labelstap t.o.v. HR ketel Warmtepompboiler op ventilatielucht (indien een systeem C aanwezig is) Pelletketel (past op zolder?) Warmtenet (vergt aanpassing leidingloop)

68 Niet toepasbaar in bestaand WTW vergt nieuw luchtkanaaal B/W WP vergt o.a. bodemwarmtewisselaars Direct elektrische verwarming onvoldoende aansluitvermogen

69 Verschillende klimaatsystemen Gestapelde bouw

70 Toepasbaar in gestapelde bouw Vraagbeperking WTW vergt ruimte voor toe- en afvoerkanalen DWTW horizontaal laag rendement verticaal niet eenvoudig

71 Toepasbaar in gestapelde bouw (2) Individuele opwekkers HR ketel - vergt ruimte voor toe- en afvoerkanalen L/W WP veel buitenunits W/W WP met collectief bronsysteem en koude leidingen in schachten tevens koeling

72 Toepasbaar in gestapelde bouw (3) Collectieve opwekkers voor verwarming en afleverset of circulatiesysteem voor warm tapwater: HR ketels Pelletketels Warmtenet Warmtepompsystemen

73 Warmtepompsystemen WKO Collectieve WP met LT verwarming Hoog rendement koudeopwekking (COP > 10) Open bronnen als bron van warmte en koude Bron in balans vergt aandacht

74 Warmtepompsystemen (2) COP_H = 4,5 COP_W = 2

75 Warmtepompsystemen (3) COP_H = 4,5 COP_W = 2,5 Variant: L/W WP voor warm tapwater Mitsubish Q-Ton

76 Warmtepompsystemen (4) COP_H = 4,5 COP_W = 2,2 Varianten in aansluiting BoosterWP WP stroomrichting: omhoog voor verwarmen omlaag voor koelen optie bijstook ketel 6-9 C C Omschakelen verwarmen/koelen 40 C verwarming LT 30 C 9 C koeling (optie) 17 C intern koudwaternet warmtewisselaars stroming in wisselende richtingen voor warme/koude bron B WP aquifer bron systeem warm tapwater koud tapwater warmte/koude-afgifte aquifer bron

77 De toekomst (1) Energiesystemen voor woningen Uitgangspunt nieuwbouw (en totale renovatie): Goede isolatie, kierdichtheid, zonwering Warmteterugwinning waar mogelijk: WTW en DWTW Hiermee wordt voldaan aan BENG 1

78 Overwegingen: De toekomst (2) Energiesystemen voor woningen Besparingsparadox: Als de warmtevraag voor verwarming (en tapwater) heel laag wordt, dan wordt het rendement van de opwekker minder belangrijk. Waarom zou je dan een warmtepomp kopen als een ketel plus PV hetzelfde kosten en meer opleveren? Dezelfde overweging kan gelden voor directe verwarmers Elektrische warmtepompen (of elektrische heaters / IR) vergen een hoog vermogen en een zwaarder elektrisch net (2500 Euro extra per woning) Gasnet levert een hoog vermogen en is relatief goedkoop (< 1000 Euro per woning)

79 Nieuwbouw De toekomst (3) Energiesystemen voor woningen Warmtepompen en warmtenetten (met een EOR van 200% of meer) leveren een hoog rendement en laag energiegebruik. Hiermee kan aan BENG 2 en 3 worden voldaan. Warmtepompen met bodemsystemen leveren tevens koeling. Directe elektrische verwarming en biomassa lijken voor nieuwbouw minder voor de hand liggend.

80 De toekomst (4) Energiesystemen voor woningen Bestaande bouw Gasketels voorlopig niet weg te denken Warmtenetten Nieuwe opties Regelbare mechanische ventilatie DWTW bij juiste / voldoende plaats Biobrandstof ketels L-W WP met ketel (hybride systeem) L-W WP voor warm tapwater bij circulatiesystemen

81 Toekomstbestendige installatieconcepten voor de woningmarkt Dank voor uw aandacht