12 4 2008 Bouwfysica Aanscherping EPC-eisen utiliteitsbouw Sinds 1 januari 2009 zijn er nieuwe energieprestatie-eisen voor utiliteitsbouw van kracht. In dit artikel wordt kort ingegaan op de achtergronden van de nieuwe eisen. Daarnaast wordt er een aantal maatregelen beschreven waarmee aan de nieuwe eisen voldaan kan worden. Besparingen zijn onder andere te realiseren door het optimaliseren van de daglichttoetreding en het systeem voor kunstlicht. Ook het toepassen van warmtepompen, al dan niet met warmte- en koudeopslag in de bodem, biedt voldoende besparingsmogelijkheden. Een voorbeeld uit de praktijk laat zien dat met een integraal ontwerp zonder problemen aan de nieuwe eisen kan worden voldaan. ir. M. Nijland, DGMR Bouw BV Arnhem Nieuwe EPC-eisen De energieprestatie-eisen voor de utiliteitsbouw zijn per 1 januari 2009 aangepast. De aanscherping van de eisen is een eerste stap op weg naar het doel om het gemiddelde energiegebruik van nieuwe woningen in 2015 en van nieuwe winkels, kantoren en overige utiliteitsgebouwen in 2017 te halveren ten opzichte van het gemiddelde energiegebruik van gebouwen die nu gebouwd worden. Dit doel is onderdeel van het Kabinetsprogramma Schoon en Zuinig en is eveneens opgenomen in het Lente-akkoord. Dit akkoord zijn het ministerie van VROM, NEPROM, NVB en Bouwend Nederland in april 2008 overeengekomen. Naast het verminderen van het energieverbruik van gebouwen heeft de aanscherping van de EPC als doel ontwikkelingen te bevorderen die uiteindelijk moeten leiden tot energieneutrale gebouwen, het uiteindelijke doel van de overheid. Geschiedenis EPC Sinds 15 december 1995 zijn er EPC-eisen opgenomen in het bouwbesluit. In de loop der jaren zijn de EPCeisen stapsgewijs aangescherpt. In de woningbouw is de eis van 1.4 (1995) via 1.2 (1998) en 1.0 (2000) naar 0.8 (2006) gegaan. De eisen voor utiliteitsbouw zijn tot nu toe alleen in 2000 en 2003 aangescherpt. De aanscherpingen hebben het beoogde effect gehad. Mede door de aanscherping heeft zich een duidelijke markt ontwikkeld op het gebied van energiebesparende maatregelen en technieken in de bouw. Voorbeelden hiervan zijn de introductie van HR ++ -beglazing, warmteterugwinning op ventilatie en warmtepompen. Aanscherping eisen utiliteitsbouw per gebruiksfunctie De EPC voor utiliteitsgebouwen is voor het laatst in 2003 aangescherpt. Gezien de ontwikkelingen op de markt van energiebesparende technieken heeft het ministerie van VROM in 2005 een haalbaarheidsstudie uit laten voeren naar de kosteneffectieve aanscherpingsruimte van de EPC-eisen voor de utiliteitsbouw. Kosteneffectief betekent technisch haalbaar en een terugverdientijd binnen de technische levensduur. Op basis van deze studie van de adviesbureaus DGMR en Techniplan [1] is geconcludeerd dat een kosteneffectieve aanscherping met gemiddeld 20% mogelijk is. De kosteneffectieve aanscherping varieert afhankelijk van de gebruiksfunctie van 0 tot 33%. Dit heeft geleid tot de nieuwe EPC-eisen per gebruiksfunctie zoals weergegeven in tabel 1. Gevolgen aanscherping Voor een aantal gebruiksfuncties zal het relatief eenvoudig zijn om aan de nieuwe EPC eisen te voldoen. Voor andere, bijvoorbeeld kantoren, zal een combinatie van maatregelen noodzakelijk zijn om te kunnen voldoen. Daarbij biedt een duurzaam, integraal ontwerp de meeste kans van slagen. Door in een vroeg stadium architect, bouwfysicus, constructeur en installatietechnicus aan tafel te halen, is het mogelijk een ontwerp te realiseren Het Bouwbesluit stelt eisen aan de energieprestatie van een gebouw. Om de energieprestatie van gebouwen te bepalen, wordt de energieprestatienorm (EPN) gebruikt. Deze methode is voor utiliteitsgebouwen beschreven in de norm NEN 2916. De EPN schrijft geen specifieke maatregelen voor, maar geeft een totaalprestatie van de energiezuinigheid van een gebouw. Met de EPN kan de bouwwereld zelf kiezen met welke maatregelen de vereiste energiezuinigheid van een gebouw wordt gerealiseerd. De EPN bekijkt alleen het gebouwgebonden energiegebruik (verwarming, ventilatie, verlichting etc.). Het niet-gebouwgebonden energiegebruik (computers, apparatuur etc.) wordt niet beschouwd. De energieprestatie van een gebouw wordt uitgedrukt in de energieprestatiecoëfficiënt (EPC). In het Bouwbesluit wordt per gebruiksfunctie een eis gesteld aan de EPC. Als er meerdere gebruiksfuncties in één gebouw voorkomen, geldt dat het totale berekende energiegebruik per jaar niet groter mag zijn dan het toelaatbare energiegebruik per jaar, oftewel Qtot/Qtoel 1,0. Waarbij het toelaatbare energiegebruik onder andere bepaald wordt aan de hand van de EPC-eisen van de verschillende gebruiksfuncties die in het gebouw voorkomen.
energie en milieu Bouwfysica 4 2008 Tabel 1: Aanscherping EPC-eisen per gebruiksfunctie Gebruiksfunctie huidige EPC-eis Nieuwe EPC-eis aanscherping (%) bijeenkomstgebouwen 2.2 2.0 9 celgebouwen 1.9 5 gezondheidszorg niet klinisch 1.5 1.0 33 gezondheidszorg klinisch 3.6 2.6 28 kantoren 1.5 1.1 27 logiesgebouwen 1.9 5 onderwijs 1.4 1.3 7 sportgebouwen 0 winkels 3.4 2.6 24 waarin gebouw en installaties optimaal op elkaar zijn afgestemd. Op die manier is het mogelijk om de energievraag te beperken, waardoor het realiseren van de nieuwe EPC-eisen geen grote opgave meer is. energiegebruik voor koeling. Slim ventileren spreekt in principe voor zich: hoogrendement warmteterugwinning, vraaggestuurde ventilatie en/of het reduceren van het energiegebruik van ventilatoren door toerenregeling. Het beperken van de energievraag is het eenvoudigst te bereiken door te beginnen bij de grootste energieposten. Binnen de meeste utiliteitsgebouwen zijn dit verlichting, verwarming en ventilatie. De eerste stap hierbij is een slimme vormgeving van de gevel, een slimme indeling en een optimale oriëntatie van het gebouw en een goed geïsoleerde en luchtdichte schil (Rc van 3,5-4,0 m2k/w en HR++-glas of zelfs drievoudige beglazing). Daarnaast is de energievraag te beperken door slim te ventileren en te verlichten. Slim verlichten betekent optimaal gebruik maken van daglicht met aandacht voor het weren van zoninstraling, aangevuld met energiezuinige verlichting en een daglichtafhankelijke regeling en/of aanwezigheidsdetectie. Het beperken van het gebruik van kunstverlichting zorgt naast een reductie van het energiegebruik voor verlichting ook voor een reductie van het Tot slot is het zaak fossiele brandstoffen zo efficiënt mogelijk om te zetten in de benodigde energie voor warmte, koude en elektriciteit. Daarbij is niet alleen een efficiënte opwekking, zoals een hoogrendementsketel of een warmtepomp al dan niet gekoppeld aan warmte-koudeopslag in de bodem, van belang. Ook het verwarmen en koelen met temperatuurniveaus die dicht bij de gewenste ruimtetemperaturen liggen, LageTemperatuurVerwarming (LTV) en HogeTemperatuurKoeling (HTK), is van belang. Systemen met LTV en HTK zijn bovendien uitermate geschikt om te combineren met energie opgewekt met duurzame bronnen zoals de zon of de bodem. 1 Rabobank Westland (bron: Architectenbureau Böhtlingk) Uit de aanscherpingsstudie is naar voren gekomen dat onder andere maatregelpakketten met een warmtepomp en/of met maatregelen op het gebied van verlichting een 13
14 4 2008 Bouwfysica Tabel 2: Overzicht besparingsmaatregelen verlichting Maatregel EPC-reductie [%]* Zoninstraling reduceren: door directe zoninstraling in de zomer te weren, wordt de koelbehoefte verlaagd -bouwkundige zonwering + zonwerend glas reductie circa 2% Zuinige kunstverlichting toepassen: door kunstverlichting zo zuinig mogelijk in te zetten, wordt bespaard op de vraag naar elektrische energie en op de koelvraag - energiezuinige hoogfrequent (HF) verlichting - aanwezigheidsdetectie - daglichtregeling - HF verlichting, aanwezigheidsdetectie en daglichtregeling reductie circa 6% reductie circa 5% reductie circa 6% reductie circa 13% * Berekend aan de hand van de referentie kantoorgebouwen klein, middel en groot van SenterNovem [1] manier zijn om besparingen op de EPC te realiseren. In de volgende paragrafen zal daarom nader ingegaan worden op warmtepompen en maatregelen op het gebied van verlichting en gebruik van daglicht en hun effect op de EPC. Verlichtingsmaatregelen Zo n 30 tot 40 procent van de gebouwgebonden energiebehoefte van een traditioneel nieuw kantoorgebouw wordt ingevuld door kunstlicht. Naast de energie die nodig is voor de verlichting zelf is er energie nodig om de door de verlichting geproduceerde warmte weg te koelen. Door minder kunstverlichting toe te passen, snijdt het mes dus aan twee kanten: minder energiegebruik voor verlichting en voor koeling. Maatregelen met betrekking tot kunstlicht zijn daardoor een manier om (deels) aan de nieuwe EPC-eisen te kunnen voldoen. In tabel 2 is een samenvatting weergegeven van maatregelen waarmee bespaard wordt op het energieverbruik voor verlichting en het effect op de EPC. Uit Tabel 2 volgt dat voor een aantal gebruiksfuncties gecombineerde maatregelen op het gebied van verlichting voldoende zijn om aan de nieuwe EPC-eisen te kunnen voldoen, bijvoorbeeld voor schoolgebouwen, bijeenkomstgebouwen en logiesgebouwen. Uiteraard is het daarbij wel van belang dat het gebouw en met name de gevel zodanig ontworpen worden dat er optimaal gebruik gemaakt kan worden van daglicht, zonder dat er al te veel warmte toetreedt in de zomer. Een voorbeeld van een gebouw waarbij het gebruik van kunstlicht zoveel mogelijk is beperkt door optimaal gebruik van daglicht is Rabobank Westland. Voorbeeld integraal, duurzaam ontwerp: Rabobank Westland Het nieuwe kantoor van de Rabobank Westland in de Lier, een ontwerp van architect Böhtlingk uit Maasland, gebruikt 35% minder energie dan een standaardkantoor uit 2008. Het gebouw voldoet tevens ruimschoots aan de nieuwe EPC-eisen: het is 17% energiezuiniger dan verplicht per 1 januari 2009. Dit is onder meer gerealiseerd door de daglichttoetreding leidend te laten zijn in het gevel- en het gebouwontwerp, waardoor het gebouw een bijzonder voorbeeld is geworden van integraal ontwerpen. De zon wordt zomers met een speciaal ontwikkelde luifel zo geweerd dat daglicht wel invalt, terwijl de zoninstraling beperkt wordt. Het aandeel van de verlichting in de gebouwgebonden energiebehoefte is hierdoor teruggebracht tot zo n 25%. De warmte die in de zomer toch het gebouw weet binnen te komen, wordt opgeslagen in de bodem en in de winter gebruikt om te verwarmen door middel van een warmtepomp. Gebalanceerde ventilatie met warmteterugwinning, waarbij de retourlucht wordt verzameld in het atrium dat hierdoor in de zomer en in de winter een aangename temperatuur krijgt maakt het energiezuinige concept af. Optimaal gebruik van daglicht De gevel is zeer transparant en maakt optimaal gebruik van daglicht mogelijk. Nadeel van een transparante gevel is het relatief grote warmteverlies ten opzichte van een gevel met dichte, beter geïsoleerde geveldelen. Dit grotere warmteverlies wordt echter gecompenseerd door drievoudige HR beglazing toe te passen en de binnenkomende zonnewarmte in de winter te benutten voor verwarming (al dan niet via opslag in de bodem). De zes meter diepe kantoren ontvangen over de volledige diepte voldoende daglicht: enerzijds via de buitengevel, waar het daglicht tot diep in het kantoor door kan dringen door de grote vrije hoogte van de ruimten: 3,30 meter. Anderzijds via het atrium, dat daglichttoetreding in de werkruimten verzorgt via translucente kantoorwanden. De uitdaging: daglicht benutten en zon weren De grootste uitdaging bij gebruik van veel daglicht is dat het gebouw niet overmatig mag opwarmen in de zomer. Dat is hier gerealiseerd door het toepassen van een zogenaamde zonneklep of lichtplank. De zon wordt in de zomer, als de zon op zijn sterkst is, tegengehouden door deze lichtplank op 2,6 meter hoogte. De lichtplank zit zowel binnen als buiten het gebouw, zie figuur 2. Dankzij de toepassing van speciaal getrokken strekmetaal houdt de lichtplank directe straling van de zon tegen, maar laat het diffuse daglicht door. In de winter, als er juist behoefte is aan warmte, houdt de lichtplank de laagstaande zon niet tegen en verwarmt de zoninstraling de kantoren.
Specialist Bouwfysica Ben jij klaar voor het echte werk? Kies dan voor een uitdagende start bij DGMR. We bieden je niet alleen een goed salaris, maar ook de kans om expert te worden op jouw vakgebied. Je ontvangt waardevolle feedback van ervaren seniors en legt een stevige basis voor je carrière. Je kan rekenen op een professionele werkomgeving vol groeimogelijkheden. Solliciteer bij DGMR: een toonaangevende werkgever met uitstekende carrièreperspectieven. Wat zijn de werkzaamheden? het zelfstandig uitvoeren van kleinere projecten; het in teamverband werken aan complexere vraagstukken; het uitvoeren van berekeningen met moderne computersimulatiemodellen (luchtstromingen (CFD), temperatuur, daglicht); het verrichten van praktijkmetingen (geluid, vocht, infrarood etc.); het voeren van overleg met opdrachtgevers binnen het kader van een opdracht. - DGMR. Meer dan werken alleen. Wil je meer weten over deze functie? Neem dan contact op met Frank Lambregts, (026) 351 21 41. Of kijk op onze website: www.dgmr.nl Adviseurs voor bouw, industrie, verkeer, milieu en software
16 4 2008 Bouwfysica 3 Binnenklimaat (bron: Architectenbureau Böhtlingk) 2 Zonlicht (bron: Schwandt Infographics) De lichtplank reflecteert daglicht tegen het plafond en verlicht daarmee indirect het kantoor. Een diffuse plaat in de plank laat daarbij licht door op de werkplekken. Ook het deel van de gevel boven de luifel is voorzien van diffuus glas. De mate van uitsteken van de lichtplank en de ligging van de gevellijn zijn afhankelijk van de oriëntatie van het betreffende geveldeel. Zo wordt overal de meest optimale verticale schaduwwerking op het glas gecreëerd. Door de toepassing van instelbare lichtwering in de spouw van het isolatieglas kan op elke werkplek naar behoefte hinderlijke lichtinval geweerd worden. Kunstverlichting Alhoewel het gebouw gedurende een groot deel van de tijd geen kunstverlichting nodig heeft, is er uiteraard wel verlichting aangebracht. Het kunstlichtsysteem kenmerkt zich door energiezuinige hoogfrequent verlichting met aanwezigheidsdetectie en daglichtregeling. Een energiezuinige oplossing voor de momenten waarop kunstverlichting toch noodzakelijk is. De kunstverlichting is op een speciale wijze geïntegreerd in de lichtplank, zodanig dat bij onvoldoende daglicht met de kunstlichtbronnen de natuurlijke lichtinval wordt nagebootst Toepassing warmtepompen Een andere maatregel waarmee (aanzienlijk) op de EPC bespaard kan worden is het toepassen van een warmtepomp. Met een warmtepomp kan zowel worden verwarmd als worden gekoeld. Bij verwarmen wordt omgevingswarmte van een laag temperatuurniveau als het ware opgepompt naar een hoger temperatuurniveau, waardoor warmte kan worden gebruikt voor verwarming. Bij koeling werkt het proces precies omgekeerd. Een warmtepomp wordt meestal elektrisch aangedreven. Het rendement van de warmtepomp wordt uitgedrukt in de Coëfficiënt of Performance (COP), die afhankelijk is van het temperatuurverschil tussen de bron en het afgiftesysteem in het gebouw. Voor de COP geldt: hoe lager het temperatuurverschil, hoe hoger de COP. De warmtepomp is daarom uitermate geschikt in gebouwen waarbij de warmteweerstand en de luchtdichtheid van de gebouwschil geoptimaliseerd zijn. Typen warmtepompen/bronnen In de EPN zijn verschillende bronnen voor warmtepompsystemen opgenomen: bodemopslagsysteem (aquifer), bodemcollector, buitenlucht, retour- of afvallucht en oppervlaktewater. Over de eerste twee systemen, met bodemcollectoren en aquifers, zijn al de nodige publicaties verschenen, onder andere ISSO-publicatie 39 en 73. Over luchtgekoppelde warmtepompen is tot nu toe minder gepubliceerd, ondanks hun grote toepassingspotentieel en toepassing op grote schaal. Oppervlaktewater ten slotte wordt de laatste jaren steeds vaker gebruikt, direct als bron of voor herstel van de energiebalans in een aquifer. Om te bepalen welke bron het meest geschikt is, moet een aantal zaken bekend zijn: wordt er koeling toegepast, is er mechanische toevoer en/of afvoer van ventilatielucht aanwezig, hoe groot is het benodigde vermogen ongeveer. Wanneer deze zaken bekend zijn, kan aan de hand van de onderstaande zaken een keuze voor het warmtepompsysteem gemaakt worden: - Bij een aanzienlijke koelvraag heeft een systeem met een aquifer de voorkeur. - Bij gebouwen zonder koeling is een luchtgekoppelde warmtepomp een goede optie. - Bij gebouwen die mechanisch worden afgezogen zonder vorm van warmteterugwinning kan de retourlucht ingezet worden als bron, eventueel aangevuld met buitenlucht.
energie en milieu Bouwfysica 4 2008 17 Tabel 3: Opwekkingsrendement conform NEN 2916 Bronsysteem Temperatuurniveaus warmtevragers Taanvoer < 35 C 35 C < Taanvoer < 45 C 45 C < Taanvoer < 55 C bodem/buitenlucht 3,4 x ηel 3,1 x ηel 2,6 x ηel retour/afvallucht 6,1 x ηel 5,1 x ηel 4,4 x ηel grondwater/aquifer 4,7 x ηel 4,2 x ηel 3,6 x ηel oppervlaktewater 4,1 x ηel 3,7 x ηel 3,3 x ηel η el is het rendement van de elektriciteitsvoorziening op bovenwaarde (39%) - Als alleen de toevoerlucht gekoeld wordt, bij voorkeur de warmtepomp integreren in de luchtbehandelingskast. Energetisch rendement Het opwekkingsrendement van een warmtepomp in de energieprestatienorm NEN 2916 is afhankelijk van de aanvoertemperatuur van warmte (Taanvoer) en het bronsysteem, zie tabel 3. In vergelijking met een gasgestookte hoogrendementketel opwekkingsrendement conform NEN 2916: 0,975 is het rendement van een warmtepomp in alle gevallen gunstiger. Het hoogste rendement wordt behaald door de warmtepomp met retourlucht als bron. In de praktijk zal de hoeveelheid warmte in de retourlucht echter meestal te gering zijn om te voorzien in de volledige warmtevraag, waardoor als aanvulling een tweede warmtepomp, meestal op buitenlucht, moet worden toegepast. Het gecombineerde opwekkingsrendement van deze twee systemen valt in de meeste gevallen lager uit dan dat van een aquifer-systeem. Besparing op de EPC Het effect van de verschillende warmtepompsystemen op de EPC is afhankelijk van de verwarmings- en koelvraag en zal dus verschillende per gebruiksfunctie. Het is daarom zaak om, los van eventuele beperkingen en randvoorwaarden die opgelegd worden door de omgeving, het juiste warmtepompsysteem voor het juiste gebouw te kiezen. Met een aquifer blijkt bij verschillende referentiegebouwen een besparing van circa 15% 28% mogelijk te zijn en met luchtgekoppelde systemen circa 10% 26%, afhankelijk van het gebouwtype [1]. Naast de besparing op de EPC biedt de toepassing van warmtepompen een ander voordeel: een gebouw met warmtepompen kan uitgevoerd worden als een zogeheten all-electric gebouw. Er is dan geen gasaansluiting meer nodig, en het gebouw kan voorzien worden van duurzame zelf opgewekte elektriciteit. Een stap in de goede richting op weg naar energieneutrale gebouwen in de toekomst. Tot slot Hoewel de EPC-eisen voor sommige gebruiksfuncties aanzienlijk zijn aangescherpt, zijn er voldoende kosteneffectieve maatregelen voorhanden om aan de nieuwe eisen te kunnen voldoen. In dit artikel is ingegaan op een aantal maatregelen waarmee aanzienlijke besparingen te realiseren zijn. Voor sommige gebruiksfuncties zullen één of twee maatregelen voldoende zijn, voor andere zal een pakket maatregelen nodig zijn. Daarbij biedt een integraal ontwerp, waarin gevel- en gebouwontwerp en installaties optimaal op elkaar afgestemd zijn, de beste kansen. n bronnen [1] Rapport E.2005.0139.00.R001 Aanscherping EPCeisen utiliteitsbouw, DGMR Bouw BV, 2005, te verkrijgen via internetpagina: www.senternovem.nl/epn Illustraties: Schwandt Infographics Foto s: Architectenbureau Böhtlingk