PROTOCOL ENERGIESIMULATIES Vlaams Kennisplatform Woningrenovatie WP3: Kwaliteitsbewaking energiemonitoring
INLEIDING Binnen de IWT Proeftuinprojecten woningrenovaties zullen alle projectuitvoerders gebruik maken van energiesimulatie om ontwerpvoorstellen af te toetsen en te optimaliseren. Deze simulaties bestaan uit de verplichte EPB-simulaties die kunnen aangevuld worden met optionele meer realistische, dynamische simulaties. Om de kwaliteit van de simulatieresultaten te garanderen, en deze resultaten over de projecten heen te kunnen vergelijken, dienen een aantal randvoorwaarden voor de simulaties vastgelegd te worden. Deze randvoorwaarden worden waar relevant opgesplitst tussen standaardwaarden (in zwarte tekst), en optionele waarden (in grijze tekst). Deze optionele waarden laten de projectuitvoerders toe uitgebreidere analyses te maken, die tussen projecten onderling vergelijkbaar zijn en kunnen geanalyseerd worden door het kennisplatform. Uiteraard staat het de uitvoerders van het project vrij om uitgebreidere simulaties uit te voeren en hiervan de resultaten te delen met het kennisplatform. Indien projectspecifieke randvoorwaarden worden toegepast voor bijkomende simulaties, wordt gevraagd de afwijkingen t.o.v. dit simulatieprotocol duidelijk weer te geven a.d.h.v. het bijgevoegd document. 2
INHOUD INLEIDING... 2 INHOUD... 3 A. ALGEMEEN... 4 1. Nota grote aantallen... 4 2. Rapportering... 5 2.1. Dataset... 5 2.2. Vragenlijst Toelichting energiesimulaties... 6 B. EPB... 7 1. Toepassingsgebied... 7 2. Software... 7 3. Simulatievarianten... 7 4. Simulatieparameters... 8 C. Dynamische simulaties... 9 1. Toepassingsgebied... 9 2. Software... 9 3. Simulatievarianten... 9 4. Simulatieparameters... 9 4.1. Klimaat... 9 4.2. Tijdsgegevens... 11 4.3. Site en beschaduwing... 11 4.4. Geometrische conventies... 11 4.5. Materialen en constructie... 12 4.6. Warmteovergangsweerstanden... 12 4.7. Bepaling van (gewogen) temperatuuroverschrijdingen... 12 4.8. Gebruikersprofiel... 13 4.9. Verwarming... 16 4.10. Koeling... 16 4.11. In- en exfiltratie... 16 4.12. Ventilatie... 17 4.13. Natuurlijke ventilatie... 17 4.14. Schakelcriterium voor mobiele zonwering... 18 3
A. ALGEMEEN 1. Nota grote aantallen Indien binnen het proeftuinproject een groot aantal gelijkaardige woningen voorkomen, is het toegelaten om deze onder te verdelen in clusters en een berekening te maken van een beperkter aantal woningen. Er wordt onderscheid gemaakt tussen EPB-berekeningen en dynamische simulaties. Allereerst wordt er gevraagd om zeker EPB-berekeningen te maken van de woningen waarvoor reeds andere informatie verzameld werd (vb. temperatuurmonitoring, enquêtes, historisch energiegebruik, ). De bepaling van het aantal te onderzoeken woningen is analoog aan het reeds verspreide protocol voor de basismeetcampagne. Verder wordt het uitvoeren van dynamische simulaties sterk aanbevolen, maar dit is niet verplicht. Het staat de uitvoerders van het proeftuinproject vrij om te kiezen welke woningen gesimuleerd worden. Indien dynamische simulaties worden uitgevoerd, is het aanbevolen om deze uit te voeren op woningen waarvoor ook EPB-berekeningen en/of andere informatie (temperatuurmonitoring, enquêtes, historische energiegebruiken, ) beschikbaar is. Er wordt onderscheid gemaakt tussen eengezinswoningen en appartementen: Appartementen cluster de appartementen volgens volgende onderscheidende criteria: o ligging appartement inpandig appartement (grenzend aan andere appartementen of naburige gebouwen) zijkant van het gebouw (grenzend aan buitenomgeving) op het gelijkvloers onder het dak in de hoek van het gebouw op het gelijkvloers in de hoek van het gebouw onder het dak grenzend aan onverwarmde ruimtes o planopbouw o wandopbouw o glaspercentage o oriëntatie Stel een nota op van de gemaakte indeling (vb. met planaanduiding). Voer een EPB-berekening uit op minimaal 1 appartement per cluster, met een totaal van minimum 5 appartementen. 4
Eengezinswoningen Meer dan 5 woningen? Ja Nee Homogeen* woningbestand? Pas het protocol toe op alle woningen. Ja Nee Selecteer 5 willekeurige woningen. Voer een EPB-berekening uit. Cluster de woningen a.d.h.v. de criteria voor homogeniteit, en beschrijf de cluster. Voer een EPB-berekening uit op minimaal 1 woning per cluster, met een totaal van minimum 5 woningen. *Criteria voor homogeniteit woningtypologie (open/halfopen/gesloten bebouwing) bouwperiode bruto vloeroppervlakte beschermd volume compactheid wandopbouw glaspercentage oriëntatie type installaties 2. Rapportering 2.1. Dataset Het kennisplatform wil een zo uitgebreid mogelijk dataset verzamelen, waarop analyses kunnen uitgevoerd worden. Daarom wordt er een zo volledig mogelijke feedback gevraagd van de uitgevoerde berekeningen. Voor de EPB-berekeningen wil het kennisplatform zicht niet beperken tot E-peil, K-peil, netto energiebehoefte ruimteverwarming maar alle verschillende energieposten (verwarming, sanitair warm water, hulpenergie ) op maandelijkse basis ontvangen. Omdat de resultaten uit de EPB-software en het EPB-rapport niet zonder meer naar Excel kunnen gekopieerd worden, en het handmatig overtypen te veel werk vergt, wordt gevraagd om alle EPB-files aan het kennisplatform te bezorgen voor verdere verwerking. 5
De resultaten van de dynamische simulaties dienen gerapporteerd te worden voor iedere zone, iedere tijdstap (5 minuten) en de volledige simulatieduur (13 maanden). Afhankelijk van het toepassingsgebied worden minimaal volgende parameters verwacht: Inschatting netto energiebehoefte voor verwarming - Luchttemperatuur - Operatieve temperatuur - Netto energiebehoefte verwarming - Transmissieverliezen - Ventilatieverliezen - In-/exfiltratieverliezen - Interne warmtewinsten - Zonnewinsten Controle thermisch zomercomfort - Luchttemperatuur - Operatieve temperatuur - Netto energiebehoefte verwarming - Transmissieverliezen - Ventilatieverliezen - In-/exfiltratieverliezen - Natuurlijke ventilatieverliezen - Interne warmtewinsten - Zonnewinsten - PMV-waarde - PPD-waarde - Positie van alle vensters - Positie van alle zonweringen 2.2. Vragenlijst Toelichting energiesimulaties Voor een correcte identificatie en interpretatie van de toegeleverde dataset, wordt gevraagd om een vragenlijst in te vullen waarbij toelichting over de EPB-berekeningen of dynamische simulaties gegeven wordt. In geval van de EPB-berekeningen kan voor verschillende parameters zowel gebruik gemaakt worden van een gedetailleerde berekening als de toepassing van waarden bij ontstentenis. Omdat deze een aanzienlijke impact kunnen hebben op de resultaten (vb. in EPB de standaardwaarde voor luchtdichtheid v50 = 12 m³/h.m²), wordt er een document aangeleverd waarin enkele gemaakte keuzes dienen verduidelijkt te worden. Dit laat toe de resultaten van de berekeningen beter te interpreteren. Dit toelichtingsdocument dient ingevuld te worden door de uitvoerder van de energiesimulaties. Voor de dynamische simulaties wordt een uitgebreid document aangeleverd, waarbij kan aangegeven worden voor welke elementen het simulatieprotocol gevolgd werd, en voor welke elementen hiervan werd afgeweken. 6
B. EPB 1. Toepassingsgebied De berekeningen a.d.h.v. de EPB-methodiek hebben als doel een karakteristiek energieverbruik van het gebouw weer te geven, los van de invloed van gebruikersgedrag. Wegens de verplichte EPB-rapportering bij nieuwbouw en grondige renovaties, zijn begrippen zoals E- peil, jaarlijkse netto energiebehoefte ruimteverwarming, jaarlijks primair energieverbruik ingeburgerd geraakt in de bouwwereld. Een analyse van de EPB-resultaten, gekoppeld aan andere informatie verzameld door het kennisplatform (enquêtes, monitoring, werkelijk energiegebruik, dynamische simulaties ) kan leiden tot interessante conclusies over de geldigheid van de EPB-simulaties voor verschillende type gebouwen en gebruikers, hetgeen een belangrijk aspect is in de bepaling van kostenoptimale ingrepen a.d.h.v. levenscycluskosten. In principe worden EPB-berekeningen uitgevoerd voor alle wooneenheden van de proeftuinen. Wanneer dit om praktische redenen niet haalbaar is voor proeftuinen waarin een uitgebreid woningbestand of een groot aantal appartementen gerenoveerd wordt, kan gekeken worden naar de homogeniteit van de bestudeerde wooneenheden wat betreft typologie, bouwjaar, materiaalgebruik en staat van de woning. Op basis van overeenkomsten kan het mogelijk zijn wooneenheden te clusteren en hier een steekproef uit te nemen, wat het aantal uit te voeren metingen vermindert. Een methodiek hiertoe wordt voorgesteld in de nota grote aantallen eerder in dit protocol. 2. Software Om de output van de EPB-simulaties onderling te kunnen vergelijken, dient bij voorkeur gewerkt te worden met de EPB-software 3G versie 7, waarin de meest recente energieregelgeving verwerkt is. Op het moment van schrijven is versie 7.0.2 de meeste recente versie van de software (sinds februari 2016). Gebruik van oudere versies van de software kan zeker in het geval van appartementen tot een hogere inschatting van het energiegebruik voor sanitair warm water leiden. Indien reeds eerdere EPB-bestanden werden aangemaakt met oudere versies van de software, zullen deze geopend worden in de meest recente versie door het kennisplatform, waardoor een geüpdatet versie wordt aangemaakt. In plaats van gebruik te maken van de EPB-software is het ook toegestaan berekeningen te doen in het EPN-rekenblad, opgesteld volgens de richtlijnen van de EPB-regelgeving (Bijlage V, www.energiesparen.be zie verder vermeld). Ook eigen rekentools kunnen toegepast worden, wanneer deze de EPB-rekenmethode volgen en voldoende gevalideerd zijn. 3. Simulatievarianten Gezien de EPB-plicht bij grondige renovaties, zullen er in iedere proeftuin EPB-rapporten moeten gemaakt worden van de as-built situatie. Omdat het thema kostenefficiëntie een belangrijke insteek is binnen de proeftuinen woningrenovatie, zullen er echter ook simulaties gemaakt dienen te worden van de situatie voor renovatie. Zo kan de energiebesparing na renovatie ingeschat worden, hetgeen essentieel is het onderzoek naar de rendabiliteit van renovaties. Om de werklast te beperken, mag tenzij bij zeer ingrijpende verbouwingen de geometrie van de situatie na renovatie gebruikt worden, waarop de materialen en gebouwsystemen van de situatie voor renovatie worden toegepast. 7
Veel proeftuinen zullen meerdere EPB-simulaties gemaakt hebben, waarbij verschillende ontwerpvarianten worden afgetoetst om optimale scenario s te identificeren. Indien dit het geval is, wordt gevraagd alle varianten aan te leveren met een duidelijke identificatie en reden waarom het scenario wel/niet werd weerhouden. 4. Simulatieparameters Alle conventies zoals geometrie, materialen, worden rechtstreeks overgenomen uit de EPBregelgeving, meer bepaald Bijlage V: 'Bepalingsmethode van het peil van primair energieverbruik van woongebouwen', beschikbaar via de website www.energiesparen.be. De keuzes voor verschillende parameters dienen aangegeven te worden in het toelichtingsdocument, bijgevoegd aan dit protocol. 8
C. Dynamische simulaties 1. Toepassingsgebied Dynamische simulaties kunnen in de renovatieproblematiek aangewend worden voor diverse toepassingen: - Inschatting (netto) energiebehoefte voor verwarming en koeling - Controle thermisch (zomer)comfort - Dimensionering van verwarmings- en koelinstallatie - Ventilatiestudies - Lichtstudies - Regeling van systemen - Berekening van systeemrendementen - Omdat de meeste proeftuinen dynamische simulaties wellicht beperkt zullen inzetten, worden enkel voor de meest relevante thema s simulatieafspraken gemaakt: - Inschatting netto energiebehoefte voor verwarming - Controle thermisch zomercomfort In het voorliggend protocol zullen afhankelijk van het toepassingsgebied verschillende aannames voorgesteld worden. Zo zullen voor de berekening van de energiebehoefte voor verwarming realistische, maar beperkte waarden worden toegepast voor interne warmtewinsten en zonnewinsten. Voor de controle van het thermisch zomercomfort kunnen daarnaast ook meer kritische waarden toegepast worden, die toelaten het zomercomfort onder extreme omstandigheden te evalueren. 2. Software De uitvoerders zijn vrij te kiezen welk softwarepakket gebruikt wordt. Naargelang toepassingsgebied en softwarekennis van kan o.a. gebruik gemaakt worden van Trnsys, Energyplus, Capsol, Modelica, 3. Simulatievarianten Indien dynamische simulaties ingezet worden door een proeftuin, zullen wellicht meerdere ontwerpvarianten worden afgetoetst op optimale scenario s te identificeren. Indien dit het geval is, wordt gevraagd alle varianten aan te leveren met een duidelijke identificatie en reden waarom het scenario wel/niet werd weerhouden. Omdat het thema kostenefficiëntie een belangrijke insteek is binnen de proeftuinen woningrenovatie, zou het zeer interessant zijn mochten er ook dynamische simulaties gemaakt worden van de situatie voor renovatie. Om de werklast te beperken, mag tenzij bij zeer ingrijpende verbouwingen de geometrie van de situatie na renovatie gebruikt worden, waarop de materialen en gebouwsystemen van de situatie voor renovatie worden toegepast. 4. Simulatieparameters 4.1. Klimaat Ongeacht de precieze locatie van het project dienen de klimaatgegevens voor Ukkel gebruikt te worden. Deze worden door het kennisplatform ter beschikking gesteld in.tm2-formaat en kunnen desgewenst opgevraagd worden in andere bestandsformaten. 9
Hoewel de meeste simulatieprogramma s standaard over klimaatdata beschikken, wordt gevraagd deze niet te gebruiken. Zoals blijkt uit onderstaande figuur, is deze data dikwijls gebaseerd op oudere meetperiodes, waardoor de geldigheid ervan twijfelachtig is. Zo leert een analyse van weerfiles gegenereerd met de software Meteonorm, dat de klimaatdata beschikbaar in het softwarepakket Trnsys gebaseerd is op gemiddelde temperaturen uit de periode 1961 tot 1990. Uit de cumulatieve distributie in Figuur 1 blijkt immers dat de blauwe en oranje lijn zo goed als samenvallen. De gemiddelde temperaturen uit de periode 2000 tot 2009 (roze lijn) liggen over de volledige distributie hoger dan deze uit 1961 tot 1990. Zo bedraagt de jaargemiddelde temperatuur 11,2 C i.p.v. 9,7 C. Gezien de temperatuur de laatste decennia gestegen zijn, en deze trend zich de komende periode wellicht zal verderzetten, lijkt het aangewezen om van deze recente data gebruikt te maken. De zwarte lijn op Figuur 1 is gebaseerd op dezelfde periode 2000 tot 2009. Er wordt echter gebruik gemaakt van de 10 year extreme maximatemperaturen, waardoor de weerfile een warm jaar voorstelt dat eens om de 10 jaar voorkomt. Figuur 1: Analyse weerfiles: cumulatieve distributie temperaturen gedurende een volledig jaar Volgende klimaatgegevens zijn beschikbaar in de files: - air temperature - relative humidity - wind direction - wind speed (average over direction and absolute average) - precipitation - air pressure - horizontal direct radiation - horizontal diffuse radiation - horizontal irradiance - horizontal longwave radiation (IR) - horizontal atmospherical radiation - solar zenith - solar azimuth - 10
De data zijn geldig voor het voorbije uur: uur 1 geeft de uurgegevens die geldig zijn in het tijdvak 0u 1u. Afhankelijk van het toepassingsgebied worden verschillende klimaatfiles gebruikt: Inschatting energiebehoefte voor verwarming Er wordt gebruik gemaakt van een referentiejaar met gemiddelde waarden: meteonorm_2000-2009_average.tm2 Controle thermisch zomercomfort Er wordt gebruik gemaakt van de klimaatgegevens van een warm jaar: meteonorm_2000-2009_10y_extreme.tm2 Een warme periode uit dit jaar in detail bestudeerd worden om het thermisch zomercomfort onder extreme omstandigheden (hittegolf) te evalueren. Ook kan optioneel gebruik gemaakt worden van de klimaatgegevens van een gemiddeld jaar, waarvan de resultaten kunnen vergeleken worden met het warm jaar. 4.2. Tijdsgegevens De simulaties worden uitgevoerd in tijdstappen van maximaal 15 minuten. Er dient een volledig jaar gesimuleerd te worden. De simulaties dienen te starten in ingeslingerde toestand, waarmee bedoeld wordt dat er een temperatuurevenwicht ontstaan is als gevolg van klimaat en gebruikersgedrag. Concreet dienen de simulaties daarom te starten op 1 januari, en door te lopen tot 31 januari van het volgende jaar. Als resultaten voor de maand januari worden de gegevens van het tweede jaar gebruikt. Omdat het gebruikersgedrag, volgend in dit document, een gemiddeld woninggebruik voorstelt, wordt abstractie gemaakt van het onderscheid tussen week-, weekend- en feestdagen. Er wordt rekening gehouden met zomertijd. De overschakeling tussen standaardtijd en zomertijd gebeurt op zondag 25 maart en zondag 28 oktober. Op zondag 25 maart wordt de klok van 2u naar 3u verzet, en op 28 oktober terug van 3u naar 2u. Omdat niet alle tijdschema s (verwarmingsprofiel, aanwezigheidsprofielen, interne warmtewinsten, ) gevarieerd zouden moeten worden, werd de zomertijd geïmplementeerd in de weerfiles. Zo werd er op 25 maart data voor een uur ingevoegd, en op 28 oktober data voor een uur verwijderd. Op deze manier lopen de klimatologische gegevens tijdens de zomertijd 1u voor op de klimatologische gegevens verkregen via de software Meteonorm. Iedere dag van het jaar, ook 25 maart en 28 oktober, telt 24 uren. 4.3. Site en beschaduwing De site kent een grondreflectie of albedo van 0,2. Vaste elementen uit de omgeving worden als geometrisch beschaduwende elementen in rekening gebracht. Overstekken en raamneggen groter dan 0,20 m worden ook in rekening gebracht. 4.4. Geometrische conventies De meeste simulatieprogramma s zijn beperkt tot eendimensionaal warmtetransport. Hierbij is het een noodzaak om een conventie te kiezen omtrent welke afmetingen gebruikt worden: buitenmaats, binnenmaats of aslijn. Er wordt afgesproken dat zowel buiten- als binnenmuren op de aslijn gemodelleerd worden. De netto oppervlakte van een zone wordt berekend als 11
netto oppervlakte = 0,9 x oppervlakte uit simulaties Simulatieresultaten die uitgedrukt worden per oppervlakte (bv. netto energiebehoefte voor ruimteverwarming in kwh/m²) worden berekend op basis van de netto oppervlakte. Het netto volume van een zone wordt berekend als netto volume = 0,8 x volume uit simulaties Bij het invoeren van de geometrie moet nodeloos detail vermeden worden. Details met een grootste afmeting kleiner dan 0,2 m mogen verwaarloosd worden. 4.5. Materialen en constructie Volgende gegevens zijn vereist: - Materialen: o warmtegeleidingcoëfficiënt λ (W/m.K) o dichtheid ρ (kg/m³) o soortelijke warmte c (J/kg.K) - Component: o dikte van de lagen (m) o oppervlakte-eigenschappen: lange-golf emissiviteit el (-) (standaardwaarde = 0,9) korte-golf absorptive ak (-) (standaardwaarde = 0,6) Wanden grenzend aan verwarmde ruimtes worden als adiabatische wanden gemodelleerd. De wanden dienen echter volgens de werkelijke opbouw gemodelleerd te worden, zodat het effect van de warmtecapaciteit correct beschouwd wordt. Voor beglazing is de vereiste invoer afhankelijk van het simulatiepakket. De invoer omvat minstens de hoekafhankelijke transmissie- en reflectiefactoren van elke laag. Standaardwaarden voor materiaaleigenschappen kunnen teruggevonden worden in het Transmissiereferentiedocument, bijlage A. 4.6. Warmteovergangsweerstanden In het standaardscenario worden de warmteovergangsweerstanden R se en R si overgenomen uit het Transmissiereferentiedocument. Dit document maakt een onderscheid naargelang de helling van het oppervlak (richting van de warmtestroom) en het type luchtstroming (binnen of buiten) aan het oppervlak. Tabel 1: Warmteovergangsweerstanden volgens transmissiereferentiedocument richting van de warmtestroom opwaarts horizontaal (*) neerwaarts R si (m²k/w) 0,10 0,13 0,17 R se (m²k/w) 0,04 0,04 0,04 (*) geldig voor een warmtestroomrichting die niet meer dan 30 afwijkt van het horizontaal oppervlak. Dynamische simulatiepakketten kunnen convectie en straling met gedetailleerdere rekenmethodes door. Het is toegelaten deze methodes te hanteren. 4.7. Bepaling van (gewogen) temperatuuroverschrijdingen De GTO-methode legt een maximum van 150 gewogen uren op dat de PMV-waarde (Predicted Mean Vote) van 0,5 mag overschreden worden. Hierbij wordt de overschrijdingsduur gewogen a.d.h.v. de PPD-waarde. 12
Bij een PMV-waarde van 0,5 hoort een PPD-waarde (Predicted Percentage Dissatisfied) van ongeveer 10%, terwijl bij een PMV-waarde van 0,85 een PPD-waarde van ongeveer 20% hoort. Volgens de GTOmethode, zal één uur met een PMV-waarde van 0,85 dubbel zo zwaar meetellen als twee uur met een PMV-waarde van 0,5. a) Randvoorwaarden voor de berekening van de PMV-waarde Volgende factoren worden in rekening gebracht in de berekening van de PMV-waarde volgens EN ISO 7730:2005: - M metabolisme [W/m²] - W verrichte arbeid [W/m²] - q a luchttemperatuur [ C] - q r gemiddelde stralingstemperatuur [ C] - p a partiële waterdampdruk van de lucht [Pa] - f cl clothing factor: verhouding kledijoppervlak / huidoppervlak [-] - v air luchtsnelheid [m/s] Hierbij volgen q a, q r, en p a uit de resultaten van de simulaties. De dampdruk is het resultaat van het modelleren van de ventilatie en eventuele vochtproductie. Er wordt aangenomen dat de luchtsnelheid 0,1 m/s bedraagt. Voor clothing factor en metabolisme wordt een onderscheid gemaakt tussen de dag- en nachtzone. Omdat de GTO-methode binnen de proeftuin woningrenovatie enkel relevant bij een analyse van het zomercomfort, wordt overdag een lage waarde voor de clothing factor aangenomen die overeenkomt met lichte zomerkledij. De hogere clothing factor s nachts houdt rekening met het effect van een matras en een licht laken. Onderzoek wijst uit dat de GTO-methode beperkt geldig is om het comfort te analyseren in slaapkamers. Uitvoerders van de simulaties dienen de resultaten met de nodige voorzichtigheid te interpreteren. Er wordt aangenomen dat er geen arbeid uitgevoerd wordt. Tabel 2: Clothing factor, metabolisme en arbeid F cl M W dagzone 0,5 1,2 0 nachtzone 1,5 0,8 0 b) Registratie van de temperatuuroverschrijdingen De PMV-overschrijdingen worden berekend op uurlijkse basis. Gezien er een tijdsstap voor de simulaties van 5 minuten werd vastgelegd, dient een uurgemiddelde waarde berekend te worden om de overschrijdingen te bepalen. Het optellen van deze overschrijdingen per 5 minuten en delen door 12 leidt tot een overschatting van de overschrijdingsuren (en een onderschatting van het zomercomfort). 4.8. Gebruikersprofiel Behalve de gebouwkarakteristieken zoals typologie, geometrie, schil- en systeemeigenschappen heeft ook het gebruikersgedrag een grote invloed op het energiegebruik in gebouwen. Omdat de meeste woningen gebouwd worden om in de loop der tijd meerdere types bewoners te huisvesten, is het van belang om een standaard profiel te bepalen waarmee de energiesimulaties kunnen uitgevoerd worden. Indien bepaalde projecten zich op een specifieke doelgroep richten (vb. bejaardenhuisvesting) kunnen bijkomstig afwijkende profielen gesimuleerd worden. 13
Door het gebruikersprofiel strak te definiëren wordt het mogelijk om de resultaten voor de verschillende proeftuinprojecten onderling te vergelijken. a) Zonering Voor iedere ruimte wordt een aparte zone voorzien. Let op het correct invoeren van de eigenschappen van interne scheidende delen (warmtegeleiding, massadichtheid, soortelijke warmte, afmetingen, oppervlakte-eigenschappen). Er dient geen thermische massa in rekening gebracht te worden voor meubilair. b) Bezetting en aanwezigheidsprofiel Omdat een grondplan of gebouwontwerp geen garantie biedt op het aantal personen dat de woning zal betrekken, wordt gebruik gemaakt van een gemiddelde vloeroppervlakte per persoon om de maximale bezetting te bepalen. Deze wordt gevarieerd naargelang het toepassingsgebied van de simulaties: Inschatting netto energiebehoefte voor verwarming Er wordt gebruik gemaakt van een gemiddelde bezetting van de woning. Volgens statistische gegevens telt een Belgische woning gemiddeld 35 m² vloeroppervlakte per persoon (bron: entranze.enerdata.eu). Het aantal inwoners van de woning kan ingeschat worden door de netto vloeroppervlakte te delen door 35 en naar beneden af te ronden. Indien met grote zekerheid geweten is dat dit een onderschatting is (vb. sociale woning voor 6 personen, volgens berekening slechts 5 personen) mag het werkelijk aantal bewoners in rekening gebracht worden. Controle thermisch zomercomfort Er wordt uitgegaan van een meer kritisch scenario met een hogere bezettingsgraad waardoor hogere interne warmtewinsten door personen ingerekend worden. Hiervoor wordt de bezettingsgraad, bekomen voor de inschatting van de netto energiebehoefte voor verwarming, vermenigvuldigd met een factor 2. Voor beide toepassingen wordt aangenomen dat alle bewoners overdag aanwezig zijn in de leefruimte. s Nachts worden de bewoners verspreid over het aantal slaapkamers waarbij er twee personen in de master bedroom aanwezig zijn, en de overige personen verdeeld worden over de kinderkamers. Wanneer er volgens de berekening 5 bewoners zijn voor 3 slaapkamers, worden er 2 personen in de master bedroom gesimuleerd, en 1,5 personen in iedere kinderkamer. Het aanwezigheidsprofiel in woningen kan enorm variëren naargelang activiteiten en ouderdom van de bewoners. Er werd een gebruikersprofiel opgesteld in het Epicool-project welke beantwoordt aan een gemiddeld gebruik van woningen in België. Er wordt geen onderscheid gemaakt tussen week-, weekenden feestdagen. Het aanwezigheidsprofiel wordt uitgedrukt als functie van het aantal bewoners. Op basis van dit gebruikersprofiel worden de interne warmtewinsten door personen bepaald. Tabel 3: Aanwezigheidsprofiel bewoners Leefruimte Slaapkamers 00u - 01u 0% 100% 01u - 02u 0% 100% 02u - 03u 0% 100% 03u - 04u 0% 100% 04u - 05u 0% 100% 05u - 06u 0% 100% 06u - 07u 0% 100% 07u - 08u 100% 0% 14
08u - 09u 100% 0% 09u - 10u 50% 0% 10u - 11u 50% 0% 11u - 12u 100% 0% 12u - 13u 100% 0% 13u - 14u 25% 0% 14u - 15u 25% 0% 15u - 16u 25% 0% 16u - 17u 50% 0% 17u - 18u 50% 0% 18u - 19u 100% 0% 19u - 20u 100% 0% 20u - 21u 100% 0% 21u - 22u 100% 0% 22u - 23u 0% 100% 23u - 24u 0% 100% c) Interne warmtewinsten personen De interne warmtewinsten voor personen worden bepaald in functie van metabolisme en huidoppervlakte. De huidoppervlakte wordt vastgelegd op 1,8 m², 1 Met bedraag 58,2 W/m². De warmtewinst wordt als convectieve warmtewinst gemodelleerd. Er dient geen rekening gehouden te worden met latente warmte en vochtproductie. Gezien het verschillende metabolisme overdag (in de leefruimte) en s nachts (in de slaapkamer) wordt een verschillende waarde toegepast: overdag: 1,2 x 58,2 W/m² x 1,8 m² = 125,7 W 125 W s nachts: 0,8 x 58,2 W/m² x 1,8 m² = 83,8 W 85 W Afgerond wordt een persoon in de leefruimte gemodelleerd als een warmtewinst van 125 W, terwijl dit in de slaapkamer 85 W bedraagt. d) Interne warmtewinsten verlichting en elektrische apparatuur De interne warmtewinsten als gevolg van elektriciteitsgebruik worden enkel in de leefruimte en keuken gesimuleerd, waar de grootste gebruiken te verwachten zijn. Het (beperkte) elektriciteitsgebruik in de overige ruimtes dient niet gemodelleerd te worden. Er wordt onderscheid gemaakt op basis van het toepassingsdomein. Inschatting netto energiebehoefte voor verwarming Er wordt een gemiddeld elektriciteitsgebruik verondersteld dat overeenkomt met het aanwezigheidsprofiel, en de verwachte pieken en dalen. Er wordt een beperkt, continu, sluimergebruik opgegeven voor de o.a. de koelkast in de keuken de tv-decoder in de leefruimte. Het totaal dagelijks gebruik bedraagt 4,4 kwh, hetgeen nauw aansluit bij het gemiddeld elektriciteitsgebruik volgens Eurostat in België de voorbije jaren. Controle thermisch zomercomfort Er wordt een 2 maal hoger energiegebruik verondersteld om een hoger, kritischer energiegebruik te simuleren. Volgende tabel geeft per uur het totale vermogen (W) van de verlichting en elektrische toestellen weer. 15
Tabel 4: Interne warmtewinsten verlichting en elektrische apparatuur Netto energiebehoefte verwarming Evaluatie zomercomfort Keuken Leefruimte Keuken Leefruimte 00u - 01u 25 25 50 50 01u - 02u 25 25 50 50 02u - 03u 25 25 50 50 03u - 04u 25 25 50 50 04u - 05u 25 25 50 50 05u - 06u 25 25 50 50 06u - 07u 25 25 50 50 07u - 08u 200 100 400 200 08u - 09u 50 100 100 200 09u - 10u 50 100 100 200 10u - 11u 50 100 100 200 11u - 12u 200 100 400 200 12u - 13u 200 100 400 200 13u - 14u 50 100 100 200 14u - 15u 50 100 100 200 15u - 16u 50 100 100 200 16u - 17u 50 100 100 200 17u - 18u 200 100 400 200 18u - 19u 200 300 400 600 19u - 20u 200 300 40 20 20u - 21u 50 300 10 20 21u - 22u 50 300 100 600 22u - 23u 25 25 50 50 23u - 24u 25 25 50 50 4.9. Verwarming De verwarming wordt gemodelleerd met een oneindig vermogen. Het setpoint van de verwarming wordt opgesplitst tussen dagzone (leefruimte, keuken, badkamer, bureau ) en nachtzone (slaapkamers, circulatieruimte, bergruimte ). Voor de dagzone geld tussen 7u en 22u een setpoint van 21 C, daarbuiten wordt de nachtverlaging ingeschakeld en geldt een setpoint van 18 C. Voor de nachtzone bedraagt het setpoint 16 C. 4.10. Koeling Er dient geen koeling gemodelleerd te worden. 4.11. In- en exfiltratie Het vooropgesteld luchtdichtheidsniveau wordt uitgedrukt als n 50-waarde. Om dit te vertalen naar een realistische in- en exfiltratie onder gemiddelde weersomstandigheden, dient deze waarde door een factor 25 gedeeld te worden. Omdat niet kan voorspeld worden hoe de kieren en spleten over de gebouwschil zullen verdeeld zijn, wordt voor iedere ruimte dit ventilatievoud toegepast, ongeacht of de ruimte aan de buitenomgeving grenst. Optioneel kan een geavanceerder model gebruikt worden dat rekening houdt met de heersende winddrukken. Hierbij worden de kieren en spleten homogeen verdeeld over de gebouwschil, en dient 16
het jaargemiddelde in- en exfiltratievoud overeen te komen met dezelfde waarde als in het vereenvoudigd model. Er wordt uitgegaan van een gemiddelde blootstelling van het gebouw volgens EN 12821 ( paragraaf 7.2.2 en bijlage D.5.3). 4.12. Ventilatie Er wordt uitgegaan van de nominale ventilatiedebieten zoals bepaald volgens de EPB-voorschriften. Er wordt een balans gemodelleerd tussen toe- en afvoer, waarbij in de tussenliggende ruimte luchtdoorvoer gemodelleerd wordt. Wanneer er een ventilatiedebiet gemodelleerd wordt met een vraagsturing, mag de gebruikelijke reductiefactor vraagsturing vermenigvuldigd worden met de nominale ventilatiedebieten. Zo wordt continu een verlaagd debiet in rekening gebracht. Optioneel kan vraaggestuurde ventilatie gemodelleerd worden op basis van de werkelijke vraagsturing (volgens aanwezigheidsprofiel, CO 2-productie, ). Indien er balansventilatie met warmteterugwinning toegepast wordt, wordt de temperatuur van de toevoerlucht berekend als volgt: Waarbij T toevoer = T buiten + (T afvoer T buiten) x h WW T toevoer = temperatuur toevoerlucht T afvoer = temperatuur afvoerlucht T e = buitentemperatuur h WW = rendement warmtewisselaar T afvoer wordt bepaald als een gemiddelde temperatuur van de afvoerruimtes, welke gewogen wordt a.d.h.v. de afvoerdebieten van de verschillende ruimtes. De warmtewissellaar wordt gebypasst indien de temperatuur van de afvoerlucht hoger ligt dan de setpunttemperatuur van de leefruimte, namelijk 21 C. De warmtewissellaar wordt niet gebypasst bij vriestemperaturen. Optioneel kan balansventilatie met warmteterugwinning geavanceerder gemodelleerd worden, waarbij specifieke instellingen zoals bypasstemperatuur, vriesbeveiliging en voorverwarming geprogrammeerd worden. 4.13. Natuurlijke ventilatie Het openen van de vensters wordt gemodelleerd afhankelijk van het toepassingsgebied: Inschatting netto energiebehoefte voor verwarming De vensters worden niet geopend. Controle thermisch zomercomfort Om oververhitting te vermijden zullen gebruikers de vensters openen indien aan volgende voorwaarden voldaan is: - De gebruikers zijn aanwezig in de woning (onafhankelijk van de specifieke ruimte) - De vensters bieden de mogelijkheid tot openen - De ruimtetemperatuur is hoger dan 24 C 17
- De buitentemperatuur is lager dan de binnentemperatuur - Het regent niet (relatieve vochtigheid < 100%) - De windsnelheid is lager dan 6 m/s De gebruikers zullen de vensters opnieuw sluiten indien: - De binnentemperatuur daalt onder 20 C - De buitentemperatuur daalt onder 12 C - Het begint te regenen (relatieve vochtigheid 100%) - De winsnelheid hoger wordt dan 6 m/s Indien de vensters geopend zijn, wordt voor de overeenkomstige zone een natuurlijk ventilatievoud van 2 h -1 in rekening gebracht, hetgeen een conservatieve waarde is op basis van onderstaande figuur (bron: Epicool). Figuur 2: Ventilatievoud i.f.v. openingshoek venster (bron: Epicool) Optioneel kan een geavanceerder model gebruikt worden dat rekening houdt met de heersende winddrukken. Hierbij dienen realistische aannames gemaakt te worden i.v.m. openingshoeken van vensters. 4.14. Schakelcriterium voor mobiele zonwering De zonwering wordt gemodelleerd afhankelijk van het toepassingsgebied: Inschatting netto energiebehoefte voor verwarming Er dient geen zonwering gemodelleerd te worden. Controle thermisch zomercomfort De bediening van de mobiele zonwering wordt opgesplitst in handmatige en automatische bediening: Handmatige zonwering: De zonwering wordt gesloten indien aan volgende voorwaarden voldaan is: - De gebruikers zijn aanwezig in de woning (onafhankelijk van de specifieke ruimte) - De binnentemperatuur is hoger dan 24 C - De zonnestralingsstroomdichtheid op het venster is hoger dan 300 W/m² De zonwering wordt geopend indien aan volgende voorwaarden voldaan is: 18
- De binnentemperatuur daalt onder 20 C - De zonnestralingsstroomdichtheid op het venster is lager dan 100 W/m² Automatische zonwering: De zonwering wordt gesloten indien aan volgende voorwaarden voldaan is: - De binnentemperatuur is hoger dan 24 C - De zonnestralingsstroomdichtheid op het venster is hoger dan 150 W/m² De zonwering wordt geopend indien aan volgende voorwaarden voldaan is: - De binnentemperatuur daalt onder 20 C - De zonnestralingsstroomdichtheid op het venster is lager dan 100 W/m² 19