building technology Natuurlijke ventilatie Hoofdstuk 1: Besparen ten koste van de gezondheid? Ja, wel op energie maar niet op uw gezondheid. Een thema dat terecht meer aandacht verdient. Kiezen voor een energiezuinige woning is belangrijk, maar die energiezuinige woning moet ook een gezonde woning zijn met een goede luchtkwaliteit en een aangename temperatuur het hele jaar door. Energieneutraal of een glazen stolp? Sinds de invoering van de Energieprestatienorm investeren we sterk in het terugdringen van energieverlies. Isolatie vormt hiervoor het middel bij uitstek want een hogere isolatiegraad vermindert enerzijds het warmteverlies en maximaliseert anderzijds de warmtewinst. Onze gebouwen zijn daardoor steeds beter geïsoleerd, luchtdichter en dus energiezuiniger. Een goede zaak, maar tegelijkertijd is een goede ventilatie nodig voor een gezonde binnenlucht. En daar schieten veel gebouwen nog tekort. Gemiddeld 85% van onze tijd brengen we binnenshuis door. Een gezond binnenklimaat met een evenwichtige balans tussen isolatie en ventilatie is dan ook uitermate belangrijk. Maar net hier ontstaat de laatste jaren een probleem. In onze inspanningen naar lage energie of zelfs nulenergiewoningen mogen we niet vergeten dat de gezondheid van de bewoner nog altijd op de eerste plaats komt. Gezond leven start immers met gezond wonen. Besparen op energie = besparen op gezondheid? Slecht onderhouden ventilatiesystemen en onvoldoende geventileerde gebouwen hebben een nefaste invloed op onze gezondheid. Zo daalt bijvoorbeeld het concentratie en prestatievermogen van diegene die in deze gebouwen vertoeven. Ook hoofdpijn, duizeligheid, vermoeidheid, irritaties aan ogen en bovenste luchtwegen behoren tot het standaardklachtenpakket. Welke producten? Energiezuinige bouwproducten en technieken: nachtkoeling, warmtepompen of zonneenergiesystemen en dakramen, natuurlijke en hybride ventilatie. De afweging tussen een gezond binnenklimaat en energiebesparing zal in de toekomst nog sterker aan belang winnen. Een gelijke behandeling voor elk type ventilatiesysteem, meer aandacht voor kwalitatieve, onderhoudsarme en gebruiksvriendelijke systemen, investeren in gezonde woningen, schoolgebouwen en kantoren. Zodat ventilatie bijdraagt aan een gezond en energiebewust leefcomfort. 1
Hoofdstuk 2: de ventilatiesystemen Een ventilatiesysteem bestaat uit componenten die: de lucht toevoeren naar de zogenaamde leefruimtes (droge ruimtes) zoals woonkamer, slaapkamers, de lucht vervolgens doorvoeren via doorvoeropeningen in de binnendeuren naar de vochtige ruimtes de vervuilde lucht afvoeren naar buiten vanuit de vochtige ruimtes zoals badkamer, keuken, toilet en wasplaats 4 ventilatiesystemen worden onderscheiden: Ventilatiesysteem A: natuurlijke luchttoevoer via ventilatieroosters natuurlijke luchtafvoer via schouw(en) Ventilatiesysteem B: mechanische luchttoevoer via ventilator(en) natuurlijke luchtafvoer via schouw(en) Ventilatiesysteem C: natuurlijke luchttoevoer via ventilatieroosters mechanische luchtafvoer via ventilator(en) en kan vraaggestuurd zijn warmterecuperatie is mogelijk via een luchtwarmtepomp Ventilatiesysteem D: mechanische luchttoevoer via ventilator(en) mechanische luchtafvoer via ventilator(en) warmterecuperatie is mogelijk via een warmtewisselaar Comfort Natuurlijke ventilatie via raamroosters werkt zonder motoren, dus geluidloos. Buitengeluiden worden doorgegeven, maar veel minder dan via een open raam. Waar de geluidsdruk hoog is, bijvoorbeeld in een drukke straat, bieden de akoestische verluchtingen met hun bijzondere geluidwerende eigenschappen een oplossing. Overigens wordt door veel mensen de totale afwezigheid van geluid niet op prijs gesteld. Je hoort dan ook niet meer het fluiten van vogels of het geluid van spelende kinderen. Natuurlijke ventilatie zorgt ervoor dat mensen zich niet "buitengesloten" voelen en dat draagt bij aan comfort en algemeen welbevinden. 2
Hoofdstuk 3: Wat kost ventileren? Ventilatie van woningen en gebouwen is van steeds groter belang geworden en de bijbehorende kosten nog meer. Veel mensen zijn bang dat door ventilatie alle verwarmde lucht verdwijnt. Dat is dan een reden om in de winter zeer spaarzaam te ventileren. Natuurlijk kost ventileren warmte en dus geld, maar de warmte die met ventileren verloren gaat wordt vaak sterk overschat. Om geld te besparen moeten er meestal prijzen worden vergelijken. Soms is dat erg moeilijk omdat producten zich niet zo gemakkelijk laten vergelijken. Vaak zijn er ook meerdere vergelijkingen mogelijk. Wij hebben een vergelijking gemaakt tussen natuurlijke ventilatie en gebalanceerde ventilatie met warmte terugwinning. Gebalanceerde ventilatie met hoog rendement warmteterugwinning is een veel genoemd systeem om extra energie te besparen. Hoe verhoudt dit systeem zich tot natuurlijke ventilatie? Wat is de totale kost na 15 jaar? Hierna vindt u een vergelijkende tabel, opgesteld in samenwerking met de Universiteiten van Gent, Leuven en LouvainlaNeuve. Wat wordt berekend van de verschillende ventilatiesystemen? 1. Jaarlijkse primair energieverbruik als gevolg van ventilatie Hierbij wordt het primair energieverbruik van de vier ventilatiesystemen berekend, éénmaal volgens de EPBmethodiek, waarbij van een gemiddeld theoretisch ventilatiedebiet van 325 m³/h wordt uitgegaan. Aangezien de praktijk uitwijst dat dit debiet eerder 150 à 200 m³/h bedraagt, zijn de ventilatieverliezen en het ventilatorverbruik dus ook beduidend lager. 2. Jaarlijkse CO 2 uitstoot als gevolg van ventilatie Bij deze vergelijking is de CO 2 uitstoot van ventilatie over alle systemen heen in de praktijk dan ook veel lager dan volgens de EPBmethodiek wordt aangenomen. 3. Jaarlijkse energiekosten (elektriciteit en aardgas) om te ventileren In werkelijke energiekosten per jaar toont deze vergelijking aan dat de vier systemen allemaal tussen de 180 à 250 liggen. Hieruit is pijnlijk duidelijk dat de systemen A, C en vraaggestuurde C zwaar benadeeld worden in de EPBmethodiek. Indien de Epeilpunten een realistische weergave zouden zijn van de werkelijke energiebesparing, dan zouden de punten voor elk systeem veel dichter bij elkaar komen te liggen. Totale Actuele Kost (TAK) over een periode van 15 jaar om te ventileren Wanneer men de Totale Actuele Kost berekent over de gemiddelde levensduur van de ventilatiesystemen, dwz de investeringskost + de energiekost en de onderhoudskosten gedurende 15 jaar, dan blijkt dat het systeem D met warmterecuperatie dat als meest energiezuinige wordt beoordeeld volgens de EPBmethodiek plots de minst energiezuinige en duurste oplossing te zijn! 3
Totale Actuele Kost ( ) Jaarlijkse energiekosten ( /jaar) Jaarlijkse CO2uitstoot (kg/jaar) Primair energieverbruik (kwh/jaar) Vergelijking ventilatiesystemen in woningen naar energieverbruik, CO 2 uitstoot en kosten volgens EPBmethodiek en praktijkgerichte berekening 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Systeem A Berekening praktijk 3482 2611 6711 Systeem C Berekening EPB 3840 2880 7402 Systeem C vraaggestuurd 2560 1920 438584 438 438584 4934 438 Systeem D WTW 66% Ventilatieverliezen Ventilatorverbruik 1280 960 13141752 2494 1314 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Berekening praktijk 756 567 1456 Berekening EPB 927 695 1781 649 487 1246 558 419 1067 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Berekening praktijk 191 144 369 Berekening EPB 211 158 3242 407 141 106 32 3242 271 32 70 53 95126 Aardgas Elektriciteit 137 95 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 Berekening praktijk 830 20432724 2000 Onderhoudskost over 15 jaar Energiekost over 15 jaar Initiële investeringskost 830 27023602 2250 1349 19512601 3000 2439 20972796 5000 Systeem A Systeem C Systeem C vraaggestuurd Systeem D WTW 66% 4
Volgende bronnen werden geraadpleegd bij het uitvoeren van de simulaties Prof. dr. ir.arch. Arnold Janssens en irarch. Jelle Laverge, Universiteit Gent, Bouwfysica Prof. dr. ir.arch. Dirk Saelens, Katholieke Universiteit Leuven, Bouwfysica ir.arch. Geoffrey Van Moeseke, Université Catholique de Louvain, Architecture et climat, MATRIciel Caillou, S. & Van Den Bossche, P. (2009). Towards comparable and relevant heat recovery efficiencies. Proceedings Passivehouse Symposium, Brussel, 1113 september 2009 Krus, M. et al. (2009). Calculation of the primary energy consumption of a supply and exhaust ventilation system with heat recovery in comparison to a demandbased (moisturecontrolled) exhaust ventilation system. Proceedings of 4 th International Symposium on Building and Ductwork Air Tightness and 30 th AIVC Conference, Berlijn, 12 oktober 2009 Maier, T. et al. (2009). Comparison of physical performances of the ventilation systems in lowenergy residential houses. Energy and Buildings, 41, 337353 Schild, P.G. (2004). Airtoair heat recovery in ventilation systems. AIVCVIP, n 6, 12 p. Vlaamse overheid: Departement welzijn, volksgezondheid en gezin: EPIstudie I (2008), 94 p. Het klimaat en energiebeleid in de 3 gewesten: CO 2 emissiefactoren Producenten van ventilatiesystemen: investeringskosten Energieprestatie en binnenklimaat regelgeving in de 3 gewesten (EPB/PEB) Rentokil, gespecialiseerd onderhoudsbedrijf www.degreedays.net; www.aardgas.be 5
Volgende aannames werden gehanteerd bij het uitvoeren van de simulaties Gemiddeld ventilatiedebiet volgens EPBmethodiek volgens praktijkmethodiek Zelfregelende toevoerroosters Gemiddelde debietsdaling via zelfregelendheid en/of vraagsturing Gemiddeld rendement Systeem A 325 m³/h 150200m³/h Ja, klasse P3 Systeem C 325 m³/h 150200m³/h Systeem C vraaggestuurd 325 m³/h 150200 m³/h Systeem D WTW 66% 325 m³/h 150200 m³/h Nee Ja, klasse P3 9.33% 0% 33% 0% 66% warmterecuperatie insitu Gemiddeld ventilatorvermogen 2027 W 2027 W 6080 W Investerings/installatiekost 2000 2250 3000 5000 Vervangingskost filters 75 /jaar Professioneel onderhoud om de 3 jr 80 /jaar 80 /jaar 130 /jaar 160 /jaar Elektriciteit Aardgas Energieprijs 0.18 /kwh 0.055 /kwh CO 2 uitstoot 0.40 kg/kwh 0.217 kg/kwh Conversiefactor primaire energie 2.5 1 Aantal graaddagen volgens praktijkmethodiek 2400 K.dag Volume woning gebruikt in EPBmethodiek 648 m³ Actualisatiegraad bovenop de inflatie 5% Prijsstijging energie bovenop de inflatie 4.3% Levensduur ventilatiesysteem 15 jaar Conclusie: Er is een grote discrepantie tussen de theoretische energiebesparing volgens de EPBmethodiek en de werkelijke energiekost in de praktijk. De jaarlijke energiekosten voor de vier systemen liggen minder ver uiteen als wordt aangenomen. Wanneer men echter de totale kost over de levensduur van het systeem berekent, inclusief de onderhoudskosten, dan is natuurlijke ventilatie nog steeds de goedkoopste oplossing. 6
Hoofdstuk 4: de bijnanulenergiewoning in 2020 Op 19 mei 2010 werd de herziening van de Europese richtlijn Energy Performance of Buildings (2010/31/EUpublicatie: 18 juni 2010) officieel goedgekeurd. Deze herziening heeft verregaande gevolgen voor de Europese bouwsector, zowel naar nieuwbouw als renovatie toe. Het energieverbruik in gebouwen moet drastisch dalen zodat op termijn, namelijk begin 2021, alle nieuwbouw beantwoordt aan het begrip "bijnaenergieneutraal". De herziene EPBrichtlijn definieert een bijnaenergieneutraal gebouw als een gebouw met een zeer hoge energieprestatie. De dichtbij nul liggende of zeer lage hoeveelheid energie die vereist is, dient in zeer aanzienlijke mate te worden geleverd uit hernieuwbare bronnen die ter plaatse of dichtbij wordt geproduceerd. Een meer concrete invulling van het begrip "bijnaenergieneutraal niveau" gebeurt momenteel door de afzonderlijke lidstaten of regio's. Het is duidelijk dat elke component van een gebouw voldoende performant moet zijn om het energieverbruik in gebouwen te minimaliseren. Thermische isolatie, luchtdicht bouwen, ventilatie met warmterecuperatie, staan momenteel hoog op de agenda in België. Passief bouwen is hét voorbeeld waarbij deze bouwtechnieken worden opgelegd. Maar er zijn duidelijk meerdere wegen om te komen tot een bijnaenergieneutraal gebouw. Bovendien dienen woningen en gebouwen niet alleen energiezuinig, maar in de eerste plaats gezond en comfortabel te zijn. Elementen zoals natuurlijke ventilatie, daglichttoetreding, voldoende zonwering, beperken het energieverbruik, maar zorgen daarnaast voor een gezonde en comfortabele leef en werkomgeving. De definitie van een "bijnaenergieneutraal gebouw" moet dan ook keuzevrijheid bieden in het toepassen van diverse energiezuinige, comfortabele en/of innovatieve bouwproducten of technieken. Dat zeer lage tot bijnaenergieneutrale woningen via verschillende bouwconcepten kunnen bereikt worden, wordt in de volgende tabel met diverse varianten geïllustreerd. Het Epeil onderaan de tabel is een maat voor het resterende energieverbruik. Wanneer volgens de passiefstandaard wordt gebouwd, bereikt men een Epeil in de grootteorde van E30E50. De woningvarianten onderscheiden zich ondermeer naar ventilatiesysteem en warmteopwekkingstoestel. Hieronder vindt u een aantal goed geïsoleerde en luchtdichte woningen in 3D geïllustreerd met technieken die toelaten om heel energiezuinig of energieneutraal te bouwen. 7
en voor de bouw van zeer lage energie tot bijnaenergieneutrale woningen en het gemiddelde Epeil volgens de energieprestatieregelgeving 1 2 3 4 5 6 7 Warmteisolatie: Kpeil K30 Luchtdichtheid: v 50 (m³/h/m²) 4 LTverwarming (35 C) x x x x x x x Type opwekkingstoestel Conketel (COP=3.5) (COP=5) ketel (COP=3.5) (COP=5) Con (verwarming + warm WP WP WP WP water) (107%) (107%) Ventilatiesysteem A (P3) A (P3) A (P3) C (m=1) C (m=1) C (m=0.6) WP (COP=3.5) Energiezuinige ventilator(en) x x x x Zonwering x x x x x x x Daglichttoetreding x x x x x x x Natuurlijke koeling x x x x x x x Benutting thermische massa x x x x x x x Zonneboiler (5 m²) x x x x x x x PVpanelen (10 x 230 Wp) x x x x x Gemiddeld Epeil 49,6 22,8 19 45,7 20,7 14,4 17,4 D (80%) Warmteisolatie: Kpeil 8 9 10 11 K20 12 13 14 Luchtdichtheid: v 50 (m³/h/m²) 1 LTverwarming (35 C) x x x x x x x Type opwekkingstoestel Conketel (COP=3.5) (COP=5) ketel (COP=3.5) (COP=5) Con (verwarming + warm WP WP WP WP water) (107%) (107%) Ventilatiesysteem A (P3) A (P3) A (P3) C (m=1) C (m=1) C (m=0.6) WP (COP=3.5) Energiezuinige ventilator(en) x x x x Zonwering x x x x x x x Daglichttoetreding x x x x x x x Natuurlijke koeling x x x x x x x Benutting thermische massa x x x x x x x Zonneboiler (5 m²) x x x x x x x PVpanelen (10 x 230 Wp) x x x x x Gemiddeld Epeil 36,1 14,3 11,8 32,8 12,3 7,6 9,4 D (80%) Conketel COP Epeil LTverwarming m P3 WP condensatieketel coefficient of performance of het laborendement van de warmtepomp karakteristiek primair energieverbruik lagetemperatuurverwarming (vb. vloerverwarming) maat voor het gemiddeld ventilatiedebiet bij vraaggestuurde ventilatie zelfregelendheidsklasse van de luchttoevoerroosters warmtepomp 8
Hoe ziet de bijnaenergieneutrale woning in 2020 eruit? 9
10
Hoofdstuk 5: een passende oplossing Natuurlijke ventilatie: de juiste beslissing voor de gezondheid, het milieu en de portemonnee.(*) De wetgeving kent vandaag de dag steeds meer voordelen toe aan systemen met warmteterugwinning, waarin zowel de toevoer als de afvoer van lucht mechanisch gebeurt. «Omdat we onze gebouwen tegenwoordig steeds beter isoleren, neemt ventilatie in die woningen een steeds belangrijkere plaats in» verduidelijkt Dominique Du Tré, Directrice bouwmaterialen van Agoria. «Dit is ook logisch, aangezien men tegen 2020 naar bijnanulenergiewoningen wil evolueren. Dit is een echte uitdaging, en het is zeker dat we gebruik moeten maken van nieuwe technologieën. Maar een ventilatiesysteem moet eerst en vooral voldoen aan de verwachtingen van de gebruikers: het moet energieefficiënt zijn natuurlijk, maar ook betaalbaar blijven en het allerbelangrijkste, het mag op geen enkele wijze een negatief effect op de gezondheid van de bewoner hebben». Ventilatie, van kapitaal belang voor onze gezondheid Zoals Professor Stevens van de Universiteit van Antwerpen stelt, kan gebrekkige ventilatie van gebouwen zeker een nadelig effect hebben op de gezondheid van de bewoners. Wanneer de relatieve luchtvochtigheid of de temperatuur te hoog oploopt kunnen schimmels, bacteriën en mijten zich snel ontwikkelen, waarop we op onze beurt allergische reacties kunnen krijgen. In extreme gevallen kan dit longfibrose en alveolitis in de hand werken. Dit komt vooral voor bij kinderen, aangezien zij hieraan erg gevoelig zijn. Net zoals bij airconditioning systemen, zitten er in mechanische ventilatiesystemen van het type D luchtfilters, welke voor een goede luchtkwaliteit geregeld moeten worden gereinigd en/of vervangen. Doordat de ventilatoren vaak op moeilijk bereikbare plaatsen worden geïnstalleerd en doordat het onderhoud behoorlijk kostelijk is, resulteert dit in de praktijk al te vaak in slecht onderhouden installaties. Wat op zijn beurt dan weer een negatief effect op de gezondheid kan geven. Bij ventilatiesystemen waarbij de toevoer van lucht op een natuurlijke manier gebeurt (systemen A en C), doet dit probleem zich niet voor: de lucht wordt ververst via natuurlijke toevoerroosters en vervolgens naar buiten afgevoerd, waardoor het dus niet doorheen filters stroomt. En vanuit het standpunt van energiegebruik? Mechanische ventilatie met warmteterugwinning wordt algemeen voorgesteld als dé oplossing in het kader van energiebesparing. Ir. Arch. Geoffrey Van Moeseke, onderzoeker aan de UCL, merkt nochtans op dat in termen van energieverbruik, de mechanische systemen, zoals we die vandaag de dag kennen, niet het economische optimum zijn. In de wintermaanden kan de warmteterugwinning van het ventilatiesysteem inderdaad een gunstig effect hebben op de stookkosten. In de warmere maanden, wanneer warmteterugwinning geen gunstig effect meer heeft, mogen deze ventilatoren volgens de wetgeving echter niet worden onderbroken. Wanneer men zou mogen kiezen voor een combinatie van natuurlijke en mechanische systemen, zou men deze ventilatoren in de maanden april tot september af kunnen zetten en de basisventilatie via natuurlijke toe en/of afvoer doen. In de zomer zou men natuurlijke ventilatie bijvoorbeeld ook extra kunnen aanwenden om de gebouwen af te koelen (het zogeheten night cooling ). Bovendien kunnen innovatieve natuurlijke vraaggestuurde systemen ook een interessant antwoord bieden vanuit energieoogpunt. Maar ook reeds op de markt zijnde natuurlijke systemen hebben zeker bewezen kwaliteiten. 11
Natuurlijke ventilatie en nieuwe technieken De natuurlijke en mechanischeafvoerventilatie systemen de laatste jaren enorm geëvolueerd. De verwarmingskosten worden zo bijvoorbeeld al beperkt door vraaggestuurde systemen. Wat scholen en nietresidentiële gebouwen betreft, zijn ook deze groep gebaat met bijvoorbeeld natuurlijke vraaggestuurde ventilatie. Professor emeritus Hugo Hens presenteerde de studie van de KUL, welke door meting van 23 klaslokalen aantoont dat het binnenklimaat hier meestal erg slecht is. Men opent vaak enkel een venster tussen twee lessen, waardoor de binnenluchtkwaliteit op het moment van de lessen zelf erg te wensen over laat, met bijvoorbeeld concentratieproblemen en slaperigheid tot gevolg. Een gecontroleerd systeem in functie van de behoefte, zou een performante verbetering teweeg brengen. Een evenwicht tussen kosten en performantie De mechanische systemen hebben een hoge kostprijs, maar daarbovenop nog een hoge onderhoudskost. Ir. Bernard Wallyn van de Vlaamse Maatschappij voor Sociale huisvesting stelt zich dan ook hardop de vraag of sociale woningen die 40 à 70% duurder worden door de steeds strenger wordende wetgeving, ten koste zullen gaan van het aantal woningen. Ook heeft de zeer snel evoluerende wetgeving als gevolg dat er geen tijd is om nieuwe technieken te beoordelen, noch om eventuele kinderziekten eruit te filteren.fonetisch lezen Keuzevrijheid Natuurlijke ventilatie biedt een zeer goede energie efficiëntie en heeft zijn kracht al ruimschoots bewezen in gezondheid, comfort en gebruiksgemak. Eens te meer daarom is het van belang dat de overheid de gebruiker de keuzevrijheid laat, om te kiezen voor een ventilatiesysteem dat het beste past bij zijn noden». (*) Op 16 september 2010 organiseerde Agoria in Living Tomorrow een studiedag over de toepassing van de verschillende ventilatiesystemen. Onder het thema besparen op energie, ja, maar niet op gezondheid bracht het «Health Event» wetenschappers, politici, overheden en diverse belanghebbenden van de bouwsector (sociale woningen, kinderopvang, scholen) samen, om na te denken over de impact van ventilatiesystemen op het energieverbruik, maar ook over de gezondheidseffecten ervan op de bewoners. 12