duurzame energie ir. Eric Willems, ing. Ad van der Aa Rationele energieconcepten gerangschikt naar ambitie Integraal ontwerp waarborgt woningkwaliteit Met de toolkit rationele duurzame energieconcepten geven projectontwikkelaars invulling aan de eerste stap op weg naar het ontwerpen op basis van integrale woningkwaliteit. Tevens kunnen zij hiermee komen tot een brede toepassing van duurzame energie. Het biedt projectontwikkelaars in een vroegtijdig stadium inzicht in kwaliteit, kosten en randvoorwaarden bij de projectrealisatie. 232 energieverbruik (m 3 gas/jr) 3.5 3. 2.5 2. 1.5 1. 5 tot '77 De projectgroep Duurzame Energie Projectontwikkeling Woningbouw (DE/POW) vertegenwoordigt een dertigtal projectontwikkelaars en ontwikkelende corporaties die als groep koplopers de toepassing en realisatie van duurzame energievoorzieningen in de woningbouw stimuleren. Om aan de activiteiten structuur te geven is het businessplan Deam (Duurzame energie achter de meter) opgesteld [1]. In dit businessplan is een divers aantal voorwaarden aangegeven om goede woningen met verschillende ambitieniveaus te realiseren. Een van deze voorwaarden is dat informatie over duurzame energieconcepten in een vroegtijdig stadium van een project beschikbaar moet zijn. Kiezen van energieconcepten kan als energieambitie, comfortniveau en kosten zijn vastgelegd. Vervolgens moeten de energie- en comfortuitgangspunten worden vertaald in bouwfysische eigenschappen en installatietechnische randvoorwaarden: een 'concept'. Op dit moment is in opdracht van de projectgroep en met ondersteuning van Novem een tool ontwikkeld waarmee op eenvoudige wijze rationele component/apparaatniveau '77 - '86 '81 - '91 bb '92 systeemniveau coceptniveau 1. Energiegebruik en ruimteverwarming: bij het zoeken naar energiebesparende opties blijkt dat alleen door verbeteringen op conceptniveau nog winst kan worden geboekt. EPC= 1,4 '95 EPC= 1,2 '98 EPC= 1, ' EPC=,8 '?? concepten kunnen worden gekozen. Door de concrete inhoudelijke inbreng van de projectontwikkelaars is een praktische en direct toepasbaar hulpmiddel ontwikkeld, waarmee in een vroegtijdig stadium installatietechnische en bouwfysische concepten voor woningen kunnen worden gekozen en waarbij tevens het kostenaspect is meegenomen. VAN COMPONENT NAAR CONCEPT Het energiegebruik voor ruimteverwarming is in de afgelopen 25 jaar zeer sterk afgenomen. In afbeelding 1 is het gasverbruik weergegeven van de Novem-referentiewoning in de afgelopen jaren. Lag het verbruik in 1975 nog rond de 3. m 3 aardgas per jaar, momenteel is het verbruik afgenomen tot circa 6 m 3 aardgas per jaar. Een niet geringe ontwikkeling die tot stand is gekomen door aanscherping van de regelgeving. In eerste instantie door toegenomen isolatie-eisen, momenteel in de vorm van de energieprestatieregelgeving. Gevolg van deze ontwikkeling is dat op thans in bouwfysisch opzicht sprake is van een totaal andere woning dan 25 jaar geleden. Een situatie waarvan de bouwwereld zich vaak nog onvoldoende bewust is. De eerste stappen op het gebied van energiebesparing bestonden uit verbetering van individuele componenten en apparaten, zoals isolerend glas, betere kierdichting en beter presterende cv-ketels. Vervolgens heeft de nadruk gelegen op de ontwikkeling van systemen, zoals laagtemperatuurverwarming (ltv), vraaggestuurde ventilatie en geïsoleerde raamsystemen. Echter de inzet van energie-efficiënte componenten en systemen is nu niet meer toereikend om te kunnen voldoen aan de (toekomstige) wettelijke eisen ten aanzien van energieprestatie, luchtkwaliteit en comfort. Nu dient zich de noodzaak aan vanuit een integraal concept de energiezuinigheid van de woning en het binnenklimaat in de woning te beschouwen. In deze integrale benadering wordt gekeken naar het samenspel van op elkaar afgestemde en geoptimaliseerde bouwkundige en installatietechnische systemen, die gezamenlijk leiden tot een goede energiezuinigheid én een goed binnenklimaat.
HUIDIGE BOUWPRAKTIJK: VEILIGHEID OP VEILIGHEID Een integrale benadering is nieuw voor de bouw. In de bouwwereld wordt vaak nog gedacht en gehandeld vanuit een referentiekader dat overeenstemt met de woning uit 1975. Deze integrale benadering is niet alleen een opgave voor het ontwerpproces, maar tevens een opgave voor de uitvoering. In afbeelding 2 is een overzicht gegeven van de procesgang en partijen die betrokken zijn bij de ontwikkeling en realisatie van een woning met vloerverwarming en vloerkoeling, aangesloten op een warmtepompinstallatie. In de initiatieffase van een project worden dikwijls allerlei beloften en toezeggingen gedaan over energiezuinigheid, gezondheid en duurzaam bouwen. Beloften die vaak in een volgende projectfase geen stand houden. Na verwerving wordt het project overgedaan; eerst aan een projectontwikkelaar en vervolgens aan de aannemer die de overige (installatietechnische) partijen aanstuurt. De prestaties van het energiegebruik en binnenmilieu zijn hier de uitkomst van het proces en worden niet beheerst. Hierbij worden de bouwkundige en bouwfysische eigenschappen van de woning als gegeven verondersteld. Vervolgens is de installateur verantwoordelijk voor het ontwerp en de dimensionering van de installatie in de woning. Zo is de leverancier van de warmtepomp verantwoordelijk voor een goed functioneren van de warmtepomp en de leverancier van de WKO-installatie (warmte/koudeopslag) voor de aanleg en dimensionering van de bron in de bodem. Elke partij zal zoeken naar een optimalisatie van zijn eigen product, maar tevens rekening houden met marges, onzekerheden en veiligheden. Resultaat is een bijeenvoeging van losse systemen en componenten, die beperkt op elkaar zijn afgestemd en als eindresultaat een niet te definiëren energiezuinigheid en comfort zullen opleveren. Resultaten uit de praktijk wijzen dan ook op een toenemend aantal klachten op oververhitting in de zomerperiode en tegenvallende energiebesparing. Een toenemende vermindering van de warmteverliezen van een woning leidt ertoe dat ook de warmte in de zomerperiode beter wordt vastgehouden (afbeelding 3). Projecten met klachten over te hoog oplopende temperaturen in de zomer komen vooral voor op die locaties waar spuiventilatie beperkt mogelijk is (bijvoorbeeld door geluidbelasting en luchtkwaliteit). Doordat het totale concept niet geoptimaliseerd is (afbeelding 2), zullen ook de realisatiekosten niet geoptimaliseerd zijn en dus veelal hoger uitpakken dan noodzakelijk. gezondheid EPC DuBo? investering exploitatie? a a n n e m e r afgifte (St. LTV) installateur leverancier 2. Schematische weergave van het huidige bouwproces. 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 warmteverlies en koellast regeltechniek warmtepompen (St. WPK) leverancier marge veiligheid onzekerheid klimaatinstallatie? bodem (NVOE) boorbedrijf/ geohydrologie 1 3 1 2 3 4 5 6 7 juni juli juli juli juli juli juli juli 3. Een resultaat van het zomercomfort in een nieuwbouw-woning voor woonkamer en twee slaapkamers als geen spuiventilatie wordt toegepast (bijvoorbeeld geluidbelaste locatie). INTEGRALE BENADERING: MAATWERK EN PRESTATIE-EISEN Hoe moet dan wel worden gehandeld? Uitgangspunt voor het ontwerp zijn de te bereiken prestaties op het gebied van comfort en energiezuinigheid. Deze zijn integraal en onlosmakelijk met elkaar verbonden.voor de energiezuinigheid wordt door Cauberg-Huygen hierbij de aanpak gevolgd volgens de trias energetica, waarbij in drie stappen het energiegebruik wordt geminimaliseerd. In de eerste plaats door beperking van de energievraag, als tweede het gebruik van duurzame energiebronnen en als laatste stap het efficiënte gebruik van eindige energiebronnen. De beschouwing heeft hierbij niet alleen betrekking op het gebouw, maar ook op de technische installaties en de bodembronnen. Dit vereist deskundigheid van de disciplines bouwfysica, installatietechniek en geohydrologie. In de integrale afweging van maatregelen en daarmee samenhangende kostenoptimalisatie kan het immers zinvol zijn extra bouwkundig te isoleren om ervoor te zorgen de bodembron beperkt te houden. Andersom kan het zijn dat extra zonnewarmte in het gebouw in de zomerperiode gewenst c o m f o r t? Te Ti - wk Ti - sk1 Ti - sk2 233
234 ANALYSE PRESTATIES VAN WONINGCONCEPTEN Vooruitlopend op de aanscherping van de EPC-eis naar,8 zijn binnen de toeleverende industrie al de nodige activiteiten te ontdekken.voorbeelden hiervan zijn ontwikkeling van verwarming van warmtapwater op HR-niveau en vraaggestuurde ventilatiesystemen op basis van heersende CO 2 - concentratie in de woning. Verder zijn warmtepompen en warmteterugwinning uit douchewater technieken die steeds verder worden verbeterd. De projectontwikkelaars kunnen zich hiermee reeds voorbereiden op de toekomstige markt. In combinatie met de toenemende behoefte aan comfort is uit de rationele energieconcepten af te leiden wat de concepten van de nabije toekomst zullen zijn. De concepten zijn ingedeeld in vier ambitieniveaus van CO 2 -reductieuitstoot die zijn overgenomen uit het business comfort CO 2 / EPC gezondheid - isolatie - glas % - oriëntatie - zonwering investering exploitatie is om de bron weer te kunnen regenereren met in acht name van de eisen voor het binnenklimaat. Het realiseren van een acceptabel binnenklimaat is immers een uitgangspunt dat met computersimulatieberekeningen (TRNSYS) vooraf wordt berekend. In afbeelding 4 is een schema weergegeven, waarin het ontwerpproces is geoptimaliseerd. RATIONELE DUURZAME ENERGIECONCEPTEN Het maken van de juiste keuzen voor een integraal concept blijkt voor een projectontwikkelaar in de praktijk niet eenvoudig. Een keuze van energiebesparende voorzieningen met een goede prestatie op EPC-punten blijkt (meestal) niet trias-energetica - belastingduurcurve - warmteverlies - koellast II. maximaliseer aandeel Duurzame Energie afgifte (St. LTV) energievraag domotica / regelsysteem warmtepompen (St. KWP) totaal-concept prestatie-eisen I. beperk de energievraag bodem (NVOE) gebouw distributie opwekking bron 4. Integrale aanpak met heldere uitgangspunten die leiden tot prestatie-eisen. III. gebruik fossiele brandstoffen zo efficiënt mogelijk bouwkundig ventilatie installaties verwarming, koeling, tapwater thermische isolatie - R c -gevel, dak, vloer - U raam,u glas luchtdoorlatendheid - q v;1 -waarde oriëntatie verdeling glasvlakken gietbouw houtskeletbouw zonwering natuurlijk gebalanceerd vraaggestuurd ventilatoren zomernachtventilatie te openen ramen gasgestookte cv-ketels hoogtemperatuur - radiatoren laagtemperatuur - vloerverwarming warmtepompsysteem - bron, energiepalen warmtelevering boiler/geiser koeiling bemetering leidinglengten buffervat 5. Aspecten die een rol spelen bij de overgang van de keuze voor componenten naar concepten. te leiden tot een goed binnencomfort en tot de gewenste CO 2 -uitstootreductie. Verder spelen investeringskosten uiteraard een grote rol en is inzicht hierin in een vroegtijdig stadium van het beslisproces gewenst. Uit afbeelding 5 blijkt dat een groot aantal aspecten moet worden gekozen, waarvan de prestaties elkaar ook nog onderling beïnvloeden. Op verzoek van de projectgroep DE/POW is, met financiële ondersteuning van Novem, een tool opgezet om rationele duurzame energieconcepten te selecteren. Op basis van informatie uit de tool is het mogelijk al in een vroegtijdig stadium, op basis van een vastgesteld ambitieniveau, een bouwkundig en installatietechnisch concept vast te stellen. De tool geeft voor vier referentiewoningen inzicht in de te bereiken energiebesparing, de CO 2 -uitstootreductie, de EPC, het te bereiken comfortniveau, temperatuur overschrijdingsuren (TO) en de investeringskosten. In de verschillende concepten worden keuzen gemaakt ten aanzien van het ventilatiesysteem, de warmte/koudeopwekking, het temperatuurniveau, het type afgiftesysteem en de warmtapwaterverwarming. Deze concepten (circa dertig per woningtype) zijn vooraf bepaald aan de hand van rationele (logische) combinaties van installatietechnische en bouwkundige voorzieningen, in relatie tot het te beschouwen woningtype en de projectgrootte, comfort en energieprestatie. Bij vloerverwarming zijn er bijvoorbeeld randvoorwaarden aan het type ventilatiesysteem (tocht), maar ook aan de isolatie van de gevel (koudeval). Verder moet vloerverwarming bij koeling een rol spelen ten aanzien van het thermisch evenwicht in de bodem.tevens houdt een goede isolatie en luchtdichtheid de capaciteit van de warmtepomp beperkt, en daarmee ook de kosten.
plan Deam [1] en weergegeven in tabel 1. In afbeelding 6 staat een overzicht van de kosteneffectiviteit van de CO 2 - uitstootreductie van de concepten. Ter illustratie zijn enkele concepten kort benoemd. Alle concepten zijn ingedeeld naar drie comfortniveaus die afhangen van het aantal TO-uren. Alle concepten voldoen aan TO < 4 uur. Tevens is voor een aantal bouwfysische maatregelen het effect op de binnentemperatuur in kaart gebracht (afbeelding 7). AANPAK CONCEPTKEUZE MET DE TOOLKIT In afbeelding 8 is een representatief bouwplan gegeven, zoals vele nieuwbouwlocatie worden ontwikkeld, wat betreft de projectomvang en bebouwingsdichtheid. Het bouwplan bestaat uit in totaal circa 158 grondgebonden woningen en circa 62 appartementen. Het bouwplan is in te delen in drie deelplannen. Deelplan A bestaat uit acht blokken met drie-kappers en een appartementengebouw dat bestaat uit circa achttien appartementen. Deelplan B is een slangenmuur en drie blokken met acht eengezinswoningen. Deelplan C bestaat uit circa 11 eengezinswoningen en twee appartementengebouwen die elk bestaan uit circa 22 appartementen. Met de groslijst van installatieconcepten uit de 'tool rationele concepten' kunnen selecties worden gemaakt van relevante concepten voor de drie deelplannen. Hierbij kan een onderscheid worden gemaakt naar individuele en collectieve installaties. De concepten zijn uitgewerkt op basis van energiezuinigheid, thermisch comfort, bouwfysische randvoorwaarden, maandelijkse energielasten voor de bewoners, investeringskosten (uitgesplitst naar gebouwgebonden en installatietechnisch) en gezondheidsaspecten. Voor de collectieve installaties (per bouwblok) wordt voldoende informatie gegeven om exploitatieberekeningen uit te voeren die bij outsourcing van toepassing zijn. De toolkit gaat niet in op grootschalige energielevering via distributienetten, zoals stads- of wijkverwarming. Momenteel is besloten de ontwikkeling in twee richtingen verder uit te breiden. In opdracht van de projectgroep DE/POW is door De Haas&Partners gewerkt aan het opzetten van een kwaliteitslabeling voor nieuwbouwwoningen. Koppeling van de kwaliteitsprofielen aan de tool voor rationele duurzame energieconcepten biedt de mogelijkheid op basis van keuzen, die zijn gemaakt in het kader van de kwaliteitslabeling, te vertalen naar prestatie-eisen waarmee integrale installatieconcepten voor woningen kunnen worden geselecteerd. Als laatste lijkt een toets ten aanzien van materiaalkeuzen nog wenselijk. ambitieniveau 6.Voorbeeld van een analyse van CO 2 -reductie voor klimatisering/warmtapwaterverwarming en investeringskosten. CO 2 -uitstootreductie voor klimatisering en warmtapwater EPC-indicatie < 25 % circa,9 1 25-35 % BB 26 (<,8) 2 35-45 % Ca 75 3 45-55 % Ca 65 4 > 55 % Ca 55 Tabel 1. Ambitieniveau DE-concepten. vraaggest. vent/ WP+LTV/ WPboiler HR17 TO>25 uren/jaar HR17-combi/ 6 5 4 3 2 1 meerkosten t.o.v. referentie [euro/woning] 2. 16. 12. 8. 4. analyse overschrijdingsuren HSB 5a ambitieniveau 1 2 3 4 % 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% CO 2 -reductieuitstoot voor klimatisering en warmtapwater [%] rijtjeswoning gietbouw 5a HSB/GB 8 galerijwoning gietbouw 5 22 HR17-combi rijtjeswoning galerijwoning Combi- WP/ Coll WP+HR17/ vraaggest,ventilatie Coll WP+HR17 nacht ventilatie nachtventilatie actieve koeling actieve koeling 7.Voorbeeld van een analyse van de optredende binnentemperatuur in de zomerperiode. 235
8. Schematische weergave van een bouwplan. Parallel aan de ontwikkeling van de tool wordt onder leiding van Bam Vastgoed door een aantal leden van de projectgroep DE/POW gewerkt aan een toolkit [4]. Als basis voor de toolkit is een analyse van de kwaliteitsprofielen en realistische energieconcepten uitgevoerd. Aan de hand van het 'verkoopprofiel' van projecten voor de verschillende locaties in het land is gekeken welke concepten hier het beste bij passen. Per referentiewoning gaat het om circa dertig verschillende concepten met per concept een aantal subvarianten. Om gegevens hanteerbaar te maken is een computertool ontwikkeld waarmee aan de hand van in te geven uitgangspunten, zoals gewenste energiebesparing, gewenste CO 2 -reductie en gewenst comfortniveau, automatisch een beperkt aantal toepasbare installatieconcepten worden geselecteerd. Hierbij is het denkwerk en rekenwerk reeds uitgevoerd en kan op basis van prestatie-eisen, zoals comfortniveau, EPC, ambitieniveau CO 2 -uitstootreductie, geluidbelasting en investeringskosten, een overzicht worden verkregen van concepten die hieraan voldoen. Vanzelfsprekend blijven berekeningen voor het definitieve ontwerp nog steeds noodzakelijk (afbeelding 9).Vanzelfsprekend zijn gedetailleerde berekeningen in het definitief ontwerp nog steeds noodzakelijk. Gezien de behoefte aan kwaliteitsborging in het totale proces van de bouwketen is ook gedacht aan koppeling van de geautomatiseerde tool aan ontwerp- en uitvoeringsrichtlijnen, zoals Isso-publicaties. Op basis hiervan ontstaat een instrument waarmee de in de initiatieffase van een proces vastgelegde kwaliteit eenduidig van fase naar fase wordt meegenomen tot en met de realisatiefase. De MKK-structuur, waarin een aantal belangrijke Isso-publicaties zijn uitgewerkt, biedt hier alle mogelijkheden toe. 9.Voorbeeld van een invoerscherm van een computertool (in voorbereiding) voor de selectie van rationele energieconcepten aan de hand van kwaliteitsniveaus voor comfort, duurzaamheid en EPC-waarde. COMPUTERTOOL ONTWIKKELD CONCLUSIE Met de toolkit rationele duurzame energieconcepten geven de projectontwikkelaars invulling aan de eerste stap op weg naar het ontwerpen op basis van integrale woningkwaliteit waarbinnen de mogelijkheid van een brede toepassing van energiebesparing en duurzame energie is opgenomen. Dit biedt projectontwikkelaars in een vroegtijdig stadium veel inzicht in de kwaliteit, kosten en randvoorwaarden bij de projectrealisatie. Verder biedt de tool rationele DE-concepten de mogelijkheid tot een koppeling met de kwaliteitsprofielen, exploitatiemodellen en ontwerp- en kwaliteitsborging via Isso-publicaties. De komende jaren zal de projectgroep DE/POW zich inspannen dit ambitieuze traject te realiseren. Literatuur [1] Businessplan Deam van projectgroep Duurzame Energie Projectontwikkeling Woningbouw,Ten Kroode & Van Zee, 23. [2] Onderbouwing en uitgangspunten rationele duurzame energieconcepten, Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs BV, 25. [3] Eindrapport Kwaliteitsprofielen, F. de Haas & Partners in opdracht van Kompasprogramma Novem, 24. [4] Toolkit realistische woningconcepten, Bam Vastgoed - Cauberg-Huygen - F. de Haas&Partners in opdracht van DE/POW met ondersteuning van Novem, gereed 25 (elektronische versie in voorbereiding). Auteurs Ir. Eric Willems en ing. Ad van der Aa, Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs BV, Rotterdam. 237