Energetische prestatie Derbigum Derbibrite i.o.v. Derbigum Nederland B.V. Postbus 237 2600 AE DELFT Adviesburo Nieman B.V. Vestiging Zwolle Dr. Van Lookeren Campagneweg 16 Postbus 40147 8004 DC ZWOLLE T (038) 467 00 30 F (038) 467 00 40 zwolle@nieman.nl www.nieman.nl Datum 17 september 2008 Projectnummer z070255aa Rapportnummer Wz070255aaA0.gs
Adviesburo Nieman B.V. Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Inhoudsopgave Pagina Hoofdstuk 1 Inleiding 7 Hoofdstuk 2 Achtergronden berekeningen 9 2.1 Bouwfysica 9 2.2 Bouwbesluit 10 2.3 NEN 2916 - Berekening energieprestatie utiliteitsfunctie 10 Hoofdstuk 3 Berekening correctiefactor 15 3.1 Rekenmethode 15 3.2 Software 16 3.3 Materiaaleigenschappen 16 3.4 Randcondities 16 Hoofdstuk 4 Rekenresultaten 19 4.1 Thermische prestatie 19 4.2 Reductie Q prim;koel 22 4.3 EPC-reductie 22 4.4 Herberekeningsformulier 23 4.5 Randvoorwaarden gebruik herberekeningsformulier 24 Hoofdstuk 5 Conclusie 25 5.1 Energetische prestatie 25 5.2 EPC-reductie 25 Bijlage 1 Formulestructuur koeling NEN 2916 Bijlage 2 Bijlage 3 Kwaliteitsverklaring Herberekeningsformulier - pagina 5 -
Adviesburo Nieman B.V. Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Hoofdstuk 1 Inleiding De heer B. Sengers heeft namens Derbigum Nederland B.V. Adviesburo Nieman opdracht verleend de invloed van Derbibrite op de energetische kwaliteiten van gebouwen te onderzoeken. Derbibrite is een dakbedekking met een witte toplaag. Derbibrite wordt gekenmerkt door een hoge mate van zonlichtreflectie. In dit rapport is de zonlichtreflectie van Derbibrite in relatie tot het energieverbruik voor koeling in de utiliteitsbouw onderzocht. Aanleiding onderzoek Als zonlicht op een dakvlak schijnt zal er sprake zijn van reflectie, transmissie en absorptie van zonlicht. Het deel van de totale invallende zonnestraling dat de dakconstructie binnendringt (transmissie) zal na enige tijd de binnenoppervlakte van de dakconstructie bereiken en vervolgens door middel van stralingswarmte aan de ondergelegen ruimte worden afgegeven. Het overige deel zal na enige tijd van opslag (absorptie) in de constructie weer naar de zijde met de laagste luchttemperatuur worden afgevoerd. Door het verhogen van de reflectiecoëfficiënt van de dakbedekking zal er meer zonlicht worden gereflecteerd, hierdoor zal de warmtestroom door de constructie verminderen waardoor de onderliggende ruimte minder wordt opgewarmd. Hierdoor wordt het benodigde energieverbruik voor koeling gereduceerd. Figuur 1: Verschil in zoninstraling in gebouw bij zwarte dakbedekking (links) en Derbibrite (rechts) (bron: Derbigum) Bij de bouwaanvraag wordt de energetische prestatie van een gebouw aangetoond met een EPC-berekening. De verlaging van het energieverbruik door koeling in een utiliteitsfunctie is te berekenen met behulp van de norm NEN 2916:2004, Bepalingsmethode energieprestatiecoëfficiënt (EPC) utiliteitsgebouwen. In deze rapportage is op basis van een voorbeeldproject de EPCreductie door toepassing van Derbibrite inzichtelijk gemaakt. Om de EPCreductie ook projectmatig te kunnen bepalen is voor gebruik door derden een herberekeningsformulier ontwikkeld. Leeswijzer Dit onderzoek is onderverdeeld in vijf hoofdstukken. In hoofdstuk 2 is de theorie rondom straling en energiezuinigheid opgenomen. In hoofdstuk 3 komen de uitgangspunten van de berekening van de energetische prestatie van Derbibrite aan de orde. De rekenresultaten die na het vaststellen van de energetische prestatie zijn verkregen worden in hoofdstuk 4 toegelicht. Om het effect van Derbibrite op de koelbehoefte in de EPC-berekening eenvoudig vast te - pagina 7 -
Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Adviesburo Nieman B.V. kunnen stellen is een herberekeningsformulier opgesteld dat eveneens in hoofdstuk 4 is opgenomen. Het rapport wordt afgesloten met een conclusie. - pagina 8 -
Adviesburo Nieman B.V. Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Hoofdstuk 2 Achtergronden berekeningen 2.1 Bouwfysica Straling In het infrarode gedeelte van het elektromagnetisch spectrum wordt de energie-uitwisseling tussen materialen bepaald door de emissiecoëfficiënt van een materiaal. Deze is echter voor witte en zwarte dakbedekking (nagenoeg) gelijk: ε = 0,94. Dit betekent dat de stralingsuitwisseling tussen hemelkoepel en dakbedekking voor Derbibrite niet verschilt van die van traditionele dakbedekking. Het verschil in bouwfysische prestatie ontstaat door het verschil in reflectie van het zichtbare licht. Uit Amerikaans onderzoek, uitgevoerd in opdracht van Derbigum, blijkt dat de reflectiecoëfficiënt voor Derbibrite 0,76 (of 0,71 na veroudering) bedraagt. Dit betekent dat 76% van het invallende zonlicht weer wordt gereflecteerd. Hierdoor zal de oppervlakte van een dak met Derbibrite minder opwarmen dan een traditionele dakbedekking. Wanneer een dakbedekking opwarmt als gevolg van zonnestraling, zal deze warmte via geleiding door de materialen in een dakconstructie naar binnen treden. Daar zorgt het ten slotte voor een verhoging van de binnenoppervlaktetemperatuur. Een hogere binnenoppervlaktetemperatuur leidt tot opwarming van de ruimte als gevolg van stralingsuitwisseling tussen de in de ruimte aanwezige scheidingsconstructies. Geleiding De mate waarin energie van buiten naar binnen wordt verplaatst, is afhankelijk van de warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) van een materiaal. Deze wordt uitgedrukt in W/(m.K). Hoe lager de warmtegeleidingscoëfficiënt, hoe minder energie een materiaal doorlaat. Een goed geïsoleerde dakconstructie laat dan ook minder energie door dan een minder goed geïsoleerde dakconstructie. Warmtecapaciteit Ten slotte bepaalt de warmtecapaciteit (soortelijke warmte x massa) van de dakconstructie de thermische traagheid, ofwel: de snelheid waarmee een dakconstructie opwarmt of afkoelt. Dit bepaalt mede de hoeveelheid energie die uiteindelijk in de ruimte onder de dakconstructie terecht komt. Een (zware) - pagina 9 -
Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Adviesburo Nieman B.V. dakconstructie met een hoge warmtecapaciteit zal in de zomer langzaam opwarmen. Tegen de tijd dat de dakconstructie is opgewarmd, zal het nacht zijn en zal deze weer afkoelen. De dakconstructie heeft een bufferende werking, en vlakt daardoor de piekbelasting van de zon af. Een lichte dakconstructie zal daarentegen snel opwarmen en afkoelen, zodat de zonneenergie snel de binnenoppervlakte kan bereiken. De pieken in zonbelasting zijn in een ruimte met een lichte dakconstructie dan ook meer merkbaar dan bij een zware dakconstructie. 2.2 Bouwbesluit Het Bouwbesluit stelt onder andere eisen aan de thermische kwaliteit van een gebouw met als doel energiebesparing, alsmede het voorkomen van vocht- en schimmelproblemen. Concreet betekent dit onder andere eisen aan de warmteweerstand van de uitwendige scheidingsconstructie (NEN 1068), luchtdoorlatendheid van de gebouwschil (NEN 2686) en binnenoppervlaktetemperatuur van de uitwendige scheidingsconstructie (NEN 2778). In afdeling 5.3 van het Bouwbesluit worden eisen gesteld aan de energieprestatie (EPC) van nieuwbouw worden gesteld. Deze EPC wordt berekend conform NEN 5128 (woonfuncties) en/of NEN 2916 (utiliteitsfuncties). De energetische kwaliteit van gebouwen wordt gedefinieerd met de energieprestatiecoëfficiënt (EPC). Bij de berekening van de energieprestatie dient, naast de warmtetransmissie door de scheidingsconstructies, tevens het energieverbruik door installaties meegenomen te worden. Ook eventuele warmteopbrengst via (niet)transparante constructieonderdelen wordt doorberekend. Om te voorkomen dat oververhitting van gebouwen ontstaat, wordt de koelbehoefte in de zomer als één van de vele installatietechnische parameters in de EPC-berekening doorberekend. Teveel glas met een zuidoriëntatie heeft bijvoorbeeld een negatief effect op de energieprestatie van een gebouw, ondanks dat in de wintersituatie mogelijk benutting van de passieve zonneenergie plaatsvindt. 2.3 NEN 2916 - Berekening energieprestatie utiliteitsfunctie Het gebouwgebonden energieverbruik van een utiliteitsfunctie wordt berekend conform NEN 2916:2004. De toepassing van Derbibrite reduceert de zoninstraling in de zomerperiode waardoor het energieverbruik voor koeling daalt. Om het effect van Derbibrite op de reductie van de koellast inzichtelijk te maken is de berekeningswijze van het energieverbruik door koeling in NEN 2916 nader onderzocht. De formules waarmee de koellast in deze norm wordt bepaald worden in deze paragraaf toegelicht. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de schematische weergave van de formulestructuur zoals in figuur 2 is aangegeven. De formules uit figuur 2 worden achtereenvolgens van onder naar boven in deze paragraaf toegelicht. In bijlage 1 is de formulestructuur volledig opgenomen. - pagina 10 -
Adviesburo Nieman B.V. Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Figuur 2: schematische weergave formules koellast conform NEN 2916 (bron: Adviesburo Nieman B.V.) Door toepassing van Derbibrite wordt de energiepost Q zon;nt gereduceerd. Q zon;nt staat voor de binnenkomende zonnewarmte door niet-transparante constructieonderdelen (onder andere de dakconstructie). De formule voor deze energiepost is als volgt: Q zon;nt = 0,045 x q zon;1 x U c;1 x A c;1 + 0,045 x q zon;2 x U c;2 x A c;2 + (79) waarin: Q zon;nt = is de getalswaarde van de binnenkomende zonnewarmte door niettransparante constructieonderdelen deel uitmakend van de uitwendige scheidingsconstructie, in MJ; Q zon;1,2, = zijn de getalswaarden van de hoeveelheid zonnestraling die op oppervlak 1,2, valt ontleend aan tabel 13 uit NEN 2916, in MJ/m 2 U c;1,2, = is de getalswaarde van de warmtedoorgangscoëfficiënt van constructieonderdeel 1,2,, bepaald volgens 7.3 van NEN 1068, in W/(m 2 K). A c;1,2, = is de getalswaarde van de geprojecteerde oppervlakte van constructieonderdeel 1,2, in m 2, bepaald volgens 5.2.7, in m 2. In alle overige gevallen geldt: Q zon;nt = 0 In formule 79 uit de norm wordt het oppervlak van alle niet-transparante delen van een gebouw (vloer-, gevel- en dakconstructie) vermenigvuldigd met de bijbehorende warmtedoorgangscoëfficiënt (U-waarde) en de factor 0,045. De factor 0,045 is verkregen door de absorptiecoëfficiënt voor zonnestraling te delen door de warmteoverdrachtscoëfficiënt naar de buitenlucht waarvoor conform de norm 20 W/(m 2 K) is aangehouden. - pagina 11 -
Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Adviesburo Nieman B.V. De warmtewinst in een gebouw bestaat uit een drietal factoren: Binnenkomende zonnewarmte door niet transparante delen (vloer-, gevel- en dakconstructie) Binnenkomende zonnewarmte door transparante delen (ramen) Interne warmteproductie (personen, apparaten etc.) In formulevorm wordt de bepaling van de warmtewinst als volgt weergegeven: Q winst = Q i + Q zon;t + Q zon;nt (78) waarin: Q winst = is de warmtewinst per maand voor de koelbehoefteberekening, in MJ; Q i = is de interne warmteproductie, bepaald volgens 6.6.3.1, in MJ; Q zon;t = is de binnenkomende zonnewarmte door transparante constructieonderdelen, bepaald volgens 6.6.4.2, in MJ; Q zon;nt = is de binnenkomende zonnewarmte door niet-transparante constructieonderdelen deel uitmakend van de uitwendige scheidingsconstructie, bepaald volgens 10.4.2, in MJ. De zontoetreding via ramen en de interne warmteproductie wijzigt niet door toepassing van een ander type dakbedekking, derhalve zijn deze energieposten buiten beschouwing gelaten. De koelbehoefte van een gebouw bestaat grofweg uit de warmtewinst (zonbelasting en de interne warmteproductie) verminderd met het warmteverlies door ventilatie en transmissie, zie figuur 3. De verhouding tussen de warmtewinst en warmteverlies wordt weergegeven met de winst-verliesverhouding (λ). Aan de winst-verliesverhouding wordt in de norm de volgende voorwaarde gesteld: λ 2,5: de koelbehoefte op ruimteniveau wordt berekend uit: winst - verlies λ > 2,5: de koelbehoefte op ruimteniveau is 0. Voor de laatste voorwaarde geldt dat het warmteverlies dusdanig groot is dat er in de ruimte geen koelbehoefte meer is. Koelbehoefte Transmissie Zonbijdrage Ventilatie verlies Interne warmteproductie winst Figuur 3: Energieposten warmte-verliesverhouding koelbehoefte (bron: Adviesburo Nieman B.V.) - pagina 12 -
Adviesburo Nieman B.V. Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Na de bepaling van de koudebehoefte per maand wordt de koudebehoefte achtereenvolgens per ruimteniveau en per energiesector bepaald. De koelbehoefte op ruimteniveau wordt per energiesector beschouwd en vermenigvuldigt met 1,1. De factor 1,1 is een correctiefactor voor verrekening van het aandeel latente koellast. In formulevorm: Q beh;koel;ruimte = 1,1 (Q koel;1 + Q koel;2 + ) (76) waarin: Q beh;koel;ruimte = is de jaarlijkse koudebehoefte in de energiesector op ruimteniveau, in MJ; Q koel;1,2, = zijn koelbehoeften in maand 1,2, voor de maanden januari tot en met december, in MJ; Q winst;1,2, = is de warmtewinst in maand 1,2,, bepaald volgens 10.4, in MJ; Q verlies;1,2, = is het warmteverlies in maand 1,2,, bepaald volgens 10.5, in MJ; Na de bepaling van de koudebehoefte op ruimteniveau wordt de koudebehoefte per energiesector bepaald. De koudebehoefte per energiesector wordt met de volgende formule bepaald: Q beh; koel Qbeh; koel ; ruimte = (75) η sys; koel waarin: Q beh;koel = is de jaarlijkse koudebehoefte, in MJ; Q beh;koel;ruimte = is de jaarlijkse koudebehoefte in de energiesector op ruimteniveau, bepaald volgens 10.3.4, in MJ; η sys;koel = is het systeemrendement voor koeling bepaald volgens 6.7. In bovenstaande formule wordt de koudebehoefte gedeeld door het systeemrendement voor koeling. Het energieverbruik van koeling (Q prim;koel ) wordt daardoor alleen bepaald als er een koelmachine in het gebouw aanwezig is. Hieruit volgt dat de EPC-reductie door het toepassen van Derbibrite alleen voor gebouwen met koeling berekend kan worden. Alhoewel in een gebouw zonder koelmachine het toepassen van Derbibrite ook zorgt voor een reductie van de koudebehoefte, kan dit formeel niet inzichtelijk worden gemaakt conform NEN 2916. Het elektrisch energieverbruik voor koeling wordt ten slotte bepaald op basis van de koelbehoefte en een gemiddeld rendement voor koude-opwekking per energiesector met koeling. De elektrische energieverbruiken van de afzonderlijke energiesectoren worden opgeteld en omgerekend naar primair energieverbruik. Dit volgt uit de volgende formules: Q prim; koel Qbeh; koel = (74) η opw ; koel waarin: Q prim;koel = is het primaire energieverbruik voor koeling voor de energiesector met koeling, in MJ; Q beh;koel = is de koelbehoefte van de energiesector bepaald volgens 10.3, in MJ; η opw;koel = is de rekenwaarde voor het opwekkingsrendement van de koudeopwekkers, bepaald volgens 10.7. - pagina 13 -
Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Adviesburo Nieman B.V. Q prim;koel = Q prim;koel;1 + Q prim;koel;2 + (73) waarin: Q prim;koel = is de getalswaarde van het primaire energieverbruik voor koeling, in MJ; Q prim;koel;1,2, = is de getalswaarde van het primaire energieverbruik voor koeling in energiesector 1,2,, bepaald volgens 10.3.3, in MJ. Wintersituatie In theorie zou de reflectie van zonlicht in de wintersituatie kunnen leiden tot het in mindere mate benutten van de passieve zonne-energie die binnentreedt door niet-transparante delen (Q zon;nt ). In NEN 2916 komt deze Q zon;nt echter alleen voor bij de bepaling van de opwarming van een gebouw voor het berekenen van het voor koeling benodigde energieverbruik (zie formule 78). Derhalve leidt het toepassen van Derbibrite in de wintersituatie niet tot een negatief effect op de EPC. - pagina 14 -
Adviesburo Nieman B.V. Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Hoofdstuk 3 Berekening correctiefactor 3.1 Rekenmethode Voor het berekenen van de uiteindelijk voor Derbibrite te hanteren correctiefactor voor warmtedoorgang is de volgende methode gehanteerd: 1. Vaststellen uitgangspunten buitenluchttemperatuur en zonbelasting op dak 2. Bepalen invloed R c -waarde dakconstructie op warmtedoorgang 3. Bepalen invloed warmtecapaciteit op warmtedoorgang 4. Bepalen gemiddelde reductie in warmtedoorgang. Figuur 4: Dakconstructie invoergegevens Voltra (bron: Adviesburo Nieman B.V.) Voor het berekenen van het verschil in warmtedoorgang tussen een dakconstructie met zwarte dakbedekking en een dakconstructie met Derbibrite is een dakconstructie van 1 m 2 ingevoerd in het programma Voltra, zie paragraaf 3.2. Onderstaande uitgangspunten zijn hierbij gehanteerd. De benodigde rekenwaarden van de warmtegeleidingscoëfficiënten van de verschillende materialen zijn ontleend aan paragraaf 7.3 en bijlage D van NEN 1068. De rekenwaarden voor de luchtspouwen zijn bepaald volgens tabel 2 uit paragraaf 12.1 van NEN 1068. De overgangsweerstanden zijn bepaald volgens paragraaf 6.4.1 van NPR 2068:2002. Tabel 1. Gehanteerde rekenwaarden Materiaal Warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) W/(m.K) Beton 2,500 EPS 0,040 Dakbedekking (zonlichtreflectiecoëfficiënt = 0.76) 0,060 Het effect in reductie van de warmtedoorgang is bepaald voor verschillende variaties in dakconstructieopbouw. Het betreft verschillen in R c -waarde (ca. 2,0 4,5 (m 2 K)/W)) en verschillen in warmtecapaciteit/draagconstructie (beton, staal en hout). - pagina 15 -
Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Adviesburo Nieman B.V. 3.2 Software De thermodynamische berekeningen van de dakconstructies zijn uitgevoerd conform NEN 1068:2001 Thermische isolatie van gebouwen: Rekenmethoden". Daarnaast is gebruik gemaakt van het thermodynamische computerprogramma VOLTRA 6.0w van Physibel. Met dit softwarepakket is conform de eindige elementenmethode berekend wat bij een fictieve dakconstructie het verschil is in warmtedoorgang tussen een traditionele zwarte dakbedekking en Derbibrite. 3.3 Materiaaleigenschappen De eigenschappen van de Derbibrite dakbedekking zijn verkregen van Derbigum Nederland B.V. Derbibrite is samengesteld uit een copolymeer bitumen en een samengestelde composiet wapening waarbij het glasvlies aan de bovenzijde is voorzien van een witte reflecterende acrylafwerking. Figuur 5: Materiaalopbouw Derbibrite (bron: Derbigum) 3.4 Randcondities Beide dakconstructies zijn in Voltra doorgerekend op basis van een vast binnenklimaat (T=18 C) en een dynamisch buitenklimaat. De input hiervoor bestaat uit de 10 jarig gemiddelde buitenluchttemperatuur De Bilt (bron: KNMI) en de horizontale zonbelasting (bron: tabel 13 NEN 2916). De overige randcondities zijn onderstaand weergegeven. Overgangsweerstand buiten R se = 0,04 (m 2 K)/W Overgangsweerstand binnen, dak R si = 0,10 (m 2 K)/W Buitenluchttemperatuur θ e = variabel (bron: KNMI) Binnenluchttemperatuur θ i = 18 C (genormeerd) - pagina 16 -
Adviesburo Nieman B.V. Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Tabel 2: Bruto-warmtewinst q zon door zoninstraling per maand op een horizontaal dakvlak (bron: NEN 2916;2004) Maand Zonbelasting q zon op horizontaal vlak [MJ/m 2 ] Januari 43 Februari 117 Maart 254 April 373 Mei 503 Juni 574 Juli 504 Augustus 489 September 295 Oktober 166 November 63 December 35 - pagina 17 -
Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Adviesburo Nieman B.V. - pagina 18 -
Adviesburo Nieman B.V. Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Hoofdstuk 4 Rekenresultaten 4.1 Thermische prestatie In Voltra is op basis van de optredende warmtestroom tussen buitenoppervlakte en binnenoppervlakte van een fictieve dakconstructie het verschil berekend tussen een dakconstructie met zwarte dakbedekking en Derbibrite. In onderstaande figuren zijn de oppervlaktetemperaturen weergegeven welke het resultaat zijn van: zonbelasting q zon MJ/m 2 buitenluchttemperatuur T e C binnenluchttemperatuur T i C massa dakconstructie m kg/m 2 warmtegeleidingscoëfficiënt materialen λ W/(m.K) overgangsweerstanden R si en R se (m 2 K)/W Figuur 6: Verschil in oppervlaktetemperatuur tussen Derbibrite (links) en zwarte dakbedekking (rechts) (bron: Adviesburo Nieman B.V.) De oppervlaktetemperatuur bedraagt bij een zwarte dakbedekking circa 50 C en bij toepassing van Derbibrite circa 30 C. De oo rzaak van dit temperatuursverschil is de hogere zonlichtreflectie van Derbibrite ten opzichte van zwarte dakbedekking. Bij de berekeningen is gevarieerd in massa en warmteweerstand van de dakconstructie. De resultaten van deze variantberekeningen zijn voor een drietal dakconstructies in tabel 3 opgenomen. Tabel 3: effect warmteweerstand en massa op de warmtestroom bij zwarte dakbedekking en Derbibrite (bron: Adviesburo Nieman B.V.) Dakconstructie Rc-waarde [m 2 K/W] Q zwarte dakbekking [W/m 2 ] Q derbibrite [W/m 2 ] Q [W/m 2 ] 2 Beton 2,5 m 2 K/W 2,52 0,79 1,73 68,7% 3,0 m 2 K/W 1,87 0,59 1,28 68,6% 4,0 m 2 K/W 1,63 0,51 1,12 68,6% 5,0 m 2 K/W 1,27 0,40 0,87 68,7% Staal 39 kg/m 2 2,5 m 2 K/W 3,68 1,26 2,42 65,8% 3,0 m 2 K/W 2,65 0,91 1,74 65,9% Hout 17 kg/m 2 2,5 m 2 K/W 3,49 1,19 2,3 66,0% 3,0 m 2 K/W 2,53 0,86 1,67 66,0% Q [%] - pagina 19 -
Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Adviesburo Nieman B.V. Uit tabel 3 blijkt dat er bij een betonnen dakconstructie bij een verdubbeling van de warmteweerstand (2,5 m 2 K/W naar 5,0 m 2 K/W) een halvering van de warmtestroom optreedt (2,52 W/m 2 naar 1,27 W/m 2 ). De procentuele reductie tussen Derbibrite en zwarte dakbedekking is bij de verschillende warmteweerstanden echter gelijk (circa 68,5%). Tevens blijkt uit de tabel dat de absolute warmtestoom bij een stalen en houten dak hoger is dan bij een dakconstructie van beton. Dit komt door de kleinere massa en daarmee een lager warmteaccumulerend vermogen van staal en hout ten opzichte van beton. Net als bij een betonnen dak neemt ook bij een stalen en houten dakconstructie de warmtestroom absoluut gezien sterk af bij een toename van de warmteweerstand. Relatief gezien is de reductie vrijwel constant (66,0%). Voor een uitgebreid overzicht van de procentuele reductie bij verschillende dakmassa s wordt verwezen naar tabel 4. Tabel 4: procentuele reductie van de warmtestroom door een dakvlak gerelateerd aan de massa en de warmteweerstand van een dakconstructie R c-waarde Massa dakconstructie beton staal hout 480 kg/m 2 360 kg/m 2 240 kg/m 2 150 kg/m 2 39 kg/m 2 17 kg/m 2 R c 2,5 m 2 K/W 68,7% - - - 65,8% 66,0% R c 3,0 m 2 K/W 68,6% 68,5% - - 65,9% 66,0% R c 4,0 m 2 K/W 68,6% 68,5% 68,1% 67,4% - - R c 5,0 m 2 K/W 68,7% 68,5% 68,1% 67,4% - - De uitkomsten uit tabel 4 zijn tevens in een grafiek weergegeven (figuur 7). Hierbij is per massa de gemiddelde reductie van de warmtestroom in procenten weergegeven. Warmtestroom in relatie tot massa dakconstructie Energiebesparing door dak voor koeling 70.0% 69.0% 68.0% 67.0% 66.0% 65.0% 64.0% 63.0% 62.0% 61.0% y = -2E-07x 2 + 0.0001x + 0.6553 Gemiddelde waarden Polynoom (Gemiddelde waarden) 60.0% 0 100 200 300 400 500 Massa dakconstructie [kg/m²] Figuur 7: Grafiek relatie reductie in warmtedoorgang Derbibrite en massa dakconstructie (bron: Adviesburo Nieman B.V.) - pagina 20 -
Adviesburo Nieman B.V. Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Uit de voorgaande tabellen en figuur 7 blijkt dat de reductie van de warmtestroom toeneemt naarmate de massa (kg/m 2 ) van de dakconstructie toeneemt. Dit wordt veroorzaakt door het bufferend effect van een zware dakconstructie: de pieken in oppervlaktetemperatuur van de dakbedekking bereiken de binnenoppervlakte niet, waardoor de totale warmtestroom beperkt blijft. Op basis van de resultaten uit tabel 4 is een grove onderverdeling gemaakt in type dakconstructie: licht en zwaar. Onder de lichte dakconstructie worden de dakconstructies verstaan van hout en staal met een massa 300 kg/m 2. Onder een zware dakconstructie wordt een betondak verstaan met een massa > 300 kg/m 2. Door het middelen van de uitkomsten van de variantberekeningen in tabel 4 ontstaat een procentuele reductie zoals in tabel 5 is aangegeven. Tabel 5: Reductie in warmtestroom door toepassing van Derbibrite Type dakconstructie Reductie [%] Lichte dakconstructie (hout-staal), massa 300 kg/m 2 66,0 Zware dakconstructie (beton), massa > 300 kg/m 2 68,5 Resumé Het toepassen van Derbibrite bij een lichte dakconstructie reduceert de warmtestroom met 66% en bij een zware dakconstructie met 68,5%. De reductie is te verklaren door de zonlichtreflectie van Derbibrite. Het relatief kleine verschil tussen een lichte en zware dakconstructie zit in het warmteaccumulerend vermogen. Het accumulerend vermogen heeft absoluut gezien een groot effect op de warmtestroom door de constructie, relatief gezien in veel mindere mate, namelijk circa 2,5% (68,5% - 66,0%). De mate van reflectie, absorptie en de warmtestroom die wordt doorgelaten op beide dakconstructies wordt in figuur 8 gevisualiseerd. Lichte dakconstructie reductie warmtedoorgang: 66% Zware dakconstructie reductie warmtedoorgang: 68,5% reflectie reflectie absorptie absorptie transmissie transmissie Figuur 8: Reflectie bij zware en lichte dakconstructie (bron: Adviesburo Nieman B.V.) - pagina 21 -
Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Adviesburo Nieman B.V. 4.2 Reductie Q prim;koel 4.3 EPC-reductie Zoals in paragraaf 4.1 is toegelicht is het mogelijk om het effect van Derbibrite met behulp van formule 79 uit de norm NEN 2916 inzichtelijk te maken. Hiervoor wordt de binnenkomende zonnewarmte door niet-transparante delen gereduceerd door alleen voor de dakconstructie de zoninstraling te corrigeren. De correctiefactor is afhankelijk van de massa van het dak. Er wordt onderscheid gemaakt in: Lichte dakconstructie: correctiefactor: 1 0,66 = 0,340 Zware dakconstructie: correctiefactor: 1 0,685 = 0,315 De correctiefactor wordt in formule 79 uit NEN 2916 verwerkt. Hierdoor ontstaat voor respectievelijk een lichte en een zware dakconstructie de volgende formule: Q zon;nt = 0,045 x 0,340 x q zon;1 x U c;dak x A c;dak + 0,045 x q zon;2 x U c;2 x A c;2 + Q zon;nt = 0,045 x 0,315 x q zon;1 x U c;dak x A c;dak + 0,045 x q zon;2 x U c;2 x A c;2 + De gewijzigde formule waarmee de binnenkomende zonnewarmte door niettransparante delen door toepassing van Derbibrite gereduceerd wordt is in een kwaliteitsverklaring vastgelegd. De kwaliteitsverklaring is in bijlage 2 opgenomen. Om het effect van Derbibrite op de EPC inzichtelijk te maken is voor een voorbeeldproject een EPC-berekening opgesteld. Het betreft een berekening van een winkelfunctie bestaande uit twee bouwlagen, zie figuur 9. Het gebouw is voorzien van radiatoren, gebalanceerde ventilatie met warmteterugwinning en koeling. Het gebouw bestaat uit één energiesector. Voor deze winkelfunctie is een berekening opgesteld met een zwarte dakbedekking en Derbibrite. - pagina 22 -
Adviesburo Nieman B.V. Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Figuur 9: Voorbeeldproject winkelfunctie (bron: NPR 2917) Uit de berekening blijkt dat het primaire energieverbruik voor koeling met een zware dakconstructie met zwarte dakbedekking 56.312 MJ is. Door toepassing van Derbibrite wordt met de gewijzigde formule uit paragraaf 4.2 een primair energieverbruik voor koeling verkregen van 49.337 MJ bij een lichte dakconstructie en 49.073 MJ bij een zware dakconstructie. Het energieverbruik voor koeling daalt daarmee in dit voorbeeldproject, door toepassing van Derbibrite in combinatie met een lichte dakconstructie, met 12% en in combinatie met een zware dakconstructie met 13%. Dit resulteert voor dit voorbeeldproject in een EPC reductie van 0,02, zie tabel 6. Tabel 6: Effect wijziging dakbedekking in voorbeeldproject Energiepost Zwarte dakbedekking Derbibrite lichte dakconstructie Derbibrite zware dakconstructie Q prim;koel 56.312 MJ 49.337 MJ 49.073 MJ Q pres;tot 823.096 MJ 816.120 MJ 815.856 MJ EPC 2,32 2,30 2,30 Indicatieve besparing gasverbruik op jaarbasis [m 3 ] t.o.v. zwarte dakbedekking 198 206 4.4 Herberekeningsformulier Om de EPC-reductie door toepassing van Derbibrite te bepalen is een herberekeningsformulier opgesteld. De resultaten van een EPU-berekening kunnen in het NEN EPU-programma geëxporteerd worden naar een csv-bestand. Dit is een bestand waarin onder andere de koudebehoefte van het gebouw per maand is opgenomen. Deze gegevens worden middels het csv-bestand in Microsoft Excel in het herberekeningsformulier geïmporteerd. Op basis van dit bestand wordt door Microsoft Excel de gewijzigde post Q prim;koel berekend. Op het herberekeningsformulier worden de energieposten conform de output van de EPU-berekening weergegeven. Tevens worden de gereduceerde energieposten (Q prim;koel en Q pres;tot ) na herberekening weergegeven. Het herberekeningsformulier zoals in figuur 10 is weergegeven, is in bijlage 3 opgenomen. Tevens is de rekenkern van het herberekeningsformulier toegevoegd. - pagina 23 -
Onderzoek energetische prestatie Derbibrite Adviesburo Nieman B.V. Figuur 10: Herberekeningsformulier Derbibrite (bron: Adviesburo Nieman B.V.) 4.5 Randvoorwaarden gebruik herberekeningsformulier Het gebruik van het herberekeningsformulier kent enkele randvoorwaarden. Reden hiervan is dat slechts een specifiek onderdeel uit NEN 2916 wordt gecorrigeerd en Microsoft Excel zoekt in specifieke cellen. Als in de EPCberekening meerdere energiesectoren worden ingevoerd ontstaan er in het csv-bestand meerdere cellen met energieposten die gecorrigeerd moeten worden. Het invoeren van meerdere energiesectoren vergt daardoor geavanceerde software dan Microsoft Excel. De volgende randvoorwaarden zijn van belang: Om formule 79 uit NEN 2916 te mogen toe passen, geldt conform deze norm een randvoorwaarde. Deze randvoorwaarde stelt dat het oppervlak van de uitwendige scheidingsconstructie dat grenst aan de buitenlucht meer dan 1,2 m 2 per m 2 gebruiksoppervlakte (GO) van de desbetreffende energiesector moet bedragen. Met andere woorden: de totale oppervlakte aan gevel-, dak- en overkragende vloerconstructie moet groter zijn dan de totale gebruiksoppervlakte. Deze voorwaarde kan, met name bij meerdere energiesectoren, niet door het Excel-blad worden gegenereerd. Het invoeren van de dakoppervlakte grenzend aan de buitenlucht vergt een handmatige invoer, waarna het rekenblad controleert of er voldaan wordt aan de genoemde voorwaarde. Het corrigeren van het primaire energieverbruik voor koeling door toepassing van Derbibrite wordt alleen bepaald bij gebouwen waarin koeling wordt toegepast, zie paragraaf 2.3. Het herberekeningsformulier berekent daardoor alleen bij gebouwen met koeling een EPC-reductie. Het herberekeningsformulier is opgesteld voor gebouwen met één energiesector, meerdere energiesectoren kunnen niet ingevoerd worden. Het invoeren van meerdere energiesectoren vergt geavanceerde software in plaats van Microsoft Excel. - pagina 24 -
Bijlage 1 Formulestructuur koeling NEN 2916
Energiegebruik koeling NEN 2916 Schematische weergave formulestructuur Energiegebruik koeling Q prim;koel Energiegebruik koeling Q prim;koel = Q beh;koel / η opw;koel Koudebehoefte per energiesector Q beh;koel = Q beh;koel;ruimte / η sys;koel Koudebehoefte per ruimteniveau Q beh;koel;ruimte = 1,1 x (Q koel;1 + Q koel;2 ) Koudebehoefte per maand Q koel;1 = Q winst - Q verlies (als λ 2,5, anders 0) Warmtewinst koelbehoefte Q winst = Q i;koel + Q zon;t + Q zon;nt Warmteverlies koelbehoefte Q verlies : transmissie en ventilatie wijzigt niet Zonnewarmte niet transparante delen Q zon;nt = 0,045 x q zon;1 x A c;1 x U c;1 + Gewijzigde formule Zonnewarmte niet transparante delen Lichte dakconstructie: Q zon;nt = 0,340 x 0,045 x q zon;1 x A c;1 x U c;1 + Zware dakconstructie: Q zon;nt = 0,315 x 0,045 x q zon;1 x A c;1 x U c;1 +
Bijlage 2 Kwaliteitsverklaring
Bijlage 3 Herberekeningsformulier
Herberekening dakbedekking Berekening conform NEN 2916:2004 Projectgegevens project projectnummer opdrachtgever datum bestand Resultaten output EPU v2.02 <PROJECT> <PROJECTNUMMER> <OPDRACHTGEVER> <DATUM> <BESTAND> na herberekening Q prim;verw 269371 MJ Q prim;verw 269371 MJ Q prim;vent 63072 MJ Q prim;vent 63072 MJ Q prim;tap 13952 MJ Q prim;tap 13952 MJ Q prim;pomp 16743 MJ Q prim;pomp 16743 MJ Q prim;koel 56312 MJ Q prim;koel 49073 MJ Q prim;bev 6630 MJ Q prim;bev 6630 MJ Q prim;vl 397015 MJ Q prim;vl 397015 MJ Q prim;pv 0 MJ Q prim;pv 0 MJ Q prim;comp;wk 0 MJ Q prim;comp;wk 0 MJ Q pres;woon 0 MJ Q pres;woon 0 MJ Q pres;tot 823096 MJ Q pres;tot 815856 MJ Q pres;toel 1208228 MJ Q pres;toel 1208228 MJ EPC-eis 3,400 [-] EPC 3,400 [-] EPC 2,320 [-] EPC 2,300 [-] voldoet voldoet Invoerparameters Gebruiksfunctie Massa dakconstructie winkelfunctie zware dakconstructie (beton) Controle voorwaarde Controle voorwaarde A buitenlucht > 1,2 m 2 GO Gebruiksoppervlakte 816 m² 1) A buitenlucht 998 m² Adviesburo Nieman B.V. 17-9-2008