Grip op het verwarmingsvermogen bij zeer energiezuinige gebouwen

Transcriptie

1 Grip op het verwarmingsvermogen bij zeer energiezuinige gebouwen Auteur: Clarence Rose Coauteur: Carl-peter Goossen Regelmatig krijgen wij installateurs aan de telefoon die zich absoluut niet kunnen vinden in de met de nzeb-tool/phpp bepaalde verwarmingscapaciteit. Door ons ontworpen BENG en passiefhuizen en woonlasten-neutrale renovaties volstaan vaak met een zo n 10 tot 12 W/m 2. Dat is wel erg karig, is hun perceptie. En de angst dat het niet warm wordt en dan met de vinger naar hun wordt gewezen is begrijpelijk. Deze angst verdampt gewoonlijk na hun eerste gerealiseerde passiefhuisproject. Maar tot dat moment helpt hopelijk deze toelichting op de berekeningsmethodieken nzeb-tool/phpp en de ISSO 51. Een nieuw gevoel oftewel een integrale kijk op het gebouw zijn nodig bij de dimensionering van passende verwarmingsinstallaties. Meer verwarming helpt niet meer Eerder zagen installateurs alleen maar voordelen in een overgedimensioneerde verwarmingsinstallatie. Bij betaalbare, en dus energiezuinige, BENG-gebouwen is de warmtebehoefte nog maar één tiende van die van traditionele gebouwen. Een overcapaciteit in de verwarming heeft daar al gauw forse energieverspilling tot gevolg. Een Nederlands schoolvoorbeeld hiervoor waren naar passiefhuisstandaard gerenoveerde huurwoningen in Kerkrade. Hier waren de radiatoren en de gasketels gewoon blijven hangen. De bewoners waren gewend om met open deuren te koken. Met het idee nu in een energiezuinig huis te leven raakten ze ook gauw gewend aan T-shirtjes in hartje winter. Maar ze schrokken zich kapot van een 5 (!) keer hogere energierekening dan voorspeld. Na aanpassingen van de installaties werd de beloofde energieprestatie wél gehaald. Simpel met een lagere aanvoertemperatuur en enkele radiatoren minder. En na correctie van de recirculatiekappen namen de bewoners deze in gebruik. En konden ze dus de keukendeuren dicht houden bij vrieskou. Adequate dimensionering verwarming wettelijk verplicht Inmiddels ben je als installateur wettelijk verplicht om overcapaciteit van de verwarmingsinstallatie te voorkomen. En ook in de opkomende trend van zeer energiezuinige renovaties met prestatiegarantie is een juist gedimensioneerde installatie cruciaal. Maar hoe dat moet is nog geen gemeengoed. Het vermogen van verwarmingsinstallaties voor gebouwen wordt met een warmte-verliesberekening bepaald. Alhoewel het Bouwbesluit in Artikel adequate dimensionering eist is er geen directe verwijzing naar een norm hiervoor. Het staat je dus als installateur in principe vrij hoe je het afgiftevermogen van de verwarming bepaalt. Schakels in de NEN-EN Voor woningen en woongebouwen bijvoorbeeld berekenen Nederlandse installateurs de warmtecapaciteit vaak met behulp van de ISSO publicatie 51. Dit is een afgeleide van de NEN-EN Deze norm is in 2017 aangepast om rekening te houden met de veranderende warmtebehoefte in steeds beter geïsoleerde gebouwen. Belangrijke schakels in deze norm voor een bijstelling op de situatie van (zeer) energiezuinige woningen zijn o.a. de variabele ontwerpbuitentemperatuur, de zekerheidsklasse voor verliezen naar de buren en de opwarmtoeslag. Nauwkeuriger met de nzeb-tool/phpp De energiebalansberekening nzeb-tool/phpp is specifiek ontwikkeld voor zeer energiezuinige gebouwen, passiefhuizen. De PHPP ontstond tijdens wetenschappelijke experimenten in 1989 als eenvoudige Excel-spreadsheet. Sindsdien is deze energiebalansberekening bijgeslepen aan de hand van intensieve monitoring in de praktijk. De pieklast voor verwarming is ook gestaafd aan uitgebreid onderzoek met dynamische berekeningen. Zo is deze tool in staat om de werkelijke energiebehoefte en de pieklast van zeer energiezuinige gebouwen nauwkeurig te voorspellen. De PHPP is inmiddels een wereldwijd gewaardeerd ontwerp-gereedschap. Bij Kennisinstituut KERN is de Nederlandse versie te koop onder de naam nzeb-tool. Whitepaper mei

2 nzeb-tool versus ISSO 51 Referentiedagen voor de pieklastberekening In ons klimaat zijn twee weersomstandigheden bepalend voor de pieklast voor verwarming: de zonnige koude winterdag en de matig koude en bewolkte dag. Welke referentiedag leidt tot de grootste pieklast hangt vooral af van de isolatiegraad van het gebouw. Maar ook de zontoetreding via de ramen is bepalend, en dus de oriëntatie. De nzeb-tool brengt beide scenario s tegelijkertijd in beeld. Winterdag 1 Winterdag 2 Koud en zonnig Mild en bewolkt De ISSO 51 daarentegen rekent alleen met de uitersten van beide referentiedagen: extreem koud én bewolkt. Dit feitelijk onmogelijk. Bij temperaturen onder -2 C zijn er geen wolken en schijnt overdag dus altijd de zon! En bij energiezuinige gebouwen voldoende om de nacht door te komen zonder verwarming. Impact van de buren De nzeb-tool/phpp rekent standaard met een temperatuurverschil naar aangrenzende woningen van 3 Kelvin. Vanuit de praktijk van zeer goed geïsoleerde woningen is dit kleine temperatuurverschil, ook bij langere afwezigheid van de buren, gerechtvaardigd. Ook de ISSO 51 houdt rekening met beperkte temperatuurverschillen bij geïsoleerde of constant geconditioneerde aangrenzende gebouwen. In afwijking van de NEN-EN zijn hiervoor de zogeheten zekerheidsklassen At/m D ingevoerd. Met een lagere zekerheidsklasse kun je overdimensionering beperken. In de laagste zekerheidsklasse D gaat men ervan uit dat er geen temperatuurverschil naar de buren kan optreden. De compensatie van het opgestelde vermogen is hierbij "0". Maar dan denken installateurs vaak dat ze hiermee een risico moeten nemen. En dekken zich liever in met een "beetje" extra. Opwarmtoeslag In hoogwaardig geïsoleerde, luchtdichte gebouwen met WTW in de balansventilatie is de binnentemperatuur vrijwel stabiel. Nachtverlaging, zoals we die kennen in traditionele gebouwen heeft nauwelijks nog effect. Zelfs als de verwarming dagenlang uitvalt is dat in ons klimaat geen ramp. Waar geen temperatuurschommelingen zijn is er ook geen effect van thermische massa. Zodoende verdwijnt bij zeer energiezuinige gebouwen het verschil tussen massieve en lichte bouwwijze in de winter wat betreft de warmtebehoefte. Volgens de ISSO 51 worden lichte bouwwijzen hierop onterecht afgestraft. Ontwerpbuitentemperatuur -2,7 C in plaats van -10 C Dit is ook aan de hand bij het bepalen van de ontwerpbuitentemperatuur volgens de ISSO 51. Deze staat standaard op -10 C. Maar de recente norm NEN-EN biedt mogelijkheden deze te corrigeren middels de zogeheten tijdconstante van het gebouw. Deze is afhankelijk van de effectieve warmteopslagcapaciteit van het gebouw, en dus van de thermische massa. Hiermee kun je de ontwerpbuitentemperatuur tot maximaal -6 C corrigeren. Heel anders werkt dit bij de nzeb-tool/phpp. Deze houdt namelijk rekening met de isolatiegraad. Op de koudste referentiedag in de Bilt is de ontwerptemperatuur -2,7 C. Dat is bepaald met dynamische berekeningen van gebouwen in de passiefhuisstandaard met de klimaatdata van de periode Whitepaper mei

3 In de constante werkelijkheid van een goed geïsoleerd gebouw volstaat een verwarming afgestemd op een veel hogere gemiddelde buitentemperatuur. Ook al vriest het in hartje winter meerdere nachten onder de -10 C. Nog voor de vrieskou effect heeft schijnt al weer de zon op dak en gevels. Energieleverende ramen Nog de NEN-EN nog de ISSO 51 houden rekening met de kracht van de zon. Daarin schieten deze normen echt tekort. Op zuidgevels is intensiteit van de laagstaande winterzon +/- 900 W/m 2. Goed geïsoleerde ramen met een g- waarde van dan 0,5 werken hier als kachels met 450 W/m 2 glasoppervlakte. Een paar uur zon volstaat dan om het gebouw gedurende een etmaal op temperatuur te houden. In een goed georiënteerd gebouw kan -2 C de kachel dus gewoon uit. Nauwkeurige transmissieberekening! Verder verschillen de rekenmethodieken wat betreft de nauwkeurigheid van de transmissieberekening. Waar de nzeb-tool rekent met een zorgvuldig vastgesteld energieverlies via infiltratie en ventilatie wordt dit conform de ISSO 51 grof bepaald en overschat. Een belangrijk detail hierin is vorstbeveiliging. ISSO 51 rekent het rendement van de WTW in balansventilatie alleen mee als deze beveiligd is tegen bevriezing. Immers vindt er geen warmteterugwinning plaats via een verijsde WTW. Maar te vaak "vergeet" men het vinkje bij voorverwarmer. En leidt ook dit weer tot een veel te hoog benodigd vermogen. Fouten in de warmteverliesberekening ontstaan ook door grove aannames van bijvoorbeeld thermische bruggen. Gezien de geringe impact in bestaande, minder goed geïsoleerde gebouwen is dat logisch. Maar met het oog op betaalbare energieneutrale gebouwen is dit niet meer houdbaar. Hier kan een standleiding al zorgen voor een toename van de energiebehoefte van 15%! Twijfelgeval: ontwerpbinnentemperatuur Een twijfelgeval voor de installateur is de ontwerpbinnentemperatuur. Deze is in de aangepaste NEN- EN omhoog gezet naar 22 C. Dit om het comfort in beter geïsoleerde gebouwen met kleinere warmteafgifte (en dus minder marges) voldoende overeind te houden(!). De nzeb-tool/phpp houdt standaard rekening met 20 C. In goed ontworpen passiefhuizen is er geen sprake van tocht, koudestraling en temperatuurasymmetrie. Dan volstaat een binnentemperatuur van 20 C voor een hoog thermisch comfort. Het effect van een verhoogde binnentemperatuur op de transmissieverliezen is vrij groot. Dit is te zien bij berekeningen van de 2^1-kapreferentiewoning van het RVO met passieve maatregelen. De pieklast neemt bij een temperatuursverhoging van 2 Kelvin naar 22 C binnentemperatuur toe met 25%! Energiebehoefte voor verwarming in relatie tot de binnentemperatuur, resultaten energiebalansberekeningen met de nzeb-tool van de 2^1-kap-referentiewoning van het RVO met passieve maatregelen Hier wordt de noodzaak van een integrale kijk naar het gebouw duidelijk. Comfort in een goed geïsoleerd gebouw is namelijk een nauw samenspel van de bouwkundige en de installatietechnische aspecten. Een transparante gevel betekent bijvoorbeeld wel koudestraling en zelfs kans op tocht, Whitepaper mei

4 ook met super geïsoleerde ramen. Immers is de oppervlaktetemperatuur bij glas veel lager dan bij een geïsoleerde gevel. Door de warmteafgifte te concentreren op de comfortzones kun je thermisch discomfort bij de bewoners voorkomen. Dan hoeft de thermostaat dus niet omhoog. Daarvoor ben je als installateur wel afhankelijk van de kwaliteit van het gebouw. Dit regel je het beste in een integraal bouwteam. Open ramen en dan? Een angstscenario van de installateur is vaak dat de bewoners, uit gewenning, met open ramen slapen. Dit zorgt voor natuurlijk voor afkoeling van de betreffende ruimte. En moet worden gecompenseerd met extra warmtetoevoer om de streeftemperatuur te behalen. Feit is, dat bewoners die hun ramen open zetten in hartje winter meestal voor lief nemen dat de ruimte afkoelt. En een koudere ruimte heeft minder transmissieverlies, wat de extra benodigde warmtetoevoer beperkt. In monitoring van de energiebehoefte in verschillende homogene passiefhuiswijken bleek het raamgebruik statistisch zelfs helemaal niet relevant. Daarnaast zorgt een goed werkende balansventilatie - dus zonder storende geluiden en met voldoende toevoer juist in de slaapkamers - dat bewoners geen behoefte meer voelen om ramen open te zetten in de winter. Immers is de lucht al fris. En je slaapt echt beter bij een aangename temperatuur zonder de wind om je oren. Warmteverdeling In zeer energiezuinige gebouwen met een constante binnentemperatuur verspreidt zich de warmte via binnenmuren en -wanden. En via de balansventilatie. Niet verwarmde ruimtes worden dus indirect verwarmd. Een concentratie van de toch al kleine - warmteafgifte op de comfortzones en op plaatsen met een risico op discomfort door bijvoorbeeld grote raampartijen is evident. Met een geconcentreerde warmteafgifte hebben de gebruikers ook meer grip op de verwarming. Draaien aan de thermostaat heeft dan namelijk nog enigszins een voelbaar effect. Anders is dat bijvoorbeeld bij LT-vloerverwarming die de warmte over het gehele gebouw verdeelt. Hier voel je nauwelijks of de verwarming aanstaat. En de trage reactie van het systeem werkt niet mee aan de tevredenheid van de gebruiker. Dat wil niet zeggen dat vloerverwarming niet mogelijk is. In principe ben je namelijk vrij bij de vorm en de positionering van de afgifte-installatie in zeer goed geïsoleerde gebouwen. In zeer energiezuinige gebouwen is warmtetoevoer via naverwarmde ventilatielucht vaak voldoende. Hier hydraulische naverwarmers. En een berekening van het per vertrek te installeren vermogen kan vaak achterwege blijven. Een capaciteitsberekening voor de warmteopwekker volstaat. Het resulterende afgiftevermogen voor het gehele gebouw verdeel je dan over de comfortzones. En daarbij kijk je dus ook goed naar de bouwkundige situatie, grote raampartijen, geëxponeerde ruimtes en dergelijk. En vergeet de badkamers niet. Hier verhogen handdoekdrogers klanttevredenheid. Whitepaper mei

5 Gebruikte bronnen: 1) Johnston D., Siddal M., Ottinger O., Peper S., Feist W.; Are the energy savings of the passive house standard reliable? A review of the as-built thermal and space heating performance of passive house dwellings from 1990 to 2018; ) Maaß, J. B., Walther C., Peters I., Erfahrungen mit Passivhaussiedlungen in Deutschland (Schwerpunkt Norddeutschland), ) ISSO-publicatie 51 Warmteverliesberekening voor woningen en woongebouwen 4) NEN-EN Energy performance of buildings - Method for calculation of the design heat load - Part 1: Space heating load 5) Passive House Institute, vertaling: C. Rose; Handboek nzeb-tool Voor het ontwerpen van een (nearly) Zero Energy Building, PHPP versie 9 6) Berekeningen RVO-Referentiewoning op basis van: Krijnen, M., Update referentiewoningen nieuwbouw EPC = 0,4, Referentie: BD3775!Versie: 01/Finale versie, 2015 Deze whitepaper is tot stand gekomen met ondersteuning vanuit de MMIP 3 en 4 regeling van het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat en het Ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties, uitgevoerd door de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland. Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van het consortium Integrale Energietransitie Bestaande Bouw. Whitepaper mei