KHK Studiedag Is investeren in energie-efficiëntie rendabel? Geel, 19 april 27 Technisch-economische analyse van de rendabiliteit van energiebesparende investeringen ir.-arch Griet Verbeeck Departement Architectuur en Beeldende Kunst, PHL Inhoud 1. Algemeen kader 2. Logica van energiebesparing 3. Methodologie 4. Enkele resultaten 5. Besluiten 1
Algemeen Doel = comfortabele leef/werkomgeving: Middelen: Gebouwniveau Comfortabel binnenklimaat Thermisch comfort Binnenluchtkwaliteit Visueel comfort / daglicht Akoestisch comfort Functioneel gebouw Ontwerp / concept Uitvoering Gebruik van het gebouw Planschikking/oriëntatie Materiaalgebruik Installaties Verlichting Elektrische apparatuur Energiegebruik Watergebruik Stedenbouwkundig niveau Algemeen Energieverbruik in gebouwen onderscheid tussen eindenergie en primaire energie Niveau gebruiker Niveau land omrekening naar primaire energie: maakt vergelijking tussen energiedragers mogelijk gebouwen verantwoordelijk voor 4% van het jaarlijks primair energieverbruik in België op individueel niveau: geen prioriteit op maatschappelijk niveau milieugevolgen van het gebruik van fossiele energie maar beperkte substitutie mogelijk door duurzame energie beperkt vervangingspercentage rationeel energieverbruik 2
Algemeen Residentieel Niet residentieel Woningen: warmtebehoefte in winter beperkte koelbehoefte in zomer Kantoren, scholen, ziekenhuizen, : sterk verschillende comforteisen sterk variërende functiegebonden interne winsten geen eensluidend advies mogelijk niet residentieel hier hoofdzakelijk beperkt tot kantoren gedachtengang kan uitgebreid worden naar gebouwen met andere functies Woningen = gevel-bepaald energiesysteem Niet-residentiële gebouwen = gebruikers-bepaald energiesysteem Algemeen Prestatie-eisen voor gebouwen Niet-residentiële gebouwen: comfort grote invloed op productiviteit Prestatie-eisen Wintercomfort Woningen Niet-residentiële gebouwen x energiekost << gebouwkosten << bedrijfskosten Zomercomfort x prestige en imago gebouweigenaar gebruiker Luchtkwaliteit Licht / visueel comfort x x Woningen: Akoestisch comfort x comfortgrenzen ruimer gebouweigenaar gebruiker Warm water Energieverbruik apparatuur/toestellen x (x) Energieverbruik verlichting x 3
Algemeen Tijdsperspectief = levenscyclus van het gebouw: ontwerpfase constructiefase gebruiksfase onderhoud / herstel / renovatie productiefase productiefase productiefase Randvoorwaarden voor comfortabele leef/werkomgeving: 1. Beperkt kader: energie-efficiëntie tijdens gebruik 2. Ruimer kader: duurzaamheid over hele levenscyclus eindfase Tijd Logica energiebesparing Uitgangspunt: totale energieprestatie van het gebouw wordt in rekening gebracht Aanpak 1. Netto energiebehoeften minimaliseren 2. Installaties voor verwarming optimaliseren koeling ventilatie luchtbehandeling 4
Logica energiebesparing Netto energiebehoeften: invloedsparameters Eindenergieverbruik Warmteverliezen Compactheid C=V/A Planschikking Beglazing (aard, grootte, oriëntatie en helling) Planschikking Beglazing Warmtewinsten + installaties: - productie - systeem Warmte-isolatie Luchtdichtheid en Ventilatie Zonwering Warmte-isolatie Warmte-opslag Gebruikers Apparatuur/Machines Verlichting woningen kantoren Methodologie Basis van de resultaten studies over rendabiliteit van energiezuinige maatregelen voor woningen (Vlaanderen en Brussel) en kantoren (Brussel) studie over ontwikkeling van extreem lage energiewoningen Aanpak 1. statistische analyse van bestaande gebouwenpark en nieuwbouwactiviteit 2. keuze van referentiegebouwen voor nieuwbouw en renovatie 3. impact van energiebesparende maatregelen 1. bouwkundig 2. verwarmingsinstallatie 5
Life cycle optimization of extremely Methodologie low energy dwellings Bouwkundige ingrepen woningen kantoren Isolatie per schildeel Isolatie per schildeel Daken, gevels, vloeren Daken, gevels, vloeren Beglazing Beglazing U = 5.7 tot.4 W/m²K U = 5.7 tot.8 W/m²K g =.76 tot.21 g =.76 tot.3 Glasoppervlakte Raamprofielen U = 4.8 tot.65 W/m²K U = 4.8 tot.65 W/m²K Zonwering Zonwering Actieve gevels in beperkte mate Raamprofielen Manuele bediening Manuele en automatische bediening Luchtdichtheid Luchtdichtheid Bussiness as usual (SENVIVV), n 5 = 3/h, 1/h of.6/h BAU, n 5 = 3/h of 1/h Life cycle optimization of extremely Methodologie low energy dwellings woningen Zinvolle combinaties van Warmteproductie HR- en cond.ketel (gas/olie), WP (en WKK) Warmte-afgifte HT- en LT-radiatoren en vloerverwarming Regeling Watertemperatuur en kamertemperatuur Sanitair ww productie Ventilatie Natuurlijk, Afzuigventilatie Mech. ventilatie met of zonder recuperatie Alternatieve energie Zonnecollectoren voor sww PV-modules Installatietechnische ingrepen kantoren Zinvolle combinaties van Warmteproductie HR- en cond.ketel (gas), WP (en WKK) Warmte-afgifte Luchtverwarming, ventilo-convectoren, radiatoren en vloerverwarming Regeling Watertemperatuur en kamertemperatuur Koelingsystemen Luchtkoeling, koelbalken, koelplafonds, reversibele WP Ventilatie (meer uitgebreid) Natuurlijke ventilatie, Afzuigventilatie Mech. ventilatie met of zonder recuperatie Verlichting lampen en regeling 6
Methodologie Beoordelingscriteria (1): Energie en emissies Levenscyclusinventaris Totaal primair energieverbruik : = primair energieverbruik tijdens gebruiksfase (3 jaar) + ingebouwd primair energieverbruik (t.o.v referentie) Totale CO 2 -emissies of global warming potential GWP : = CO 2 -emissies tijdens gebruiksfase (3 jaar) + ingebouwde CO 2 -emissies (t.o.v. referentie) Referentie nieuwbouw: niet geïsoleerde toestand renovatie: bestaande toestand, meestal niet geïsoleerd Methodologie Beoordelingscriteria (2): Micro-economisch Totale actuele kosten (TAK) TAK = I + I(1 + r ) K (1 + r ) j n i n I E E M + + j i j= x, y, z (1 + a) i= 1 (1 + a) i= 1 (1 + = begininvestering + herinvestering + energiekosten + onderhoudskosten geactualiseerd over 3 jaar K (1 + rm ) i a) i Netto contante waarde (NCW) NCW = [ I > rendabel I(1 + r ) K j n i n I M M E ] + j i j= x, y, z (1 + a) i= 1 (1 + a) i= 1 (1 + i (1 + re ) i a) economisch optimum: minimale TAK of maximale NCW over 3 jaar K (1 + r ) 7
Methodologie Energieprijzen: o.b.v. informatie Federaal ministerie Economie Aardgas Stookolie Elektriciteit Tarief B, veralgemeende verwarming Tweevoudig dagtarief Tweevoudig nachttarief Uitsluitend nachttarief Proportioneel [c /kwh] Vast [ /jaar] 3 energiescenario s o.b.v. informatie Mineco en Planbureau: aardgas en elektriciteit: +% (laag) +2.1% (midden) +4.3% (hoog) stookolie: +% (laag) +1.9% (midden) +3.2% (hoog) Methodologie Wisselwerking tussen energie en economie 12 totale actuele kosten [ ] 1 8 6 4 2 6 2 4 6 8 1 4 totaal primair energieverbruik [kwh] 2 alle combinaties trade-off referentie Totale actuele kosten netto contante waarde [ ] Netto contante waarde -2-4 -6-8 -1-12 8 18 28 38 48 58 totaal primair energiegebruik [GJ] alle resultaten trade-off referentie 8
Wisselwerking tussen energie en economie Laag energiescenario 31 Optima voor TAK vs. totaal primair energieverbruik rijwoning met gebruiksperiode 3 jaar totaal actuele kosten [ ] 29 27 25 23 21 (cond+wtw) E43 19 E43 17 (wp) E53 (cond) K3/E63 K25/E55 15 8 13 18 23 28 33 38 43 primair energieverbruik [GJ] isolatie ref +installatie +vent+wtw Wisselwerking tussen energie en economie Hoog energiescenario 32 Optima voor TAK vs. totaal primair energieverbruik rijwoning met gebruiksperiode 3 jaar 3 totaal actuele kosten [ ] 28 26 24 22 E43 (cond+wtw) (wp+wtw) E34 2 K3/E63 8 E43 13 18 23 28 33 38 43 (wp) K25/E55 primair energieverbruik [GJ] ref isolatie +install +vent+wtw +wkk 9
Hiërarchie van maatregelen 1. Economisch optimum = hoogste netto contante waarde bij alle energiescenario s en alle discontovoeten: economisch optimaal isolatiepeil = K25 27 bij C = 1.5-2 m (K2 bij C < 1m) HR- of condensatieketel + HT-radiatoren in combinatie met variabele watertemperatuur natuurlijk ventilatiesysteem met aandacht voor luchtdichtheid E57 ± 6 voor meeste woningen = daling vh jaarlijks primair energiegebruik met 66 ± 6% t.o.v. referentie 43 ± 6% t.o.v. E1 2. Net nog economisch rendabele oplossingen (netto contante waarde, afh van energiescenario): laag scenario: + mech.ventilatie met wtw of lucht/water WP ipv ketel hoog scenario: K2 + lucht/water WP + vloerverwarming + mech.ventilatie met wtw 3. Verdere energiebesparende stappen, maar niet meer economisch rendabel: zeer laag isolatiepeil (< K2) grond/water WP WKK alternatieve energie (zonnecollectoren, PV-systemen) Enkele conclusies: productiesysteem Pareto optima, geordend per productiesysteem Vrijstaande woning, gebruiksperiode = 3 jaar, laag energiescenario 6 4 netto contante waarde [ ] 2-2 -4-6 -8 high efficiency boiler condensing boiler air-water heat pump soil-water heat pump cogeneration heat and power -1 8 13 18 23 28 totaal primair energiegebruik [GJ] 1
Investering versus energiebesparing initiële meerinvestering [ ] 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Initiële meerinvestering vs. jaarlijkse energiekost spouwmuur, gebruiksperiode 3 jaar 2-1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 jaarlijkse energiekost [ ] Referentie rijwoning: nt geïsoleerde spouwmuur + gewoon dubbel glas (U=2.8W/m²K) jaarlijks verbruik: 1 634 MJ/jr fossiel 38 kwh/jr elek = 119 695 MJ/jr primaire energie K17 / E146 energiekost 16 /jaar totaal bwk inst Ingebouwde niet-hernieuwbare energie 35 Energieterugverdientijd Hoekwoning, maatregelen op gebouwschil en installaties extra ingebouwde energie [GJ] 3 25 2 15 1 5 EPBT = 1 jaar EPBT = 2 jaar alle resultaten optima 2 4 6 8 1 12 14 16 18 jaarlijkse besparing aan primaire energie [GJ] 11
Besluit Woningen Strategie is afhankelijk van drijfveer (investering, economisch, ecologisch) en beschikbaar budget. Juiste volgorde respecteren en juiste prioriteiten stellen! Nieuwbouw Dakisolatie Gevel en vloerisolatie Betere beglazing Betere verwarmingsinstallatie Ventilatiesysteem met wtw Alternatieve energie Renovatie Dakisolatie (en vloerisolatie bij makkelijk bereikbare vloeren) Betere beglazing Betere verwarmingsinstallatie Ventilatiesysteem met wtw Alternatieve energie HT-radiatoren LT-radiatoren: systeem op HT i.c.m. buitenvoeler (d.w.z. variabele watertemp.) zal in praktijk grootste deel van het stookseizoen werken als LT-systeem, zonder de meerinvestering van een LT-systeem Mech.vent + wtw nat.ventilatie: energiewinst door wtw enkel mogelijk mits voldoende luchtdichtheid en respecteren van balanssysteem aanpassen van ventilatiegedrag noodzakelijk! kantoren Initiële meerinvestering Initiële meerkost [ ] 7 6 5 4 3 2 1 Referentie nieuwbouwkantoor: ca. 15m² vloeroppervlakte, 8 verdiepingen, open bebouwing landschapskantoor verlichting: ca. 15 W/m² verwarming via HR-gasketel koeling via ventilo-convectoren jaarlijks verbruik K4 / E123 96 GJ/jr primaire energie -1 15 2 25 3 35 4 45 Primair energieverbruik [GJ] Resultaat Referentie Pareto 2 Pareto 1 Ref: BIM 3E 12
Argumentenlijst nieuwbouw kantoren Totale actuele kost - index 2% 18% 16% 14% 12% 1% 8% 6% 4% 2% % Isolatiegraad K3 (E36) Water/water WP (E38) PV (E41) Isolatiegraad K29 + PV (E49) Ventilatie met HR WTW (E51) Man. buitenzonwering (E5) Ventilatie met HR WTW (E52) Aquifer + koelplafonds (E61) Vaste buitenzonwering (E64) Water/water WP (E67) Isolatiegraad K37 + LT-rad (E61) Isolatiegraad K3 (E8) Isolatiegraad K42 of WP (E69) Regeling verlichting (E84) Stooklijnregelng (E87) 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 1% 11% LT-radiatoren (E73) Regeling verlichting (E75) Condenserende ketel (E93) Condenserende ketel (E81) Goede verlichting (E98) Totaal primair energieverbruik - index Kantoor2 Referentie Kantoor1 Kantoor2 Kantoor1 Goede verlichting (E95) Referentie (E123) Referentie (E13) 2 19 18 17 16 15 14 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1-1 Meerinvestering [ /m²] Ref: BIM 3E Argumentenlijst renovatie kantoren Totale actuele kost - index 35% 3% 25% 2% 15% 1% 5% % -5% Isolatiegraad K25 (E5) PV (E52) Ventilatie met HR WTW (E54) WP met vloerverwarming (E53) Isolatiegraad K39 (E55) PV (E52) Aquifer + cond. ketel (E62) WP + LT_radiatoren (E57) Ventilatie met HR WTW (E61) Isolatiegraad K31 (E74) Isolatiegraad K59 (E84) Verlichting met regeling (E7) Water/water warmtepomp (E98) Zonwerende beglazing(e88) Regeling verlichting (E115) Cond. Ketel + verlichting (E123) 1-1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 1% 11% Totaal primair energieverbruik - index Verwarming en verlichting (E114) Lucht/lucht warmtepomp (E156) Cond ketel + ventilatie (E165) Cond. Ketel (E147) Verwarming en ventilatie (E154) Referentie (E26) Referentie (E19) 2 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 9 8 7 6 5 4 3 2 Kantoor3 Referentie Kantoor4 Kantoor3 Kantoor4 Ref: BIM 3E Meerinvestering [ /m²] 13
Besluit Prioriteitenlijst nieuwbouw kantoren Ref: BIM 3E voor kantoor 1 Meerinvestering [ /m²] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 K55 / E13 REFERENTIE K55/E8 - Halogeenspots vervangen door spaarlampen, condenserende ketel met radiatoren (met klokthermostaat, thermostatische kranen, frequentiesturing pompen en stooklijnregeling) 11 K37/E6 - Als hierboven, maar met lage temperatuurradiatoren Meer isolatie en zonwerende beglazing tot isolatiegraad van K4 Betere regeling van de verlichting door daglichtsturing en aanwezigheidsdetectie 5 K37/E52 - Als hierboven, maar met mechanische ventilatie met warmteterugwinning en frequentiegestuurde ventilatoren 95 6 65 7 75 8 85 9 95 1 15 11 Totale actuele kost [%] Totale actuele kost Meerinvestering Besluit Prioriteitenlijst nieuwbouw kantoren Ref: BIM 3E voor kantoor 2 Meerinvestering [ /m²] -4-25 -1 5 2 35 5 65 8 95 11 K4/E123 REFERENTIE - reeds met zonwerend glas K4/E98 - Vervangen van de halogeenverlichting door compacte fluorescentiespots 21- K3/E7 - Verbetering isolatiegraad. Extra daglichtsturing en aanwezigheidsdetectie voor verlichting. Reversibele water/water warmtepomp met frequentiegestuurde pompen, ventiloconvectoren 2- K3/E58 - Zelfde verlichtingsinstallatie als hierboven Aquifer voor de koeling in combinatie met koelplafonds. Verwarming door condenserende ketel met overgedimensioneerde radiatoren + thermostatische kranen. Vaste buitenzonnewering. 1 6 65 7 75 8 85 9 95 1 15 11 Totale actuele kost [%] Totale actuele kost Meerinvestering 14