Grootschalige proeftuinen

Transcriptie

1 Grootschalige proeftuinen Aardgasvrij wijken Tussenvaluatierapport Fase 1 Pilot proefwoning Ir. A.F.A. Verhaaren 1

2 Inhoudsopgave 1.0 Inleiding Systeembeschrijving Energiesysteem Technisch concept Engineering, inkoop en installatie Beheer en onderhoud Praktische uitwerking all-electric concept Realisatie - Pilot Briellestraat fase 1 Proof of concept 2.1 Voorbereiding Installatie Functioneren Online monitoring All-electric versus gas Leereffect Opschaling naar wijk- en stedelijk niveau Inleiding Nieuwbouw Gestapelde bouw Jonge (Vinex) wijken Oude wijken Binnensteden

3 1.0 Inleiding De gemeente Lansingerland is in samenwerking met de Provincie Zuid - Holland, de netbeheerder Stedin en private partijen met Helena Sustainable Innovations B.V als initiatiefnemer ruim een jaar bezig met concrete plannen om o.a. de Havenbuurt in Berkel en Rodenrijs aardgas vrij te maken. De gemeente Lansingerland en de Provincie Zuid-Holland (PZH) hebben in dat kader hun medewerking verleend om als proef een bestaande tussenwoning in de Havenbuurt, aan de Briellestraat 46 te Berkel en Rodenrijs van het gas los naar all-electric bijna nul op de meter te brengen. Uniek in dit all-electric concept is dat eerst een energieopslag infrastructuur wordt aangelegd, zodat vervolgens een woning relatief eenvoudig van het gas los naar all-electric bijna nul op de meter gebracht kan worden. Daartoe wordt de woning aangesloten op een verticale bodemwarmtewisselaar (VBWW) vanaf/onder de openbaar terrein. Voor dit doel is een tussen-rapportagerapport gemaakt, waarin het all-electric concept gedurende de periode 15 oktober mei 2018 uitvoerig is getest. Voor een goed begrip van het all-electric concept met bodemopslag zijn in hoofdstuk 2 schematisch het energiesysteem en de deel/subsystemen van een gebouw beschreven. In hoofdstuk 3 wordt op de realisatie en de leereffecten ingegaan. Vervolgens wordt in hoofdstuk 3 uitvoerig het functioneren van het systeem behandeld. Tenslotte wordt in Hoofstuk 4 een doorkijk gegeven naar opschaling op wijk en stedelijk niveau. 3

4 2.0 Systeembeschrijving 2.1 Energiesysteem Voor een goed begrip van het all-electric concept met bodemopslag is hieronder schematisch het energiesysteem en de deel/subsystemen van een gebouw weergegeven. In rood zijn de systemen op basis van fossiele brandstoffen aangegeven. Deze fossiele brandstoffen hebben een constante aanvoer, werken bij hoge temperaturen en laten zich eenvoudig transporteren en opslaan. In zwart zijn de systemen op basis van hernieuwbare energiebronnen, zoals bijvoorbeeld zon- en windenergie. Deze energiebronnen hebben een wisselend aanbod, werken het meest efficiënt bij lage temperaturen en laten zich moeilijk transporteren (warmte) en opslaan Het energiesysteem van een gebouw bestaat uit 3 deelsystemen, de bouwschil incl. warmteterugwinning (groen omrande kaders), de energie-installatie (oranje) en de huishoudelijk apparatuur (blauw). 4

5 De energie-installatie bestaat uit 5 subsystemen: energieopwekking, omzetting, opslag, afgifte en verdeling/regeling. Bij een energie-efficiënte installatie zijn deze systemen optimaal op elkaar afgestemd. Het is dus niet effectief om zwaar in één subsysteem te investeren als dat niet goed is afgestemd op de andere subsystemen. Warmtepompen werken bijvoorbeeld het meest efficiënt bij een hoge bron temperatuur, en lage warmteafgifte temperatuur. Een warmtepomp werkt dus niet optimaal bij een lage brontemperatuur (zoals bij gebruik van koude buitenlucht als bron) en bij hoge temperatuur verwarming (HTV) radiatoren, die geschikt zijn voor aardgas verwarming. 5

6 2.2 Technisch concept Waarom zou je de energie van ver halen, als je de energie op je dak kan opwekken, voor je voordeur kan opslaan en op elk gewenst moment die energie kan omzetten voor eigen gebruik? Dit zijn de drie belangrijkste elementen van het all-electric concept met eigen energieopwekking en opslag van warmte in de bodem en elektriciteit in de EV-auto. Daarbij wordt warmtekoudeopslag als nutsvoorziening aangeboden, waarbij de woning vanaf de openbaar terrein wordt aangesloten op een verticale bodemwarmtewisselaar (VBWW). Zo n VBWW is een gesloten bodemlus die direct naast de andere nutsvoorzieningen ca. 90 diep verticaal in de bodem wordt gebracht. Het all-electric concept met bodemopslag bestaat uit de volgende subsystemen: 1. Isolatie van de bouwschil en/of warmteterugwinning (WTWW) tot minimaal label B/A niveau 2. Opwekking PVT-panelen op dak zuid-, west- of oostzijde 3. Opslag Warmteopslag via verticale bodem warmte wisselaar (VBWW) of bodemlus in bodem 4. Omzetting Compacte water-water warmtepomp met boiler 5. Afgifte Lage temperatuur verwarming in woonkamer en eventueel in slaapkamers 6. Regeling: Warmtepomp regeling in combinatie met solar regeling, al dan niet geïntegreerd in warmtepompregeling 7. Electrische koken Inductiekookplaat De energie-efficiëntie van een water-water warmtepomp systeem in combinatie met PVT-panelen en warmteopslag is vanwege de constante temperatuur van de bronaanvoer vrijwel onafhankelijk van de buitentemperatuur. Dit in tegenstelling tot lucht-water warmtepompsystemen die juist bij lage buitentemperaturen, als de warmtebehoefte het grootst is, minder efficiënt presteren. Dit all-electric concept stelt door zijn hoge energie-efficiëntie daarom lagere eisen aan de isolatiewaarde van de bouwschil. Dit systeem is daarom uitstekend geschikt om bestaande woningen van het gas los naar bijna nul op de meter te brengen. 6

7 De bouwschil voor de relatief nieuwe woningen na 2000 is ruim voldoende geïsoleerd voor de transitie naar all-electric bijna nul op de meter, ook al voldoet de bouwschil niet aan de komende nieuwe Bijna Energie Neutraal Gebouw norm (BENG 1) norm. Bij het all-electric concept met bodemopslag wordt dit immers ruimschoots gecompenseerd door een veel efficiëntere energieinstallatie dan de nieuwe BENG 2/3 normen voorschrijven. De combinatie van een energiedak met PVT-panelen, opslag in de bodem en warmtepomp brengt het primair fossiel energiegebruik (BENG 2) naar nul en het aandeel hernieuwbare energie 3) naar meer dan 100 %. Vooral de opwekking van elektrische en thermische energie met PVT-panelen is hierbij een belangrijke factor. Hierdoor is het mogelijk om het totale energieverbruik inclusief huishoudelijk apparatuur naar bijna nul op de meter (NOM) te brengen 2.3 Engineering, inkoop en installatie Voor engineering, inkoop en installatie wordt op basis van het hierboven beschreven all-electric concept uitgegaan van een oplossing op maat voor een bepaald type woning. Dit heeft als voordeel dat enerzijds voor het specifieke type woning een optimale oplossing op maat kan worden gevonden voor bijvoorbeeld de locatie van de apparatuur, de route van het leidingwerk en de doorvoeringen in de woning en anderzijds schaalvoordelen kunnen worden behaald door een uniforme uitrol over een groot aantal woningen van dat type. Voor Briellestraat pilot fase 2 proef huizenblok is hier bijvoorbeeld al bij de Briellestraat fase 1 mee rekening gehouden. 2.4 Beheer en onderhoud De energieprestatie, warmtepompregeling, solar-regeling en energieverbruik en energieproductie worden online gemonitord. Daarmee kan een goed inzicht worden verkregen in het functioneren en de energieprestatie van het systeem. Als de warmtepomp een storing geeft wordt automatisch een bericht aan de beheerder van het systeem doorgestuurd. De solar regeling of de warmtepompregeling registreert de aanvoer en retour temperatuur van de energieopslag. Daarmee kan nagegaan worden of de energieopslag in balans is. De bodemlus wordt door het Klic Kadaster als een netwerk beschouwd. De eigenaar/netbeheerder van de bodemlus kan daarbij gebruik maken van een gecertificeerde Service Provider. Eigenaar/beheerder kan een zogenaamde Energie Service company (ESCO) zijn eventueel een andere rechtspersoon. De bewoners/eigenaren betalen voor onderhoud en beheer aan de netbeheerder van de VBWW een vergoeding, die vergelijkbaar is met de vastrechtvergoeding voor een gasaansluiting. Bewoners/ eigenaren worden voor onderhoud en beheer van de bodemlus dus geheel ontzorgd. 2.5 Praktische uitwerking all-electric concept In dit hoofdstuk is dit all-electric technisch concept beschreven aan de hand van een typische goed geïsoleerde tussenwoning, bouwjaar 2015, aan de Briellestraat in de Havenbuurt te Berkel en Rodenrijs, gemeente Lansingerland. Dit technisch concept is ook geschikt voor minder geïsoleerde woningen. In dat geval zal de bouwschil tot minimaal label B/A niveau geïsoleerd moeten worden en zal de capaciteit van de energie-installatie groter zijn. 7

8 Bouwschil De woningen aan de Briellestraat zijn goed geïsoleerd. De glazen pui aan de noordzijde van de woonkamer is de belangrijkste bron voor warmteverlies en koudestraling. Met isolerende raamdecoratie en/of dikke gordijnen is het warmteverlies en het wooncomfort nog te verbeteren. Voor de transitie van gas nar all-electric bijna nul de meter zijn daarom geen extra maatregelen genomen om het energieverbruik c.q. het warmteverlies verder te beperken. Energieopwekking De 7 PVT-panelen en 6 PV panelen van Briellestraat fase 1 wekken elektrische en thermische energie op. Zo n PVT-paneel is een PV-zonnepaneel met daarachter een plaatwarmtewisselaar, waar water doorheen stroomt dat het zonnepaneel koelt. De niet-geïsoleerde PVT-panelen kunnen niet alleen warmte uit de zonnestraling maar eventueel ook warmte uit de buitenlucht halen. In het all-electric concept met bodemopslag wordt koud water van de warmtepomp naar de PVT-panelen gevoerd. Bij het ontwerp is speciale aandacht gegeven aan de connecties op het dak, dat moeilijk toegankelijk is. Elk paneel is afzonderlijk aangesloten op een verdeler in de woning. Daardoor is het aantal connecties op het dak tot een minimum beperkt en kan in geval van een lekkage het paneel geïdentificeerd en afgesloten worden. Huizenblok Briellestraat te Berkel Rodenrijs (13 woningen) PVT- en PV panelen op het dak 8

9 Energieopslag Het relatief warme water van de PVT-panelen warmt afhankelijk van de benodigde capaciteit via een verticale bodemlus van ca. 90m diep vervolgens de bodem op. De bodemlus is onder het openbaar plantsoen voor de woning aangebracht en aangesloten op de PVT-panelen en de warmtepomp op zolder. Aan het eind van de zomer heeft het relatieve warme water van de PVT-panelen de omliggende grond met een diameter van ca. 5 m gemiddeld ongeveer 3 C opgewarmd. In de winter worden op koude dagen de PVT-panelen met een driewegklep gebypassed en haalt de warmtepomp zijn warmte via de bodemlus direct uit de grond. Zie ook het processchema hiernaast. De warmtepomp stuurt dan water van ca. 4 C door de bodemlus. Dat water wordt dan door de relatief warme bodem van ca. 4 C opgewarmd naar ca. 8 C. Vervolgens koelt de warmtepomp dit water weer naar ca. 4 C, waarna de cyclus opnieuw begint. Aan het eind van de winter is de bodem weer in balans en is er net zoveel warmte aan de bodem onttrokken als er aan is toegevoegd. Energieomzetting De DC/AC omvormer zet de gelijkstroom (DC) elektriciteit van de PV(T) panelen om in wisselspanning voor eigen gebruik in de woning of levering aan het openbaar net. Doordat de PVT-panelen in de zomer gekoeld worden, is de elektrische opbrengst van de PVT-panelen ca. 3 5 % hoger dan die van de PV- panelen. De PVT- en PV-panelen zijn daarom voorzien van optimisers, die de opbrengst per paneel optimaliseren. De lagere opbrengst van de PV-panelen beïnvloedt dan niet nadelig de hogere opbrengst van de PVT panelen. De schaduw van de twee ventilatiepijpen beïnvloedt in dit geval slechts één zonnepaneel De warmtepomp zet de laagwaardige warmte van de energieopslag met een relatief lage temperatuur van ca. 8 C om in bruikbare warmte van ca C voor de verwarming en ca. 55 C voor warm tapwater De warmtepomp pompt via een zogenaamde koudemiddel de warmte van de bronzijde (verdamper) naar de warmteafgiftezijde (condensor) van de warmtepomp. De warmte die aan de bodem wordt onttrokken, verwarmt dus het water voor verwarming en warm tapwater. Via een driewegklep schakelt de warmtepomp over van verwarming (ca C) naar warm tapwater (ca. 55 C). Met 9

10 een elektrische naverwarmer kan de temperatuur van het tapwater eens in de week eventueel naar 65 C worden gebracht om legionella in de boiler tegen te gaan. Onder extreem koude weersomstandigheden of als het gebouw in korte tijd opgewarmd moet worden kan de elektrische naverwarming zo nodig de warmtepomp ondersteunen. Door toepassing van dit zogenaamde bivalente verwarmingssysteem hoeft de warmtepomp en de bodemlus niet ontworpen te worden voor de meest extreme weersomstandigheden, die zelden voorkomen. De warmtepomp en boiler kunnen eventueel gecombineerd worden in een zogenaamde combiwarmtepomp. Dit heeft als voordeel dat de regeling en het verbindende leidingwerk voor een groot deel in de combiwarmtepomp kan worden geïntegreerd, waardoor het warmtepompsysteem eenvoudiger is te installeren. Voor de energietransitie van de bestaande woningbouw met locatie op zolder, zoals in geval van de Briellestraat, is zo n gecombineerd systeem vanwege gewicht en hoogte minder geschikt. Bij de pilot Briellestraat fase 1 is gekozen voor een compacte warmtepomp van ca. 1 kw elektrisch en 3 KW thermisch vermogen met een afzonderlijke boiler. Voor normale koude dagen is dit voldoende en is geen elektrische naverwarming nodig. Alleen op een extreem koude dagen is ongeveer 1 KW extra elektrisch verwarming nodig. Warmteafgifte Voor de efficiënte werking van de warmtepomp is het nodig dat het te overbruggen temperatuurverschil tussen de bronzijde (energieopslag) en de warmteafgiftezijde (verwarming) van de Warmtepomp, boiler en omvormer warmtepomp zo klein mogelijk is. Dit betekent dat de hoge temperatuur verwarming (HTV) radiatoren (60 70 C), die in combinatie met een cv-ketel worden toegepast, niet geschikt zijn en vervangen moeten worden door zogenaamde lage temperatuur verwarming (LTV) convectoren met ventilatoren (35 45 C). Het bestaande cv-leidingwerk hoeft in de meeste gevallen niet vervangen te worden. De radiatoren in de slaapkamers zullen afhankelijk van de ouderdom van de radiator, het type woning en het gebruik van de ruimte in veel gevallen niet vervangen hoeven te worden. Een keuze kan ook zijn om ten kosten van de efficiëntie van de warmtepomp de stooklijn van de warmtepompregeling wat hoger in te stellen. 10

11 Voor fase 1 van de Briellestraat zijn alleen de radiatoren in de woonkamer vervangen voor lage temperatuur verwarming convectoren. De moderne radiatoren in de slaapkamers zijn niet aangepast. In de praktijk bleek dit voldoende omdat de warmte van beneden naar boven trekt en de radiatoren in de slaapkamers overcapaciteit hebben. In het geval van speel- of werkkamer kunnen de radiatoren in de slaapkamers eenvoudig aangepast of vervangen worden. Regeling De regeling van de PVT- warmtepomp - bodemlus combinatie bestaat uit de warmtepompregeling en een zogenaamde solar regeling, die de solar circulatiepomp en bypass driewegklep aanstuurt. De solar regeling voorkomt dat de bodemtemperatuur boven de maximaal toegestane 25 C komt door de circulatiestroom te regelen of in het uiterste geval de circulatie via de bodemlus met de PVT-bypass driewegklep af te sluiten. Ook zorgt de solar-regeling ervoor dat de bypassdriewegklep wordt aangestuurd als de temperatuur van het water van de PVT-panelen lager is dan de temperatuur van de bodemopslag. Deze regeling kan eventueel via een externe toegang in de warmtepompregeling worden geïntegreerd. Bij de Briellestraat fase 1 wordt is uitgegaan van een warmtepompregeling in combinatie met een solar regeling. 11

12 2.0 Realisatie - Pilot Briellestraat fase 1 Proof of concept Starterswoning all-electric bijna nul op de meter 2.1 Voorbereiding Begin 2017 is gestart met de voorbereiding. Op basis van de bestaande EPG berekening en het elektriciteits- en gasverbruik in 2016 is een inschatting gemaakt van de energiebehoefte. Vervolgens is een analyse gedaan van het bestaande energiesysteem. Op basis van deze analyse is de benodigde capaciteit van het systeem en de scope bepaald: 1. Opname bestaande situatie en ontwerp all-electric installatie 2. Aanpassingen meterkast van 1 x 35A naar 3 x 25 A aansluitwaarde met extra groepenkast en stekkerblok 3. Installatie PVT zonnepanelen ( 7 PVT + 6 PV) incl. optimisers en omvormer voor energieopwekking van elektriciteit en warmte 4. Verwijdering bestaande cv-ketel en installatie warmtepomp, hygiëneboiler en doorstroomtoestel incl. extra stekkerblokken en schakelaars 5. Installatie 2 x 230 V inductiekookplaat ter vervanging van gaskookplaat 6. Installatie leiding- en kabelwerk a. PVT-dakdoorvoer en kabels & leidingen incl. koker en leidingverdeler naar warmtepomp en omvormer op zolder b. Aanvoer- en retourleidingen van warmtepomp op zolder naar bodemlusaansluiting in trapkast / meterkast beneden c. Verdeelunit (8 - groepen) voor PVT-panelen incl. omkasting d. Leidingaansluitingen naar boiler en doorstroomtoestel e. Elektriciteitsaansluiting van inductiekookplaat naar meterkast 7. Installatie regeling en inregelen energiesysteem 8. Overige werkzaamheden systeem a. Verwijdering en aftimmering cv-rookgaskanaal 12

13 2.2 Installatie In de zomer van 2017 zijn voor de opwekking van elektriciteit en warmte de zonnepanelen (7 PVT + 6 PV-panelen) geïnstalleerd. Kort daarna is de 1 x 35 A elektrische aansluiting verzwaard naar 3 x 25 A ter voorbereiding van de installatie van de extra elektrische apparatuur, zoals warmtepomp, elektrische naverwarming, doorstroomtoestel t.b.v. warmtapwater en inductiekookplaat. Vervolgens is de 200 ltr. hygiëneboiler en het daaraan gekoppelde 11 KW doorstroomtoestel geïnstalleerd en aangesloten op het warm tapwatercircuit. Met de warm tapwatervoorziening op all-electric kon vervolgens de bestaande cv-ketel verwijderd worden om plaats te maken voor een compacte warmtepomp. Een Vaillant Geotherm 3 KWtherm warmtepomp is vervolgens aangesloten op de 200 ltr. hygiëneboiler en de PVTzonnepanelen. In deze configuratie draaide de warmtepomp direct op de PVT-panelen. De warmtepomp onttrok in deze configuratie de warmte direct van de PVT-panelen door relatief koud water door de PVT-panelen te circuleren. Door water kouder dan de buitentemperatuur door de PVT-panelen te circuleren kon ook in de zon-arme maanden oktober - december 2017 warmte overdag en s nachts uit de lucht worden onttrokken. De PVT-panelen functioneren dan voornamelijk als een lucht-waterwarmtewisselaar en de warmtepomp als een lucht-waterwarmtepomp. All-electric situatie op zolder met warmtepomp, boiler en omvormer 13

14 Na de zomer is op basis van de BRL /21 voor bodemenergiesystemen de 90 m diepe verticale bodemlus aangemeld. Na goedkeuring door het bevoegd gezag is midden december 2017 onder het plantsoen direct voor de woning de Installatie bodemlus onder openbaar terrein bodemlus geïnstalleerd en aangesloten op de woning met de zogenaamde spoelboormethode. Voor deze optie is in overleg met de gemeente gekozen toen bleek dat aanleg in de achtertuin te kostbaar werd met o.a. het verplaatsen en terugplaatsen van een schutting en lantaarnpaal, herstel van een pas aangelegde tuin, etc. Aan de voorzijde was bovendien onvoldoende ruimte om op eigen terrein een bodemlus aan te leggen. Deze optie met een bodemlus op openbaar terrein leverde belangrijke voordelen op m.b.t. beperking overlast, kosten, tijd beheer en risico s. Het doorslaggevende argument was echter dat met deze optie vanaf/onder de openbare weg de gemeente in staat wordt gesteld om een alternatief voor de aardgasaansluiting aan te leggen. Met de aanleg van infrastructuur voor warmteopslag in de wijk, wordt het bewoners relatief eenvoudig om de cv-ketel te vervangen door een water-waterwarmtepomp. Door grootschalige uitrol van dit concept over een wijk kunnen belangrijke schaalvoordelen worden behaald en leefomgeving worden verbeterd. Het beheer van de ondergrondse VBWW infrastructuur kan worden ondergebracht bij een professionele organisatie. Deze optie maakte het verder mogelijk om de investeringskosten en financieringslasten voor de bewoners/eigenaren aanzienlijk te beperken. Door de aansluiting op de VBWW als nutsvoorziening aan te bieden en daarvoor een vergoeding te vragen, vergelijkbaar met het vastrecht voor een gasaansluiting, hoeven bewoners/woningeigenaren zelf niet te investeren in de VBWB. In de kerstperiode is met het oog op Briellestraat pilot fase 2 Proef huizenblok een upgrade doorgevoerd om de betrouwbaarheid, installatie en en het beheer van het systeem te verbeteren. 14

15 3.0 Functioneren 3.1 Online monitoring Om het functioneren van het all-electric systeem real time goed te volgen is een uitgebreid online monitoring systeem opgezet. Een groot aantal temperatuursensoren zijn aangebracht om de werking van de systeem goed te kunnen volgen en beoordelen. De meetwaarden worden door een Resol Deltasol MX regeling ingelezen, die via de Vbus portal realtime online uitgelezen kunnen worden. Het functioneren van de Vaillant warmtepomp wordt via een de Vaillant Profilog portal op afstand gemonitord. Het energieverbruik en de energieproductie van de zonnepanelen worden op afstand via slimmemerlezen.nl portal ingelezen, waarbij ook de meetgegevens van de SolarEdge Portal automatisch worden ingelezen. Vervolgens geeft de portal van Toon nog inzicht in het piekverbruik van de elektrische apparatuur. Functioneren PVT + WP Gedurende de periode 15 oktober 15 december 2017 heeft de woning, all-electric, alleen op de warmtepomp (WP), de PVTpanelen en elektrische naverwarming gedraaid. M.a.w. gefunctioneerd als een lucht-water warmtepomp zonder warmteopslag in de bodem. De efficiëntie van de warmtepomp was als gevolg van de lage aanvoertemperatuur relatief laag. Bij een buitentemperatuur lager dan ca. 3 C sloeg de warmtepomp automatisch af op lage broncircuit temperatuur van -7 C. Midden december 2017 is deze zogenaamde antivries-beveiliging om veiligheidsredenen naar 0 C verhoogd om te voorkomen dat er ijsvorming op de 15

16 PVT-panelen optreedt. Als de warmtepomp op de antivriesbeveiliging afslaat zorgt de elektrische naverwarming automatisch voor verwarming en warm tapwater. Het elektriciteitsverbruik was in deze periode daardoor aanzienlijk hoger. Zie ook de periode 11 t/m 20 december 2017 in de figuur hiernaast met het hoge elektriciteitsverbruik, waarbij de warmtepomp als lucht-waterwarmtepomp op de PVT-panelen draaide. Dit hoge energieverbruik is enigszins geflatteerd doordat op dat moment er slechts 4 PVT-panelen aangesloten waren i.p.v. 7 PVT-panelen in de eindsituatie. Deze PVT-panelen hadden een deltat van 8 C met de buitenlucht. Met 7 PVT-panelen zou de DeltaT ongeveer 5 C zijn geweest. Het aantal PVT-panelen kan in theorie van 7 naar 13 worden verhoogd worden om daarmee het warmtewisselaars-oppervlak te vergroten, de Delta T met de buitenlucht kleiner te maken en de downtime van de warmtepomp te verkleinen. In de zomer is er dan echter sprake van een overcapaciteit in warmteproductie. De PVTwarmtepomp combinatie zonder bodemopslag functioneert echter alleen energie-efficiënt bij buitentemperaturen boven de 5 C. Op koude dagen zal zonder bodemopslag dan toch overgegaan worden op elektrische naverwarming. PVT + VBWW + WP Met de aansluiting op de verticale bodemwarmtewisselaar (VBWW) midden december 2017 wordt de warmtepomp (WP), onafhankelijk van de buitentemperatuur, van een stabiele warmteaanvoer met constante temperatuur voorzien. Daardoor is bij lage buitentemperaturen geen elektrische naverwarming meer nodig. Het elektriciteitsverbruik nam met de ingebruikname van de bodemopslag na 20 december 2017 direct aanzienlijk af. Na aansluiting op de bodemlus daalt het elektriciteitsverbruik vervolgens verder mede ook door de vakantieperiode. In januari 2018 na de vakantieperiode neemt het elektriciteitsverbruik weer wat toe maar is nog steeds met een factor 2 lager dan in de PVT + WP modus. Het hogere gebruik eind februari / begin 16

17 maart 2018 is het gevolg van elektrische bijverwarming onder extreme weersomstandigheden bij een gevoelstemperatuur van -15 C en een relatief hoge thermostaat-instelling van 23 C In april 2018 is het elektriciteitsverbruik als gevolg van verminderde warmtevraag en toenemende zonne-energie vrijwel gelijk aan de eigen productie van de PVT zonnepanelen. Verwacht wordt dat voor deze tussenwoning en thermostaatinstelling van ca. 23 C per saldo het elektriciteitsverbruik tussen de 1500 en 2000 KWh ligt. Bij een lagere thermostaatinstelling zal dit lager liggen. Het gasverbruik is uiteraard 0 m All-electric versus gas De prestatie van het all-electric systeem is voor de verschillende systeemconfiguraties ook vergeleken met de prestatie van het aardgassysteem. PVT + WP In de figuur op de volgend pagina is het energieverbruik (elektriciteit + gas) in KWh equivalent aangegeven. Eén m3 gas heeft een energie-inhoud van ca. 10 KWh, waarvan ca. 8 KWh nuttig gebruikt kan worden voor verwarming. Daarin is te zien dat een lucht-waterwarmtepomp configuratie (WP + PVT) een besparing in het energieverbruik levert t.o.v. gas. In de winterperiode is het energieverbruik gedaald van ca. 70 KWh naar ca. 50 KWh. Na aftrek van het huishoudelijk gebruik van elektriciteit van ca. 8 KWh/dag resulteert dit in een energieverbruik van 62 KWh/dag. Met een gasprijs van /KWh is dit 4.58 /dag). In periode december 2017 is dit gedaald naar 42 KWh/dag. Met een elektriciteitsprijs van 0.22 per KWh is dit 9.24 /dag. Het energieverbruik in de all-electric PVT WP modus is lager maar de energiekosten zijn aanzienlijk hoger doordat per KWh de kostprijs van elektriciteit veel hoger is dan van gas. Deze extra kosten voor toename van elektriciteitsverbruik zijn aan de hoge kant omdat de PVT + WP combinatie met slechts 4 PVT-panelen in gebruik niet optimaal draaide. Dit laat desalniettemin zien dat luchtwarmtepompsystemen weliswaar energie besparen maar t.o.v. water-water warmtepomp systemen met bodemopslag relatie minder energiekosten besparen. 17

18 18 9 april 2018

19 PVT + VBWW + WP In de periode na aansluiting van de verticale bodemlus zet de daling van het totale energieverbruik zich door. In de winterperiode is het energieverbruik gedaald van ca. 70 KWh naar ca. 22 KWh per dag. Na aftrek van het huishoudelijk verbruik van elektriciteit van ca. 8 KWh/dag resulteert dit in een energieverbruik van 62 KWh/dag en 4.58 /dag aan kosten. In de winterperiode vanaf is dit in de PVT + VBWW + WP modus ca. 14 KWh/dag (=22-8 KWh) en 3.08/dag). Het energieverbruik voor verwarming en tapwater is gedaald van 62 KWh naar 14 KWh en de energiekosten zijn gedaald van 4.58/dag naar 3.08 per dag. De elektriciteitsopwekking van het PV-gedeelte levert in deze winterperiode nauwelijks een bijdrage aan het netto elektriciteitsverbruik (verbruik - eigen opwekking). In de zomerperiode vanaf april neemt de warmtevraag aanzienlijk en de eigen elektriciteitsproductie sterk toe. VBWW opslag temperatuur De VBWW opslag temperatuur is gedurende de periode gemonitord. Aan het begin van de winter was de VBWW- Out ongeveer 8 C daalde vervolgens naar 7 C en steeg in de maanden april mei naar 10 C met de kanttekening dat in mei de belasting van de VBWW veel minder is voor alleen tapwater. 2.5 Leereffect Energieprestatie De energieprestatie voldoet aan de verwachtingen op basis van de voorlopige meetresultaten in de periode september 2017 mei Dit met de kanttekening dat het energieverbruiksprofiel van de bewoners met 23 C kamertemperatuur relatief hoog is. Dit bleek ook uit een relatief hoog gasverbruik in 2016 in vergelijking met de EPG berekeningen. De aanvoertemperatuur van de bodemlus is stabiel en varieerde van 8 C begin dit jaar naar 7 C aan het einde van het stookseizoen en eind mei op 10 C. De meetgegevens voor regeneratie door de PVT-panelen komen later dit jaar beschikbaar. Eerste indicatie is dat voor de betreffende PVT woningen met 5 PVT panelen kan worden volstaan. De energieprestatie wordt in fase 2 nog verder verbeterd worden door de hygiëneboiler en het daaraan gekoppeld doorstroomtoestel te vervangen door een A++ boiler. De warmtepomp kan dan via een driewegklep efficiënter functioneren in verwarmings- (35-45 C stooklijn gestuurd) en warmwaterbedrijf (55 C). Dit heeft verder als voordeel dat het doorstroomtoestel met een relatief hoge piekbelasting van 11 KW niet meer nodig is. De boiler biedt ook meer mogelijkheden om met power management pieken in het elektriciteitsverbruik af te vlakken door de boiler tijdens lage dalvraag en/of hoog piekaanbod te laden. 19

20 Het warmteverlies van de A label hygiëneboiler zal in fase 2 verminderd worden met een A+ label boiler. Door de thermische capaciteit van de warmtepomp te verhogen van 3 naar 4 KWh thermisch kan de elektrische naverwarming eventueel ook onder extreme weersomstandigheden geëlimineerd worden. De efficiëntie of de zogenaamde coëfficiënt of performance (COP) van de warmtepomp zou nog iets verbeterd kunnen worden door toepassing van een warmtepomp met een efficiënte schroef-compressor of ander koudemiddel. Deze besparingen wegen echter in de huidige markt niet op tegen de extra investering van een warmtepomp met een grotere capaciteit en rendement. Door met de bodemlus de bodem voor start stookseizoen verder op te warmen kan het te overbruggen temperatuurverschil tussen bronafgiftesysteem verkleind worden. De warmtepomp zou dan efficiënter kunnen werken door een kleiner te overbruggen temperatuurverschil. Toepassing van vloerverwarming kan ook het temperatuurverschil tussen bronen afgiftesysteem verder verkleinen. Het effect van deze maatregelen zal een positief effect hebben op de efficiëntie van de warmtepomp. Inkoop en Installatie Installatiekosten kunnen naar beneden gebracht worden door het leidingwerk op basis van 3D BouwInformatieManagement (BIM) systeem zoveel mogelijk prefab en plug & play aan te leveren. Toepassing van persfittingen i.p.v. knelfittingen, zoals toegepast bij upgrade versie 2.0, bevordert de kwaliteit en verlaagt de installatiekosten. Bij uitrol over een huizenblok kunnen potentieel schaalvoordelen worden behaald in inkoop, werkvoorbereiding en installatie. Beheer en onderhoud gebouwgebonden installatie Beheer en onderhoud is met de upgrade naar versie 2 over de 2017 kerstperiode verbeterd door het systeem te vereenvoudigen en het leidingwerk zoveel mogelijk in persfittingen uit te voeren. In versie 3 is dit systeem verder vereenvoudigd. De hydraulische aansluitingen op de PVTpanelen zijn ingericht als de groepen van een vloerverwarmingssysteem. Daarbij wordt elk paneel vanaf de verdeler in de woning afzonderlijk en parallel aan elkaar gevoed. Daarmee kan het volledige debiet door de PVT-panelen geleid worden. Belangrijkste voordeel is wel dat de fittingen op het dak tot een minimum zijn teruggebracht en een PVT-paneel in geval van lekkage vanaf de verdeler in de woning geïdentificeerd en geïsoleerd kan worden. Ook het ontluchten van het PVT bronsysteem wordt daarmee vereenvoudigd. Beheer en onderhoud bodemlus De bodemlus is in principe onderhoudsvrij. Wel dient minimaal een keer per jaar gecontroleerd te worden of de bodemopslag in balans is. Met op afstand online-monitoring van de aanvoer- en retourtemperatuur van de bodemlus door de warmtepompregeling is dit eenvoudig te controleren. De bodemlus wordt door het Klic Kadaster als een netwerk van een nutsvoorziening beschouwd. De eigenaar/netbeheerder van de bodemlus moet een door het Kadaster gecertificeerd bedrijf zijn. De VBWW zal daarom bij een professionele eigenaar en beheerder worden ondergebracht. 20

21 De bewoners/eigenaren betalen voor onderhoud en beheer aan de netbeheerder van de VBWW een vergoeding, die vergelijkbaar is met de vastrechtvergoeding voor een gasaansluiting. Bewoners/ eigenaren worden voor onderhoud en beheer van de bodemlus dus geheel ontzorgd. Aanpak in één keer versus gefaseerd De aanpak om in één keer de all-electric transitie uit te voeren heeft veel voordelen t.o.v. van een gefaseerde transitie met een hybride gas-elektrisch systeem. De kosten en overlast vallen veel lager uit doordat de transitie in één keer wordt gedaan. De transitie in één keer leent zich bovendien veel beter voor grootschalige aanpak, waarbij bewoners/eigenaren volledig worden ontzorgd met een totaal pakket inclusief financiering. Voor de bestaande situatie met beperkte plaatsingsmogelijkheden voor de warmtepomp heeft deze aanpak bovendien als voordeel dat met verwijdering van de cv-ketel er ruimte wordt gecreëerd voor de warmtepomp. De energiekosten gaan bij een transitie in één keer gelijk aanzienlijk naar beneden, waardoor dit sneller leidt tot lagere woonlasten over een langere periode. Ook de betrouwbaarheid en het onderhoud van een all-electric systeem is veel beter dan een complex hybride gas elektrisch systeem. 21

22 3.0 Opschaling naar wijk- en stedelijk niveau 3.1 Inleiding Een wijk bestaat uit verschillende type woningen en een stad bestaat uit verschillende type wijken die elk om een specifieke aanpak en uitwerking van vragen. Het all-electric concept met bodemopslag kan in beginsel voor elk type woning of wijk worden toegepast en is schaalbaar. In de volgende hoofdstukken is dit voor elke type woonwijk uitgewerkt. Nieuwbouw Jonge (vinex) wijken na 2000 Oude wijken voor 2000 Gestapelde bouw Vooroorlogse wijken Binnensteden 22

23 3.2 Nieuwbouw All-electric concept met warmteopslag in bodem Energiepositief Een nieuwbouwwoning kan relatief eenvoudig energiepositief gemaakt worden als daar bij de kavelindeling en dakontwerp al rekening mee wordt gehouden, zoals bijvoorbeeld met de oriëntatie en helling van het dak. Energieopwekking Een traditioneel pannendak is primair ingericht voor de functie waterdichtheid en isolatie. Met de energietransitie komen daar twee functies bij, namelijk opwekking van elektriciteit en warmte. Dit vraagt om een herontwerp van het traditionele dak, waarbij de twee extra functies worden geïntegreerd in een zogenaamd Building Integrated Photovoltaïc Thermal (BIPVT) dak. Dit dak heeft slechts een hellingshoek van ca. 20 nodig, zoals bijvoorbeeld bij een lessenaardak. Omdat er bij deze kleine hellingshoek geen dakkapellen nodig zijn, kan het dak optimaal ingericht worden voor opwekking van elektriciteit en warmte. Energieomzetting Voor de energieomzetting van warmte uit de opslag in de bodem naar bruikbare warmte voor verwarming en warm tapwater is een warmtepomp nodig. Deze warmtepomp vervult de functie van de cv-ketel. Een DC/AC omvormer zet de opgewekte gelijkstroom elektriciteit om in 230V wisselspanning. Traditioneel staat de cv-ketel vanwege de rookgasafvoer meestal op zolder. Bij nieuwbouw is het echter efficiënter om de warmtepomp en de omvormer in een technische ruimte te plaatsen op de begane grond, al dan niet in combinatie met de meterkast. Energieopslag De in de zomer opgewekte warmte kan met een zogenaamde bodemlus in de bodem worden opgeslagen voor gebruik in de winter. Opgewekte elektriciteit kan tijdelijk worden opgeslagen in een thuisbatterij of via een bidirectioneel laadstation in de EVauto, die geschikt is voor zowel laden als ontladen. Met deze Vehicle to Grid (V2G) technologie kan overdag de opgewekte energie worden opgeslagen voor gebruik s avonds en/of op zonarme dagen. 23

24 3.3 Gestapelde bouw All-electric concept met warmteopslag in bodem Gestapelde bouw Van het dak van gestapelde bouw kan tot wel 12 woonlagen voldoende thermische energie worden opgewekt om het gehele gebouw gedurende het jaar te verwarmen en van warm tapwater te voorzien. Dus ook gestapelde bouw kan op basis van dit all-electric concept van het gas naar (bijna) nul op de meter worden gebracht als aan de minimum isolatievoorwaarden label B/a is voldaan, zoals bijvoorbeeld dubbelglas en tochtwering. Energieopwekking Voor de energieopwekking kan het meestal platte dak van het gebouw vol gelegd worden met een combinatie van PV- en PVTpanelen. Bij een gasverbruik van ca. 750 m3 gas per jaar per woning zijn met koeling in de zomer ongeveer 3 PVT-panelen (5 m2) nodig en zonder koeling 5 PVT-panelen (8 m2) om de warmteopslag in de bodem over het jaar in balans te houden. Als uitgegaan wordt van een appartement van 80 m2 en 80% nuttig gebruik dakoppervlak kan met koeling via de vloerverwarming of lage tempratuur (LTV) convectoren 12 woonlagen (=0.8* 80/5 m2) en zonder koeling 8 woonlagen (0.8*80/8) worden verwarmd en voorzien van warm tapwater. Voor opwekking van elektriciteit kan mogelijk ook de gevel aan west-, oost- of zuidzijde worden benut. gasverbruik per huishouden is een verticale bodemlus van ca. 70m diepte nodig. Energieomzetting Energie-omzetting t.b.v. verwarming en warm tapwater kan centraal in een technische ruimte met een industriële warmtepomp- en boilerinstallatie gedaan worden. Energieafgifte De bestaande hoge temperatuurverwarming (HTV) radiatoren en convectoren in de woonkamer en eventueel op de slaapkamers worden aangepast voor lage temperatuurverwarming met stille ventilatoren of worden vervangen door lage temperatuur verwarming convectoren ( C) of vloerverwarming. Energieopslag Voor opslag van de door de PVT-panelen opgewekte warmte kunnen onder de parkeerplaats van een appartementengebouw verticale bodemlussen worden aangebracht. Per 750 m3 24

25 3.4 Jonge (Vinex) wijken All-electric concept met warmteopslag in bodem Jonge uniforme woonwijken De woningen van jonge (Vinex) woonwijken zijn uniform en over het algemeen goed geïsoleerd. Dat wil zeggen dat deze wijken zich goed lenen voor een grootschalige aanpak van de transitie van gas naar all-electric (bijna) nul op de meter (NOM). Energieopwekking Voor de energieopwekking kunnen de daken aan oost-, west- of zuidzijde vol gelegd worden met een combinatie van PV- en PVTpanelen. Bij een gasverbruik van ca m3 per jaar per huishouden zijn met koeling in de zomer ongeveer 4 PVTpanelen nodig (1 PVT/250 m3 gas) en zonder koeling 6 PVTpanelen (1 PVT/ 150 m3 gas) om de warmteopslag in de bodem over het jaar in balans te houden. nodig met ongeveer 4 KW thermisch warmtepompvermogen excl. elektrisch naverwarmer. De warmtepomp kan het best geplaatst worden op de locatie van de cv-ketel, waar alle leidingen samenkomen. Energieafgifte De bestaande hoge temperatuurverwarming (HTV) radiatoren en convectoren in de woonkamer en eventueel in de slaapkamers worden aangepast voor lage temperatuurverwarming met stille ventilatoren of worden vervangen door lage temperatuur verwarming convectoren ( C) of vloerverwarming. Energieopslag Voor opslag van de door de PVT-panelen opgewekte warmte kan in de voortuin of onder de openbare weg of het plantsoen een zogenaamde verticale bodemlus worden aangebracht. Per 1000 m3 gasverbruik per huishouden is een bodemlus van ca m diepte nodig. Voor de bodemlussen op openbaar terrein kan een zogenaamde energieopslagcoöperatie worden opgericht, waar bewoners/eigenaren in kunnen participeren. Energieomzetting Een warmtepomp met boiler haalt de warmte van de opslag (ca C) en pompt die warmte als het ware naar het warmteafgiftesysteem voor verwarming (35-45 C) en warm tapwater (55 C). Per 1000 m3 gasverbruik is een warmtepomp 25

26 3.5 Oude wijken All-electric concept met warmteopslag in bodem Oudere uniforme woonwijken De woningen van de oude woonwijken van voor 2000 zijn over het algemeen uniform en matig tot redelijk goed geïsoleerd. Deze wijken lenen zich goed voor een grootschalige aanpak naar all-electric (bijna) nul op de meter (NOM). Het is daarbij niet strikt noodzakelijk om de woning eerst heel goed te isoleren. Het is meestal goedkoper om een all-electric installatie met een hogere warmtecapaciteit te installeren als aan de minimum isolatievoorwaarden label B/A is voldaan. De woning kan dan eventueel later op een geschikt onderhouds- of verhuismoment alsnog worden geïsoleerd. Tot die tijd kan eventueel tijdelijk volstaan worden met elektrische naverwarming door de warmtepomp op de koude dagen. Energieopwekking Voor de energieopwekking kunnen de daken aan oost-, west- of zuidzijde vol gelegd worden met een combinatie van PV en PVTpanelen. Bij een gasverbruik van ca m3 per jaar zijn met koeling in de zomer ongeveer 6 PVT-panelen nodig (1 PVT/ 250 m3 gas) en zonder koeling 10 PVT-panelen (1 PVT/ 150 m3 gas) nodig. zogenaamde energieopslagcoöperatie worden opgericht, waar bewoners/eigenaren in kunnen participeren. Energieomzetting Energieomzetting t.b.v. verwarming en warm tapwater kan met een zogenaamde warmtepomp met boiler. Voor 1500 m3 gasverbruik is een warmtepomp nodig met ongeveer 6 KW thermisch warmtepompvermogen excl. elektrisch naverwarmer. Energieafgifte De bestaande hoge temperatuurverwarming (HTV) radiatoren en convectoren in de woonkamer en eventueel de slaapkamers worden aangepast voor lage temperatuurverwarming met stille ventilatoren. Oudere type radiatoren zijn hier meestal niet voor geschikt en kunnen worden vervangen door lage temperatuur verwarming convectoren ( C) of vloerverwarming. Energieopslag Voor opslag van de door de PVT-panelen opgewekte warmte kan onder de openbare weg een zogenaamde verticale bodemlus worden aangebracht. Per 1000 m3 gasverbruik per huishouden is een bodemlus van ca m diepte nodig. Voor de bodemlussen op openbaar terrein kan een 26

27 3.6 Binnensteden All-electric concept met warmteopslag in bodem Monumentale binnenstad De woningen van de dichtbebouwde vaak monumentale binnenstad zijn over het algemeen slecht tot matig geïsoleerd en uniek. Dat wil zeggen dat deze binnensteden zich minder goed lenen voor lokale energieopwekking en opslag. Een centrale energieopwekking en opslag op een nabijgelegen ongebruikt terrein of dakoppervlak van een bedrijventerrein ligt dan meer voor de hand. Energieopwekking Op de daken van een naburig bedrijventerrein of op een nog te realiseren PVT-zonnepark kan de benodigde energie opgewekt worden. Bij een gemiddeld gasverbruik van ca m3 per jaar per huishouden zijn 12 PVT-panelen nodig (1 PVT/150 m3 gas) om de warmteopslag in de bodem over het jaar in balans te houden. Dus voor ca huishoudens zijn ca PVTpanelen of is ca. 2.5 ha. oppervlak nodig. binnenstad geleverd worden. Via een verdeelunit in de meterkast wordt de warmte vervolgens aan de woning geleverd. De opgeslagen warmte kan eventueel ook via een lage temperatuurnetwerk aan de woningen in de binnenstad worden geleverd. In dat geval wordt er een warmtepomp in de woning geplaatst. Bij een gemiddeld gasverbruik van 2000 m3 per huishouden is een warmtepomp-capaciteit van ongeveer 8 KW thermisch warmtepompvermogen excl. elektrische naverwarming. Voor 1000 huishoudens is dit ongeveer 8 MW. Energieafgifte De bestaande radiatoren (geschikt voor 70 C) kunnen gehandhaafd blijven als voor een hoge temperatuur warmtenet wordt gekozen. Vanuit energetische en financiële overwegingen kunnen deze radiatoren beter vervangen worden door lage temperatuurverwarming convectoren. Energieopslag De centrale energieopslag van de door de PVT-panelen opgewekte warmte kan gerealiseerd worden d.m.v. gesloten systeem van bodemlussen of eventueel een open warmtekoudeopslagsysteem (WKO) in de bodem. Energieomzetting Met industriële warmtepompen kan de warmte uit de warmteopslag naar een hogere temperatuurniveau worden gebracht en via een hoog temperatuur warmtenet aan de 27