Bepalingsmethode voor de toevoerluchttemperatuurgecorrigeerde ventilatie- en infiltratieluchtstromen >> Als het gaat om energie en klimaat
Binnenkort wordt NEN 7120 van kracht, dat is de nieuwe energieprestatienorm die voor alle gebouwen gaat gelden. Met deze norm kan de energieprestatiecoëfficiënt (EPC) van gebouwen worden berekend. Het Bouwbesluit verwijst voor de bepaling van de energieprestatie namelijk naar NEN 7120. In het verleden werd de energieprestatie bepaald met NEN 5128 voor woningen en NEN 2916 voor utiliteitsgebouwen. De nieuwe NEN 7120 verwijst en dat is echt nieuw voor infiltratie- en ventilatiestromen naar NEN 8088 deel 1. De opzet van dit artikel is om achtergronden en opzet van de NEN 8088-1 aan een zo breed mogelijk publiek uit te leggen. De huidige situatie voor stromen in de energieprestatienormen In de huidige NEN 5128 wordt de ventilatie en infiltratiestromen voor woningen in rekening gebracht met de formule: qv = 0,47 Ag + 0,13 qv10 *1 Deze formule geldt voor alle vier systemen die tot op dit moment worden toegepast: Systeem A Natuurlijke toevoer via roosters en/of klapramen in kamers en natuurlijke afvoer via kanalen uit toiletruimte, douche/badruimte en keuken. Systeem B Mechanische toevoer naar kamers en natuurlijke afvoer via kanalen uit toiletruimte, douche/badruimte en keuken. Systeem C Natuurlijke toevoer via roosters en/of klapramen in kamers en mechanische afvoer via kanalen uit toiletruimte, douche/badruimte en keuken Systeem D Mechanische toevoer naar kamers en mechanische afvoer uit kamers en/of mechanische afvoer via kanalen uit toiletruimte, douche/badruimte en keuken. Bij dit systeem wordt in Nederland vrijwel altijd warmteterugwinning uit afvoerlucht toegepast. Aan deze formule die dus uitsluitend voor woningen geldt, is een vrij uitgebreid onderzoek van TNO voorafgegaan toen de EPC eis nog 1,0 was. Deze studie wordt wel aangeduid als de referentiestudie ventilatie en energie. Deze formule, die leidt tot een totale volumestroom van circa 60 dm3/s voor een woning met een vloeroppervlakte (Ag)van 100 m2 en een qv10 van 100 dm3/s Deze volumestroom van 60 dm3/s was als volgt opgebouwd: De stroom via het ventilatiesysteem 36,0 dm3/s De stroom voor spuien, het openen van ramen 2,8 dm3/s De stroom door infiltratie via de kieren 13,0 dm3/s De stroom die als extra en veiligheid werd aangenomen 7,8 dm3/s Deze laatste stroom wordt onder andere in rekening gebracht voor dwarstransport*2 door de woning, voor het in rekening brengen van de middeling van temperaturen*3 en door de aanname dat mensen weleens meer zouden ventileren dan echt nodig zou zijn. Bij een goede regeling van het ventilatiesysteem is deze laatste stroom eigenlijk niet in zijn geheel noodzakelijk. De stroom die nodig is om het middelen van de temperatuur te corrigeren zou wel nodig zijn natuurlijk. 2 Bepalingsmethode voor de toevoerluchttemperatuur-gecorrigeerde ventilatie- en infiltratieluchtstromen
In de huidige NEN 2916 worden de in rekening te brengen ventilatie- en infiltratiestroom voornamelijk via tabellen geregeld, waarin afhankelijk van het systeem en het type gebouw keuzes kunnen worden gemaakt..*3 Ventilatie en infiltratie spelen meestal in utilitaire bouw een iets minder belangrijke rol dan in woningen. Note *1 In deze formule is Ag het totaal van de vloeroppervlakte in m² van de woning en qv10 de luchtdoorlatendheid van de woning uitgedrukt in een volumestroom in dm³/s bij 10 Pa drukverschil over de gehele schil van de woning. Note *2 Onder dwarstransport wordt hier verstaan de stroom die ontstaat als bijvoorbeeld aan de naar de wind toegekeerde zijde (loefzijde) meer lucht binnenkomt dan die via de afvoer van het ventilatiesysteem op dat moment kan worden afgevoerd. Note *3 Zoals de titel van NEN 8088 al aangeeft, namelijk temperatuur gecorrigeerde luchttoevoerstroom, speelt de temperatuur van de luchttoevoer een belangrijke rol. Immers, koude buitenlucht die in het stookseizoen via het ventilatiesysteem maar ook via kieren en naden het gebouw binnendringt, moet worden opgewarmd en daarvoor moet energie worden geleverd. Note *4 Voor woningen is bij het opstellen van de energieprestatienorm destijds een vrij uitvoerige studie door TNO gedaan. Voor utiliteitsbouw is op basis van toen bekende gegevens uit de literatuur een zo goed mogelijk schatting gemaakt door deskundigen. Waarom een aparte norm voor infiltratie en ventilatie De wereld staat natuurlijk niet stil, inmiddels zijn er ventilatiesystemen op de markt gebracht die allemaal gemeen hebben dat zij de ventilatiestroom zo goed mogelijk trachten af te stemmen op de vraag. Allerlei soorten regelingen om die afstemming te bereiken zijn mogelijk: Tijdsturing. Dat kan bijvoorbeeld net als bij de thermostaat, maar nu voor ventilatie het ventilatiesysteem zo in te stellen dat het overeenkomt met een vooraf bekend, meestal vast bewoningspatroon; Aanwezigheidsturing door infrarood sensoren. Als er mensen zijn, worden die gedetecteerd door de sensoren en de ventilatie wordt op de vraag van de aanwezige personen zo goed mogelijk geregeld; CO2 sturing door via CO2 sensoren te kijken of mensen in de ruimte zijn, hoeveel CO2 zij produceren, en daarop de ventilatie af te stemmen; Relatieve vochtigheidsturing, waarbij de ventilatie wordt verhoogd, indien de relatieve vochtigheid te hoog wordt. Duidelijk is wel dat sinds vraaggestuurde systemen op de markt zijn, die ene simpele formule geen recht meer doet aan de werkelijke stroom waar bij het berekenen van het energiegebruik rekening mee moet worden gehouden. Dat is ook in de praktijk gebleken. Er kwamen behoorlijk veel gelijkwaardigheidsverklaringen op de markt om aan te tonen dat die vraaggestuurde systemen energetisch gunstiger waren bij een tenminste gelijke luchtkwaliteit dan ooit voor de referentiewoning in de referentiestudie was aangenomen. Naarmate de energieprestatie van gebouwen toeneemt, worden de verschillen tussen de op de markt verkrijgbare ventilatiesystemen relatief steeds belangrijker. Het is daarom noodzakelijk om de specifieke kenmerken van die systemen in de energieprestatieberekening tot uitdrukking te brengen. In NEN 8088-1 is een opzet gekozen die daartoe alle mogelijkheden geeft. De eenvoudige, benaderende formule uit NEN 5128 en de tabellen in NEN 2916 zijn daartoe volstrekt ongeschikt. Europese normen voor ventilatie en energieprestatie Ook in Europa is vanzelfsprekend behoefte aan energieprestatienormen. In het kader van de Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) zijn er sinds 2007 veel normen op de markt gekomen, die zich bezighouden met energieprestatie. (zie tabel 1) 3 Bepalingsmethode voor de toevoerluchttemperatuur-gecorrigeerde ventilatie- en infiltratieluchtstromen
Tabel 1 Europese normen voor energieprestatie van gebouwen EN of TR title jaar opmerking EN 15251 Criteria for indoor environment 2007 alle gebouwen EN 15242 Calculation ventilation rates 2007 alle gebouwen EN 15241 Calculation ventilation energy 2007 alle gebouwen EN 15665 EN 12599 5 EN 14134 Determining performance criteria residential ventilation systems Test procedures and measuring methods for handing over installed ventilation and air conditioning systems Inspection of installed ventilation systems 2009 alleen woningen 2007 alle gebouwen 2007 alle gebouwen EN 13829 Determination of air permeability of buildings 2010 alle gebouwen EN 15242 en EN 15241 regelen de energetische consequenties van ventilatie en infiltratie. In EN 15242 wordt voor alle gebouwen geregeld hoe men de stroom door het gebouw moet bepalen, die in rekening wordt gebracht om de energieprestatie te bepalen. Bij de opzet van deze norm was er oorspronkelijk sprake van twee methoden: Expliciete methode Impliciete methode De expliciete methode gaat uit van het berekenen van afzonderlijke stromen voor bijvoorbeeld het ventileren, het spuien, de infiltratie en de stroom die nodig is om bij open verbrandingstoestellen de toetredende lucht voor te verwarmen. De impliciete methode is een methode waarbij in een vereenvoudigd één-zone rekenmodel *5, vrijwel altijd met een computer, alle stromen fysisch zo juist mogelijk worden berekend. Het voordeel van de expliciete methode is dat men alles met de hand kan berekenen en dat alle afzonderlijke stromen direct zichtbaar zijn. Dat geeft ontwerpers redelijk inzicht in het relatieve belang van de afzonderlijke stromen. Het nadeel van de expliciete methode is dat deze fysisch eigenlijk onjuist is. Men kan niet zomaar afzonderlijke stromen optellen, omdat de stromen invloed op elkaar hebben en dus niet onafhankelijk zijn. Het voordeel van de impliciete methode is duidelijk, de resultaten zijn bij een betrouwbare kwaliteit van de invoerparameters fysisch juist, de invloed van de onderlinge stromen op elkaar wordt netjes verwerkt. Het nadeel is dat het resultaat van de modelberekening lastiger te interpreteren is. Vooral van de afzonderlijke stromen zijn in de regel niet zonder meer beschikbaar. Bovendien moet van het gebouw en het ventilatiesysteem een groot aantal karakteristieke gegevens worden ingevoerd. Uiteindelijk is in Europa voor EN 15242 gekozen voor de impliciete benadering. De expliciete benadering is in de definitieve versie geheel verdwenen. Na een uitvoerige discussie heeft de in Nederlandse betrokken normcommissie gekozen voor de expliciete benadering. Iedereen kan dus op papier alle afzonderlijke stromen berekenen. Overigens is het zo dat ook deze expliciete benadering vervolgens ook in Nederland vrijwel zonder uitzondering in een computerprogramma wordt verwerkt. Note *5 Een één-zone ventilatierekenmodel heeft als basis dat alle ruimten in een rekenzone of woning tot één ruimte(zone) worden samengevoegd, waarbij de som van alle stromen naar en uit die ruimte nul is. 4 Bepalingsmethode voor de toevoerluchttemperatuur-gecorrigeerde ventilatie- en infiltratieluchtstromen
De vier soorten stromen in NEN 8088-1 Voor het bepalen van de stromen worden de volgende luchtstromen onderscheiden, waarmee rekening wordt gehouden in de energieprestatie normering: De luchtstroom door het ventilatiesysteem q ve sys De luchtstroom door spuien q ve spui De luchtstroom door infiltratie q ve inf De luchtstroom voor verbrandingslucht q ve verbr De stromen voor het ventilatiesysteem, het spuien en de infiltratiestroom hebben eenzelfde type opbouw namelijk: qve = f index * q ve spec * Ag q ve spec is de specifieke ventilatiecapaciteit Ag is de gebruiksoppervlakte f index kan bestaan uit een aantal correctiefactoren die allemaal f heten maar een andere index hebben. Deze f factoren zijn nodig om allerlei aspecten van het ventilatiesysteem die in werkelijkheid optreden te verrekenen, alsmede om de fysische interactie van de stromen te corrigeren, zodat het totaal dichtbij wat fysisch juist is komt te liggen. Alle grootheden die f heten zijn dimensieloos. Ventilatiesysteemluchtstroom Voor de meeste situaties geldt de volgende vergelijking: qve sys = f kan * ( f reg *f sys) * f τ * q ve spec functie * Ag Voor de systeemstroom zijn de f-factoren: f inst, f kan, f reg, f sys en f τ Daarbij moet f inst apart worden toegelicht. Het is een grootheid voor de werkelijk geïnstalleerde ventilatiecapaciteit. Die behoeft namelijk niet altijd gelijk te zijn aan de minimaal vereiste ventilatiecapaciteit volgens het Bouwbesluit. Met name bij utilitaire bouw is de geïnstalleerde capaciteit vaak groter dan de minimaal in het Bouwbesluit vereiste capaciteit. Afhankelijk van de mogelijkheden om de ventilatie terug te regelen speelt f inst een rol.*6 Note *6 Bij f inst speelt de grootheid f terugregel een rol. f terugregel is 1 voor woningen en voor alle gebouwen bij koudevraag. Voor f terugregel in utilitaire gebouwen met warmtevraag is een berekeningsmethode opgenomen omdat bij utilitaire bouw de werkelijk geïnstalleerde ventilatiecapaciteit vaak aanzienlijk hoger ligt dan de minimaal in het Bouwbesluit vereiste ventilatiecapaciteit. f kan is een correctiefactor voor het lekverlies van de toevoerkanalen in het ventilatiesysteem. Goede kanalen die volgens een bepaalde kwaliteitsmethode zijn gefabriceerd ( LUKA en CEN normen) en geïnstalleerd, behoeven geen correctie en dus is f kan daar 1. Voor minder goede kanalen kan het verlies oplopen tot 10%. f reg is een correctiefactor voor de regeling van het systeem. Naarmate de regeling beter in staat is om af te stemmen op de vraag naar ventilatie zal freg kleiner worden en dat heeft dan weer energiebesparing tot gevolg, dus een lagere EPC. De factor f reg varieert van 1,00 tot 0,52. De laagste waarde van 0,52 betekent dus een besparing op de systeemstroom van 48%. f sys is een correctiefactor voor de relatieve stroom ten opzichte van andere ventilatiesystemen. Naarmate een gebruiker met zijn ventilatiesysteem dichter de gewenste ventilatie kan benaderen is de factor gunstiger. Bij systeem D, waarbij juist de benodigde lucht aan de kamers wordt toegevoerd en ook afgevoerd, is de f factor 1, dat wil dus zeggen geen extra stroom. Bij systeem A met natuurlijke toevoer en afvoer is het voor de gebruiker veel moeilijker om de gewenste stroom te benaderen. Er zal hierbij ook vaak een te grote stroom worden gerealiseerd zonder dat de gebruiker dat merkt. Dat betekent dus een f van 1,24 dus een 24 % grotere stroom dan bij systeem D. f τ is een correctiefactor voor de bezettingstijd 5 Bepalingsmethode voor de toevoerluchttemperatuur-gecorrigeerde ventilatie- en infiltratieluchtstromen
Het zal duidelijk zijn dat een woning een andere bezettingstijd kent dan bijvoorbeeld een kantoor. Bij woningen is de bezettingsfactor 0,80 dus 80 % aanwezigheid terwijl bij kantoren deze factor 0,30 bedraagt dus gemiddeld 30% aanwezigheid. Voor alle factoren zijn in tabellen van NEN 8088-1 rekenwaarden gegeven, afhankelijk van omstandigheden. De grootheden f reg en f sys spelen een zeer bepalende rol. Bij kwaliteits- en gelijkwaardigheidsverklaringen van ventilatiesystemen zal bijna altijd zijn onderzocht welke f reg en f sys voor het specifieke systeem mag worden toegepast bij energieprestatieberekeningen volgens NEN 7120. Spuiluchtstroom q ve spui = f τ * qve spui spec * Ag De spuistroom verdisconteert het gebruik van grote draairamen. Hier is sprake van maar één factor en de specifieke spuistroom die in een tabel wordt gegeven. Er wordt duidelijk onderscheid gemaakt bij het spuien tussen de stookseizoensituatie en de situatie als er geen warmtevraag is. De buitentemperatuur speelt daarbij dus een belangrijke rol. f τ is een factor die te maken heeft met de bezettingstijd. De bezettingstijd wordt in tabel 1 van de norm voor alle in de norm genoemde gebruiksfuncties vastgelegd. Infiltratieluchtstroom q ve inf = f wind * f type2 * f inf * (0,013 qv10 spec) * Ag Naast de gebruiksoppervlakte en de specifieke luchtdoorlatendheid uit een tabel spelen hier de invloedsfactoren windblootstelling, type gebouw en een correctiefactor voor infiltratie een rol. Het is vanzelfsprekend dat als het om infiltratie gaat niet alleen de totale luchtdoorlatendheid van het gebouw een rol speelt, maar daarnaast ook de verdeling van die luchtdoorlatendheid over de schil van het gebouw en de mate waarin de wind en thermiek op die delen werkt. finf is een grootheid die nodig is om de interactie met het ventilatiesysteem te corrigeren. Bij systeem D bijvoorbeeld zal als de systeemtoevoerstroom in balans is met de systeemafvoerstroom altijd binnenkomende dus infiltrerende lucht ook naar buiten worden afgevoerd door de kieren. Dat ligt anders bij systeem C waar een deel van de lucht via de mechanische afvoer verdwijnt en dus gedeeltelijk als systeemstroom wordt gerekend. Verbrandingsluchtstroom De globale formule om dit te berekenen luidt: q ve verbr = f x * q ve spec verbr * Bi Dit is de enige stroom die niet afhankelijk is van het gebruiksoppervlak. Deze stroom is gekoppeld aan de nominale belasting van de open verbrandingstoestellen (Bi). Deze stroom wordt alleen berekend voor open verbrandingstoestellen, waarbij sfeertoestellen en open haarden zijn uitgesloten. Omdat voor nieuwbouw open verbrandingstoestellen vrijwel niet meer voorkomen, wordt qve verbr bij nieuwbouw vrijwel altijd 0. Maar de norm is ook ontwikkeld voor bestaande bouw. Bij bestaande bouw zal deze qve verbr wel een belangrijke rol kunnen spelen. De rekenparameters voor de onderscheiden ventilatiesystemen zijn in principe als volgt bepaald. Van gangbare ventilatiesysteemvarianten, waarvan gelijkwaardigheidsrapporten beschikbaar waren, zijn de systeemprestaties nader geanalyseerd. Op basis hiervan en ervaringsdeskundigheid over de prestatie van de referentie ventilatiesysteemvarianten, zijn de afzonderlijke stromen (systeemventilatie, spuiventilatie en infiltratie) afgesplitst en vervolgens vertaald naar voor die stromen relevante rekenparameters. De vastgestelde grootheden zijn in principe relatief ongunstig als rekenwaarden in de norm opgenomen. Het uitgangspunt is dat in de praktijk 70% van de situaties gunstiger is. Dit is gedaan om de beste varianten binnen een systeemtype er toch goed uit te laten komen. Van enkele bestaande en toegepaste systemen, waarvan geen gelijkwaardigheidsrapporten beschik- 6 Bepalingsmethode voor de toevoerluchttemperatuur-gecorrigeerde ventilatie- en infiltratieluchtstromen
baar waren, zijn uitgaande van de rekenwaarden voor de referentiesystemen, via interpolatie op basis van kennis over de werkings principes en de relatieve prestatie van betreffende ventilatiesystemen de correctiefactoren vastgesteld. Slotopmerkingen Zoals men kan zien is er veel veranderd in de systematiek van het berekenen van de luchtstromen in relatie tot de energieprestatie. De ontwikkelingen op het gebied van ventilatiesystemen en de toenemende energieprestatie-eisen zijn de belangrijkste drijfveren geweest om de eenvoudige rekenformule uit NEN 5128 en tabellen uit NEN 2916 te vervangen door een aparte norm NEN 8088-1. Innovatieve ventilatiesystemen zullen beter tot hun recht komen met de nieuwe opzet. Maar de factoren blijven aan de conservatieve kant zodat er voldoende ruimte blijft voor kwaliteitsverbetering. De in NEN 8088-1 uitgewerkte rekenmethode sluit wat betreft de in rekening te brengen factoren ook aan op wat op Europees gebied in normen is vastgelegd. De mogelijkheid die in NEN 8088-1 is gekozen om de ventilatiesysteemstroom, de spuistroom, de infiltratiestroom en de verbrandingsluchtstroom afzonderlijk te bepalen, en heeft als voordeel dat voor de bouw- en installatiepraktijk bij het ontwerpen van gebouwen duidelijk de verschillende invloedsfactoren kunnen worden afgewogen. Omdat meer factoren, die de EPC beïnvloeden, in de methodiek zijn opgenomen, is de verwachting dat het werkelijke energiegebruik ook dichter zal liggen bij dat wat vooraf via de NEN 7120 kan worden berekend. In een volgend artikel zullen de consequenties van de nieuwe methodiek worden besproken. Daarbij komen dan ook allerlei zaken aan de orde die te maken hebben met het vertalen van stromen naar energiegebruik. Dat betekent informatie over voorverwarming, warmteterugwinning, ventilatorenergie en zonering. 7 Bepalingsmethode voor de toevoerluchttemperatuur-gecorrigeerde ventilatie- en infiltratieluchtstromen
Dit artikel is tot stand gekomen in samenwerking met Agentschap NL en VentGuide, W. de Gids. Dit is een uitgave van: Agentschap NL Postbus 17 6130 AA Sittard T +31 (0) 88 602 92 00 E energie-go@agentschapnl.nl Agentschap NL april 2012 Hoewel deze publicatie met de grootst mogelijke zorg is samengesteld kan Agentschap NL geen enkele aansprakelijkheid aanvaarden voor eventuele fouten. Agentschap NL is een agentschap van het ministerie van Economische Zaken, Landbouw en Innovatie. Agentschap NL voert beleid uit voor diverse ministeries als het gaat om duurzaamheid, innovatie en internationaal. Agentschap NL is het aanspreekpunt voor bedrijven, kennisinstellingen en overheden. Voor informatie en advies, financiering, netwerken en wet- en regelgeving. De divisie NL Energie en Klimaat versterkt de samenleving door te werken aan de energie- en klimaatoplossingen van de toekomst. Divisie NL Energie en Klimaat voert in opdracht van het ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties het programma Energie & Gebouwde Omgeving uit. Wij bieden professionele marktpartijen en overheden ondersteuning bij energiebesparing, duurzame energie en CO₂-reductie van de gebouwde omgeving. 8 Bepalingsmethode voor de toevoerluchttemperatuur-gecorrigeerde ventilatie- en infiltratieluchtstromen