ECN-E--06-037
Demand Side Management achter de meter Raming verduurzamingspotentiëlen ir. Josco C.P. Kester dr. Herbert A. Zondag
November 2006
Verantwoording Dit rapport beschrijft de resultaten van het project 'Demand Side Management achter de Meter' (ECN-projectnummer 7.9027). Dit project is uitgevoerd binnen het onderzoeksprogramma Energie in de Gebouwde Omgeving, speerpunt Bouwenergetica. Aan het project hebben meegewerkt: Herbert Zondag (uitvoeren simulaties), Joost Paauw (literatuuronderzoek), Ernst-Jan Bakker (ideeën literatuur en projectaanpak) en Josco Kester (projectleiding, rapportage, literatuuronderzoek). Daarnaast hebben vele andere ECN-collega’s ideeën aangeleverd voor nieuwe regelscenario's en voor literatuur informatie (onder meer via een lunchcolloquium). Dank gaat ook uit naar Ellie de Groot en Bert Elkhuizen die vanuit TNO Bouw en Ondergrond hebben meegedacht en gegevens aangeleverd.
Abstract This report describes the technical potential for increasing the sustainability of the built environment by application of advanced control systems. Attention has been focused on control systems using environment adaptive, user adaptive and user educating control, including demand response. The technical potentials estimated are meant for prioritising research and are strongly dependent upon assumptions that could not always be verified within this research. The technical savings potential of advanced control systems in the whole built environment is estimated to be of the order of 190 PJp of primary energy per annum (6% of the Dutch total) and 12 Mton CO2 emission reduction per annum (7% of the Dutch total). In the residential sector automated user adaptive control represents about two third of the estimated savings potential, and and user educating control about one third. In the service sector the majority of the potential is covered by improved operation and maintenance through on going monitoring. In addition to the use of advanced control systems for the reduction of primary energy use, it is also possible introduce demand response in the built environment. This does not directly lead to the reduction of the primary energy use, but it will be necessary in future electricity grids with a high penetration of intermittent, renewable energy sources. In the residential sector there is a significant potential for demand response by shifting the electricity demand of various appliances: 34 PJe demand response per annum. The additional potential for the service sector could not be estimated due to a lack of data. These estimations of potential were based on the current composition of the building stock and the domestic equipment currently used. Future potentials will depend upon the development of the building characteristics and the domestic equipment used. It is suggested to focus technology development on the following issues: 1. user adaptive control in dwellings 2. user educating control in dwellings 3. automated demand response with domestic appliances 4. support tools for monitoring of operation and maintenance of service sector buildings. During the further development of these technologies it is important to involve users in an early stage and to reduce the autonomous energy consumption of the control systems. Both this research and practical experiences show that the performance of a building is heavily dependent from the control and use of the building. Therefore suppliers of domestic installations and appliances are recommended: 1. to increase the robustness of installations and appliances towards user behaviour by including user adaptive and user educating control systems; 2. to systematically monitor the comfort delivered and the energy consumption in practice after introducing a new technology, and compare it to the comfort and energy performance intended.
2
ECN-E--06-037
Inhoud 1.
Inleiding 1.1 Doelstelling 1.2 Toelichting regelprincipes 1.3 Leeswijzer
6 6 6 6
2.
Onderzoeksaanpak 2.1 Onderzoeksactiviteiten 2.2 Referentiegebouwen en referentiegegevens 2.3 Evalueren van verduurzamingspotentiëlen
7 7 7 7
3.
Verduurzamingspotentieel door regelingen in woningen 3.1 Omgevingsadaptieve regelingen 3.2 Gebruikersadaptieve regelingen 3.3 Gebruikerseducatieve regelingen 3.4 Geautomatiseerde vraagrespons ten behoeve van duurzaam opgewekte elektriciteit
9 10 11 14
4.
Verduurzamingspotentieel door regelingen in utiliteitsgebouwen 4.1 Omgevingsadaptief regelen 4.2 Gebruikersadaptief regelen 4.3 Gebruikerseducatief regelen 4.4 Geautomatiseerde vraagrespons
18 22 22 25 25
5.
Discussie 5.1 Selectie van de meest veelbelovende scenario's 5.2 Benodigde technologie-ontwikkeling
27 27 27
6.
Conclusies en aanbevelingen 6.1 Conclusies 6.2 Aanbevelingen
31 31 32
15
Bijlage A
Parameters gebouwsimulaties
36
Bijlage B
Beursverslag Light+Building 2006
37
ECN-E--06-037
3
Lijst van tabellen Tabel 1.
Besparingspotentiëlen van diverse typen regelingen in woningen
9
Tabel 2.
Geschatte gemiddelde continugebruiken van diverse apparatuur
13
Tabel 3.
Elektrische vermogens en energiegebruiken van apparatuur mogelijk geschikt voor verschuiving van de elektriciteitsvraag
16
Primair energiegebruik in 2000 voor verschillende deelsectoren in de utiliteitsbouw
18
Besparingspotentieel van verschillende typen regelscenario's in kantoorgebouwen
19
Tabel 6.
Besparingspotentieel van verschillende typen regelscenario's in winkels
19
Tabel 7.
Besparingspotentieel van verschillende typen regelscenario's in scholen
20
Tabel 8.
Potentiële besparing in primair energiegebruik en CO2-emissies door verschillende regelscenario's in verschillende deelsectoren van de utiliteitsbouw 21
Tabel 9.
Besparingspotentiëlen door het afschakelen van het standby-gebruik van diverse apparatuur in kantoren 24
Tabel 10.
Besparingspotentiëlen door het afschakelen van het standby-gebruik van diverse apparatuur in kantoren en scholen 24
Tabel 4. Tabel 5.
4
ECN-E--06-037
Samenvatting Dit rapport beschrijft het verduurzamingspotentieel voor de gebouwde omgeving van geavanceerde regelsystemen die gebruik maken van omgevingsadaptieve, gebruikersadaptieve en gebruikerseducatieve regelscenario’s, inclusief geautomatiseerde vraagrespons. Hiervoor is de orde van grootte bepaald van het technische potentieel van de besparingen van het jaarlijkse primaire energiegebruik in GJp en van de bijbehorende vermindering van de jaarlijkse CO2uitstoot in ton CO2. Dit is zowel gedaan voor woningbouw als voor drie deelsectoren van de utiliteitsbouw, te weten: kantoren, winkels en scholen. De bepaalde potentiëlen zijn bedoeld voor een prioritering van het onderzoek. Ze zijn sterk afhankelijk van aannamen, die in het kader van dit onderzoek niet altijd getoetst konden worden. Bij de potentieelramingen is gebruik gemaakt van waarden uit de literatuur, modelberekeningen met een gebouwmodel en een zonnecollectormodel en berekeningen in een spreadsheet. De potentiëlen zijn bepaald op basis van het huidige bestand aan woningen en de huidige penetratiegraden van apparatuur. Bij veranderingen in de woningkenmerken en het gebruik van apparatuur zullen ook de technische potentiëlen veranderen. Uit de potentieelramingen blijkt dat er in de gebouwde omgeving door geavanceerde regelsystemen een technisch besparingspotentieel is in de grootte-orde van 190 PJp / jaar (6% van het totale Nederlandse primaire energiegebruik). De bijbehorende reductie van de CO2emissie bedraagt ca. 12 Mton CO2 / jaar (7% van de totale Nederlandse emissie in alle sectoren.) In aanvulling op het verminderen van het primaire energiegebruik kunnen er ook maatregelen genomen worden voor het mogelijk maken van vraagrespons van elektriciteit. Geautomatiseerde vraagrespons leidt niet rechtstreeks tot vermindering van het primaire energiegebruik, maar is in de toekomst wel nodig (samen met elektriciteitsopslag) om een groot aandeel intermitterende, duurzame opwekkers in het elektriciteitsnet mogelijk te maken. Binnen de woningbouw biedt het verschuiven van de elektriciteitsvraag van diverse apparatuur een significant potentieel (34 PJe vraagrespons). Voor een goede potentieelbepaling binnen de utiliteitsbouw ontbraken te veel cijfers. In de woningbouw nemen gebruikersadaptieve en gebruikerseducatieve regelingen ongeveer tweederde, respectievelijk eenderde van het besparingspotentieel voor hun rekening. In de utiliteitsbouw zit verreweg het grootste potentieel bij het verbeteren van beheer en onderhoud door voortdurende monitoring. Op grond hiervan wordt voorgesteld om de technologieontwikkeling te richten op de volgende zaken: 1. gebruikersadaptieve regelingen in woningen 2. gebruikerseducatieve regelingen in woningen 3. geautomatiseerde vraagrespons met huishoudelijke apparaten 4. hulpmiddelen voor eenvoudige monitoring van gebouwbeheer in utiliteitsgebouwen. Bij de verdere ontwikkeling van deze technologieën dient de gebruiker in een vroeg stadium betrokken te worden en dient er aandacht te zijn voor het beperken van het eigen energiegebruik van de regelsystemen. Uit dit onderzoek en uit praktijkervaringen blijkt verder dat de prestaties van een gebouw sterk afhangen van de regeling en het gebruik. Aan leveranciers van apparatuur wordt daarom aanbevolen: 1. om apparatuur meer robuust te maken ten aanzien van gebruikersgedrag door een gebruikersadaptieve en –educatieve regeling standaard op te nemen; 2. om bij introductie van een nieuwe technologie het geleverde comfort en het energiegebruik systematisch in de praktijk te monitoren en te vergelijken met de beoogde comfort- en energieprestatie.
ECN-E--06-037
5
1. Inleiding Deze rapportage beschrijft de resultaten van het project 'DSM achter de meter'. Het project richt zich op beperking van de vraag naar fossiele brandstoffen in verschillende deelsectoren van de gebouwde omgeving, zowel woningbouw als utiliteitsbouw.
1.1 Doelstelling De doelstelling van het project is: 1. Het bepalen van het verduurzamingspotentieel van nieuwe regelsystemen, die gebruik maken van omgevingsadaptieve, gebruikersadaptieve of gebruikerseducatieve regelscenario’s, inclusief geautomatiseerde vraagrespons. 2. Het vaststellen van de hiervoor benodigde technologieontwikkeling. Onder het verduurzamingspotentieel wordt verstaan het technische potentieel voor vermindering in het gebruik van primaire energiebronnen en voor vermindering van CO2-uitstoot. Er is gekeken naar oplossingen binnen verschillende typen gebouwen (woningen, kantoren, scholen, winkels) in Nederland.
1.2 Toelichting regelprincipes Basis voor deze evaluatie vormen de volgende regelprincipes: • omgevingsadaptieve regeling: dit is een regeling die zich aanpast aan veranderingen in de omgeving, zoals buitentemperatuur, zonne-instraling, windsnelheid of windrichting. • gebruikersadaptieve regeling: dit is een regeling die zich aanpast aan het gedrag van gebruikers van het gebouw, zoals aanwezigheid, type activiteit, openen van ramen.1 Ook de reductie van standby-gebruik van apparatuur is in deze categorie meegenomen. • gebruikerseducatieve regeling: dit is een regeling die de gebruiker aanzet tot een ander gebruikersgedrag, bijvoorbeeld door terugkoppeling van de effecten van het gedrag op comfort, energiegebruik en/of kosten. • geautomatiseerde vraagrespons (ofwel ‘automated demand response’): dit is een regeling die automatisch de energievraag van een apparaat of proces afstemt op de hoeveelheid (of prijs van) energie die op verschillende momenten beschikbaar is2. Deze vier typen regelingen kunnen alle gebruik maken van een combinatie van metingen, voorspellingen en analyse van metingen uit het verleden.
1.3 Leeswijzer In de rest van dit rapport staat eerst de aanpak van het onderzoek beschreven (hoofdstuk 2). Hierna volgen de resultaten voor de woningbouw (hoofdstuk 3) en de utiliteitsbouw (hoofdstuk 4). In hoofdstuk 5 worden deze resultaten besproken. De conclusies en aanbevelingen volgen ten slotte in hoofdstuk 6.
1
Onder 'gebruikers' vallen alle personen die gebruik maken van het gebouw, in rollen variërend van bewoner, medewerker, tot eigenaar, beheerder. 2 Hiermee kan men bijvoorbeeld de vraag naar energie in tijd afstemmen op het aanbod aan duurzaam opgewekte energie. Vraagrespons is dan een bijzondere vorm van omgevingsadaptatie. In veel van deze scenario’s is ook sprake van gebruikersadaptatie en/of gebruikerseducatie.
6
ECN-E--06-037
2. Onderzoeksaanpak 2.1 Onderzoeksactiviteiten Het onderzoek bevatte de volgende activiteiten: • verzamelen referentiegegevens over energiegebruik, gebouwkwaliteit etc. • vaststellen huidige stand der (regel)techniek3 • genereren van ideeën voor nieuwe regelalgoritmen • evalueren van het verduurzamingspotentieel • evalueren van de benodigde technologieontwikkeling
2.2 Referentiegebouwen en referentiegegevens Als referentie voor de berekeningen over energiebesparing in woningen is gekozen voor de NOVEM referentiewoning rijtjeswoning 1966 - 1977 [Novem 2001]4. Op de woning is een zonneboiler aangebracht met een collectoroppervlak van 2,8 m2 en een boilerinhoud van 122 l, plus een kleine split-unit air conditioning. Bij de utiliteitssimulaties zijn berekeningen uitgevoerd op basis van karakteristieke gebouwen uit [Novem 2000], maar met isolatiewaarden karakteristiek voor de periode 1980-1988, welke zijn afgeleid van [Novem 2001]. De kenmerken van de referentiegebouwen staan weergegeven in Bijlage A. De besparingen voor deze referentiewoningen zijn aan het eind gecorrigeerd voor de huidige penetratiegraad van de betreffende technische apparatuur5. Bij het omrekenen van besparingen van elektrische energie is uitgegaan van een effectief rendement van centrale elektriciteitsopwekking van 40%. Voor het bepalen van de CO2emissies is uitgegaan van een emissie van 0,063 ton CO2 / GJp elektriciteit (centrale opwekking) en van 0,056 ton CO2 / GJp aardgas6.
2.3 Evalueren van verduurzamingspotentiëlen De verduurzamingspotentiëlen zijn geëvalueerd in termen van de jaarlijkse besparing van primaire energie in GJp en de jaarlijkse vermindering van de CO2-uitstoot in ton CO2. Er is gebruik gemaakt van de volgende schattingsmethoden: • in de literatuur gerapporteerde waarden • eenvoudige berekeningen in een spreadsheet • berekeningen met een gebouwmodel, dat voor eigen gebruik binnen ECN ontwikkeld is door Frans Koene7 • berekeningen met een zonnecollectormodel, dat voor eigen gebruik binnen ECN ontwikkeld is door Herbert Zondag. De op deze wijze bepaalde potentiëlen zijn uitsluitend bedoeld voor een prioritering van het onderzoek. De resultaten geven daarom een indicatie van de orde van grootte van het technische potentieel, uitgaande van het huidige bestand aan woningen en de huidige penetratiegraden van 3
Hiervoor is onder andere een bezoek gebracht aan de beurs Light + Building 2006 in Frankfurt, zie Bijlage B. Dit type woning komt veel voor (10% van de woningvoorraad). Verder is het gemiddelde energiegebruik voor dit type woningen vrijwel gelijk aan het gemiddelde energiegebruik in alle huishoudens. 5 Genoemde penetratiegraden zijn gebaseerd op [Van Kempen 2001, 6-7], [Braber 2004, 4], [SenterNovem 2006, 21], CBS Statline en op gegevens van Ernst-Jan Bakker, ECN. 6 Deze getallen zijn afgeleid van de kentallen in [SenterNovem 2006, 17]. 7 Dit model is enigszins gevalideerd door vergelijking van een simulatie van dit model met gemeten waarden voor zowel een woning als enkele utiliteitsgebouwen. Om de tijdbesteding te beperken zijn de hierbij gebruikte parameterwaarden op basis van schattingen vertaald naar parameterwaarden voor de gebouwtypen die wij beschouwd hebben. Deze schattingen zijn niet verder gevalideerd. 4
ECN-E--06-037
7
apparatuur. Dit betekent dat bij veranderingen in de woningkenmerken en het gebruik van apparatuur ook de technische potentiëlen zullen veranderen. In alle gevallen zijn de gevonden getallen voor besparingen sterk afhankelijk van de aannamen. Met de gekozen aannamen is er eerder sprake van een overschatting van het potentieel per optie dan van een onderschatting. Belangrijke aannamen zijn de kenmerken en het gebruik van het gebouw evenals de aannamen over de referentiesituatie. Dit geldt zowel voor de zelf uitgevoerde simulaties als voor de in de literatuur gevonden waarden8.
8
Dit was ook de boodschap van diverse sprekers in het Home and Building Automation Forum op het Building Performance Congres 2006 in Frankfurt.
8
ECN-E--06-037
3. Verduurzamingspotentieel door regelingen in woningen De besparingspotentiëlen van geavanceerdere regelingen in woningen zijn samengevat in Tabel 1. Ter vergelijking: het gemiddelde energiegebruik in woningen in Nederland bedroeg in 2004 85 GJp/jaar. Dit betekent dat het technische potentieel van de onderzochte maatregelen overeenkomt met ruim 14% van het jaarlijkse energiegebruik in woningen. Gebruikersadaptieve en gebruikerseducatieve regelingen nemen beide ongeveer de helft van dit besparingspotentieel voor hun rekening. Er wordt geen grote bijdrage verwacht van omgevingsadaptieve regelingen die verder gaan dan de huidige stand der techniek. Tabel 1.
Besparingspotentiëlen van diverse typen regelingen in woningen9
maatregel
potentieel per woning [GJp/a]
toepassing penetratie potentieel afhankelijk van per gem. huish. [GJp/a]
omgevingsadaptief zonwering met regeling zoninstraling
2,3
mechanische koeling
2%
0,05
gebruikersadaptief regeling ventilatie op aanwezigheid regeling verwarming op raamstand10 afschakelen standby-gebruik apparatuur regeling verwarming op aanwezigheid
3 0,3 7,2 4,6
mech. afzuiging div. apparatuur restpotentieel
55% 100% 28% 85%
1,7 0,3 2,0 3,9
2,6 1,9
-
100% 100%
2,6 1,9
0,4
zonneboiler
1,2%
0,005
gebruikerseducatief terugkoppeling gemeten energiegebruik aanpassen ventilatiegedrag door terugkoppeling10 aanpassen warmtapwatervraag aan beschikbaarheid zonnewarmte totaal
22,0
12,1
Verderop in deze paragraaf staat een toelichting van deze potentiëlen. Indien deze technische potentiëlen volledig benut zouden kunnen worden bij alle 7,0 miljoen huishoudens in Nederland, dan zou dit een totale besparing opleveren van ruim 85 PJp per jaar (ca. 2,6% van het totale Nederlandse energiegebruik in alle sectoren) aan primair energiegebruik en ca. 5,0 Mton CO2 / jaar (2,5% van de totale Nederlandse emissie in alle sectoren.)
9
Het 'potentieel per woning' betreft de potentiële besparing in woningen waar een dergelijk scenario toepasbaar is; in de kolom 'toepassing afhankelijk van' staat aangegeven waarvan de toepasbaarheid afhankelijk is, in de kolom 'penetratie' staat de penetratiegraad (het percentage van alle huishoudens dat beschikking heeft over een dergelijke installatie); in de kolom 'potentieel per gem. huish.' ten slotte staat de potentiële besparing per gemiddeld huishouden, nadat rekening gehouden is met de penetratiegraad in de kolom ervoor. 10 De besparingen door de regeling van verwarming op raamstand en door het aanpassen van het ventilatiegedrag hebben betrekking op hetzelfde energiegebruik. Hiermee is bij de bepaling van het totale besparingspotentieel rekening gehouden.
ECN-E--06-037
9
3.1 Omgevingsadaptieve regelingen Een omgevingsadaptieve regeling is een regeling die zich aanpast aan veranderingen in de omgeving, zoals buitentemperatuur, zonne-instraling, windsnelheid of windrichting. Er is specifiek gekeken naar het potentieel van regeling van zonwering op instraling omdat er sprake is van toename van het gebruik van mechanische koeling in woningen. Zonwering met regeling op zoninstraling Uitgegaan is van een externe zonwering, die op twee doelen geregeld wordt. Ten eerste houdt deze zonwering zonnewarmte tegen bij een zoninstraling groter dan 200 W/m2 en een binnentemperatuur groter dan 21°C. Tegelijkertijd zorgt de zonwering ervoor dat er altijd voldoende daglicht wordt toegelaten om extra kunstverlichting te voorkomen. (Dit kan bijvoorbeeld gerealiseerd worden door een zonwering uit twee delen, met bovenin een apart regelbaar gedeelte voor zonlichttoetreding.) Voor een dergelijke zonwering wordt een ZTAfactor van 0,2 aangenomen.11 Deze zonwering met regeling zorgt voor een vermindering van de benodigde hoeveelheid primaire energie voor koeling met 2,3 GJp/jaar.12 De bijdrage van de regeling aan deze besparing is afhankelijk van de aannamen over het gebruik van zonwering door een normale gebruiker - en kan gesteld worden op ergens tussen 20% en 80%. De besparing is vooral afhankelijk van de aanname dat de ‘referentiewoning’ voorzien is van mechanische koeling. Van het aantal woningen met mechanische koeling zijn geen betrouwbare statistieken beschikbaar. Wel is duidelijk dat het aantal woningen met mechanische koeling op dit moment nog klein is, maar wel stijgt. Op basis van een schatting in [Van Kempen 2001, 6-7] wordt aangenomen dat de penetratiegraad op dit moment ca. 2% is. Door deze lage penetratiegraad van mechanische koeling in bestaande woningen komt de besparing uit op ca. 0,05 GJp per jaar per gemiddeld huishouden. Overige omgevingsadaptieve regelingen: De volgende omgevingsadaptieve regelingen zijn ook mogelijk in woningen, maar zijn niet nader onderzocht omdat ook deze maar een beperkte besparing opleveren: • Daglichtafhankelijke regeling van verlichting: Dit heeft in woningen waarschijnlijk maar beperkte meerwaarde t.o.v. handmatige regeling en is lastig te realiseren vanwege de verschillende lichtbehoefte voor diverse activiteiten in de woning. • Regeling koeling op buitenklimaat (bijvoorbeeld zomernachtventilatie): Dit levert een beperkte besparing per woning en is slechts op een deel van de woningen toepasbaar. • Regeling verwarming afhankelijk van buitentemperatuur en (verwachte) zoninstraling: Dit levert een beperkte besparing per woning en is lastig om te implementeren. Het totale technische potentieel voor bovenstaande vernieuwende omgevingsadaptieve regelingen wordt geschat op minder dan 0,2 GJp per jaar per gemiddeld huishouden. Er dient opgemerkt te worden dat voor al deze regelingen geldt dat het zeer belangrijk is om het energiegebruik van de regelapparatuur zelf te beperken. In de meeste gevallen is het continugebruik van regelingen niet bekend en vaak wordt het ten onrechte verwaarloosd [Kester 2006]. Zelfs wanneer het continue energiegebruik beperkt zou blijven tot slechts 1 W, levert dit vanwege de bedrijfstijd van 8760 u - al een primair energiegebruik van 0,08 GJp per jaar op. Dit zou veel van de besparingen weer te niet doen.
11
Voor een normale buitenzonwering geldt volgens http://www.verozo.be een ZTA van 0,1. Uit de simulaties blijkt dat een dergelijke zonwering het aantal temperatuuroverschrijdingsuren (boven 25°C) drastisch terugbrengt: van 723 naar 65 u per jaar. Om met een compressorkoeler een veel beperktere reductie van de temperatuuroverschrijdingsuren naar 211 u te bereiken, is per huishouden reeds 2,3 GJp/jaar aan primaire energie nodig 12
10
ECN-E--06-037
3.2 Gebruikersadaptieve regelingen Een gebruikersadaptieve regeling is een regeling die zich aanpast aan het gedrag van gebruikers van het gebouw, zoals aanwezigheid, type activiteit, openen van ramen. Via simulatie zijn de potentiëlen bepaald van (i) regeling van ventilatie op aanwezigheid; (ii) regeling van verwarming op raamstand; (iii) zonneboilerregeling op gewenste warmtapwatertemperatuur; (iv) het afschakelen van het standby-gebruik van apparatuur; en (v) regeling van verwarming op aanwezigheid. Regeling van ventilatie op aanwezigheid ECN heeft in [Jong 2004] bepaald wat er aan energiegebruik te besparen valt door ventilatie op aanwezigheid in een ouderenwoning, type galerijflat uit begin jaren '80, met een aangenomen 'gemiddeld' energiegebruik. Uitkomst van deze modelberekeningen was dat er in een dergelijke woning op jaarbasis 2,1 GJp aan aardgas bespaard kan worden, door aanwezigheidgestuurde ventilatie. In een rijtjeswoning uit de jaren 1966 - 1977, met bewoning door 2 à 3 personen is het energiegebruik hoger en zijn de bewoners vaker afwezig. Daarom wordt hier de besparing geschat op ca. 3 GJp/jaar. Voorwaarde voor dit scenario is dat de aanwezigheid van bewoners in de woning wordt gemeten, bijvoorbeeld door een CO2-sensor (of een signaal uit een al aanwezig domoticasysteem). Het extra energiegebruik van deze meting moet zodanig laag zijn, dat het verwaarloosbaar is. De besparing op energieverliezen door ventilatie geldt uitsluitend in woningen met een ventilatiesysteem met natuurlijke toevoer en mechanische afvoer. Dit is volgens [De Gids 2004, 9] 55% van de bestaande voorraad. Dit resulteert in een jaarlijks besparingspotentieel van 1,7 GJp/jaar per gemiddeld huishouden. Regeling verwarming op raamstand De regeling stopt de verwarming op momenten dat de bewoner de ramen openzet om de woning te luchten. Aangenomen is 1 uur ventileren per dag met een (zeer groot) ventilatievoud van 10. In de modelberekening is het effect van deze regeling dat de verwarmingsbehoefte met 1,8 GJp/ jaar per huishouden daalt. Ruim de helft van deze besparing (1,0 GJp) komt overigens direct voort uit het feit dat de woning gedurende 1 uur niet verwarmd wordt. De extra besparing door de regeling zelf (0,8 GJp) bedraagt slechts ca. 11% van het warmteverlies door het ventileren (7,4 GJp). Kennelijk moet een groot deel van de verloren warmte alsnog bijgestookt worden ná het sluiten van de ramen. Een verklaring hiervoor is dat door het uitschakelen van de verwarming en de intensieve ventilatie de vertrektemperatuur afneemt. Nadat de verwarming weer ingeschakeld is, moet de temperatuur van het vertrek weer op de setpointwaarde worden teruggebracht. Rekening houdend met de waarneming dat 34% van de bewoners in Nederland intensief of permanent ventileert [Liedelmeijer 2005, 12], resulteert dit in een besparingspotentieel van 0,3 GJp per gemiddeld huishouden. Gezien de grote verliezen die optreden bij intensief luchten (7,4 GJp bij 1 uur luchten met ventilatievoud 10), is het de moeite waard om nader onderzoek te doen naar optimale ventilatiestrategieën voor verschillende typen woningen. Deze ventilatiestrategieën moeten uitgaan van de te bereiken luchtkwaliteitsdoelen en daarbij rekening houden met gebruikspatronen en voorspelde zoninstraling. Het blijkt immers veel effectiever om het ventilatiegedrag aan te passen aan de verwarmings- en ventilatiebehoefte, dan om de verwarmingsregeling aan te passen aan het ventilatiegedrag. Bovendien leidt dit tot een beter wooncomfort.
ECN-E--06-037
11
Zonneboilerregeling met variabele tapwatertemperatuur De regeling past de boilertemperatuur aan op een voorspelling van de gevraagde warmtapwatertemperatuur. Dit levert gemiddeld een lagere boilertemperatuur op dan de huidige referentiewaarde van 60 °C. Hierdoor neemt zowel het collectorrendement toe als de warmtecapaciteit van het boilervat. Dit zou resulteren in een besparing van 0,5 GJp per woning. Om dit scenario mogelijk te maken moet aan de volgende randvoorwaarden worden voldaan: • Er is een adequate voorspelling van de gevraagde warmtapwatertemperatuur nodig. • De voorspelling van de gevraagde warmtapwatertemperatuur moet doorgegeven worden aan de regeling van de zonneboiler. • Er moeten afdoende maatregelen worden genomen om legionellabesmetting te voorkomen. Echter, bij de huidige stand der techniek van legionellabescherming is het nemen van maatregelen om legionellabesmetting te voorkomen erg gevoelig voor de uitvoering op locatie. Bovendien is het praktisch gezien (onder meer vanwege doorlooptijden) lastig om met verschillende temperaturen in de heetwaterleiding te werken. Daarom is deze regeling - ook gezien het relatief lage potentieel - op dit moment niet aan te bevelen voor verdere ontwikkeling. Afschakelen standby-gebruik van apparatuur In BEK 2000 wordt het standby-gebruik van apparatuur op basis van 'gefundeerde ramingen' geschat op 400 - 450 kWhe per huishouden [EnergieNed 2002, 15]. In Tabel 2 staat een overzicht van het continuverbruiken per toestel en gemiddeld per huishouden (na correctie voor de penetratiegraad). Op basis hiervan zou er potentieel per huishouden 3,7 GJp/jaar aan primair energiegebruik te besparen zijn door het voorkomen van standby-gebruik. Een groot deel daarvan (2,7 GJp/jaar) wordt veroorzaakt door 6 typen apparaten (video, elektrische boiler, computerapparatuur, CV-installatie, audioapparatuur en waterbed). Helaas is dit standby-gebruik niet volledig af te schakelen. Bij veel apparatuur is het continugebruik namelijk gedeeltelijk functioneel: bijvoorbeeld het opwarmen van waterbedden en elektrische boilers en het stand-by staan van telefoons, faxen en modems, of (oudere modellen) TV's, video- en audio-apparatuur.13 Niet al het continugebruik kan dus altijd afgeschakeld worden. Naar schatting bedraagt het standby-gebruik dat wel door afschakeling teruggedrongen kan worden ca. 2,0 GJp, waarvan 1,5 GJp in de genoemde 6 typen apparaten en 0,5 GJp verspreid over vele andere apparaten. Overigens zijn er al standby-killers op de markt (à ca. €15,= per stuk), die voor één apparaat of een groep apparaten het standby-gebruik kunnen afschakelen. Ze worden nog niet op grote schaal gebruikt, ondanks dat geadverteerd wordt met terugverdientijden van 8 - 12 maanden.14
13
Nieuwere modellen TV's, video- en audio-apparatuur zijn vaak wel af te schakelen zonder geheugenproblemen, maar hiervan is het standby-gebruik ook vaak teruggebracht. 14 Zie bijvoorbeeld www.energiebespaarshop.nl
12
ECN-E--06-037
Tabel 2.
Geschatte gemiddelde continugebruiken van diverse apparatuur
toestel videorecorder el. boiler computer, printer & modem centrale verwarming tuner, versterker, cd-speler waterbed koffiezetapparaat TV's (combi)magnetron elektrisch fornuis radio telefooninstallatie antwoordapparaat deurbel kruimeldief scheerstopcontact decoder satelliet ontvanger totaal
gem. continugebruik / installatie [kWhe/jr] 101,0 284,7 118,1 50 38,7 465,9 24,1 15,8 21,9 26,3 8,9 31,6 26,2 8,8 10,5 17,5 71,0 59,4 1380
gem. continugebruik / huishouden [kWhe/jr] 85,7 51,9 50,115 42,0 34,5 31,2 22,9 22,6 15,7 11,1 7,9 7,0 7,0 6,7 5,1 3,3 2,9 2,4 410
gem. continugebruik / huishouden [GJp/jr] 0,77 0,47 0,45 0,38 0,31 0,28 0,21 0,20 0,14 0,10 0,07 0,06 0,06 0,06 0,05 0,03 0,03 0,02 3,7
bron: [EnergieNed 2002, 21-25]. Regeling verwarming op aanwezigheid In een inventarisatie van RIGO in 2005 [Leidelmeijer 2005, 10] bleek dat 85% van de huishoudens ook op doordeweekse dagen de thermostaattemperatuur overdag bijna even hoog instelt als 's avonds.16 We nemen aan dat er gemiddeld per dag per huishouden 4,6 uur niemand aanwezig is in een huishouden.17 Gedurende die 4,6 uur per dag kan de thermostaat dan op een lagere stand staan en hoeft de woning niet verwarmd te worden. Uitgaande van 1 GJp besparing voor 1 uur niet verwarmen18 levert dit huishouden ca. 4,6 GJp besparing op. Stel dat het aanwezigheidspatroon van de 85% van de bewoners die nog niet aan dagverlaging doet gelijk zou zijn aan het gemiddelde zoals dat is vastgesteld door Segeren, dan is bij die 85% van de huishoudens nog een besparing van 4,6 GJp te behalen, wat een potentieel oplevert van gemiddeld 3,9 GJp per huishouden. Er moet opgemerkt worden dat er voor deze schatting meerdere aannames gemaakt zijn die nog gecontroleerd moeten worden. 15
Inmiddels waarschijnlijk aan de lage kant, gezien de toename van huishoudelijke apparatuur zoals permanent online staande computers. De website www.milieucentraal.nl geeft voor de groep Computer, printer, modem, scanner een gemiddeld standby-verbruik van 196 kWhe/jaar (volgens een onderzoek van de Consumentenbond in 2002). 16 Daarnaast is het de ervaring van toeleveranciers van klokthermostaten dat bijna alle bewoners hun klokthermostaat in de fabrieksstand laten staan (aan tussen 06:00 uur en 24:00 uur). Informatie van Ivo Opstelten, ECN. 17 [Segeren 2004] laat zien dat een gemiddelde Nederlandse persoon 50 uur per week buitenshuis doorbrengt voor zijn werk of voor ontspanning. Volgens CBS Statline bestaat 35% van de huishoudens uit één persoon, 30% uit twee personen en 35% uit één of twee personen plus kind(eren). Om conclusies te kunnen trekken over de afwezigheid van alle personen in een huishouden, moeten we bij meerpersoonshuishoudens aannamen maken over de gelijktijdigheid van de afwezigheid van de verschillende personen in een huishouden. Stel dat bij de tweepersoonshuishoudens zonder kinderen de gelijktijdigheid van de afwezigheid van 2/3 bedraagt, en bij de huishoudens met kind(eren) 1/3. Uit deze aannamen volgt een gemiddelde gelijktijdigheid van de afwezigheid van 65%. Ofwel: er is gemiddeld per dag 4,6 u per dag niemand aanwezig in een woning. 18 zie simulatieresultaat bij het onderdeel 'Regeling verwarming op raamstand' op pagina 11.
ECN-E--06-037
13
Overige gebruikersadaptieve regelingen: De volgende gebruikersadaptieve regelingen zijn ook mogelijk in woningen, maar zijn niet nader onderzocht omdat wordt verwacht dat zij nauwelijks bijdragen aan besparingen: • regeling verlichting op aanwezigheid: dit is lastig in te voeren in woningen • regeling koeling op (voorspelde) aanwezigheid • regeling koeling op basis van verwacht weer en verwacht gebruik • regeling verwarming op basis van verwacht weer en verwacht gebruik • regeling ventilatorstand op basis van raamstand • regeling verwarming tapwatervoorraad in combiketel: dit geeft soortgelijke praktische problemen als een variabele temperatuur van de tapwatervoorraad bij zonneboilers. Het totale technische potentieel voor vernieuwende gebruikersadaptieve regelingen wordt geschat op 5,2 GJp primaire energie per huishouden per jaar.
3.3 Gebruikerseducatieve regelingen Een gebruikerseducatieve regeling is een regeling die de gebruiker aanzet tot een ander gebruikersgedrag, bijvoorbeeld door terugkoppeling van de effecten van het gedrag op comfort, energiegebruik en/of kosten. Drie belangrijke vormen zijn: (i) het terugkoppelen van het gemeten energiegebruik; (ii) het aanpassen van het ventilatiegedrag door het terugkoppelen van het energiegebruik voor verwarming; (iii) het aanpassen van de warmtapwatervraag aan de beschikbaarheid van zonnewarmte. Deze scenario's zijn hieronder verder uitgewerkt. Terugkoppeling gemeten energiegebruik Een heel basale vorm van gebruikerseducatie is het terugkoppelen van het gemeten energiegebruik aan bewoners. Het idee is dat wanneer de bewoners regelmatig geconfronteerd worden met hun energiegebruik en de kosten hiervan, zij bewuster omgaan met energie. Dit is ook de achtergrond voor het opnemen van een bepaling over het meten en terugkoppelen van het energiegebruik in de Europese End-Use Energy Effiency and Energy Services Directive [EESD 2006], die in 2006 is aangenomen. IVAM heeft begin jaren ’90 bij 250 huishoudens in Amsterdam proeven gedaan met een dergelijke terugkoppeling, door bewoners per week of per maand een tussenstand van het energiegebruik op papier toe te sturen. Het resultaat was een gemiddelde besparing van het energiegebruik van 3%, zowel op het gas- als op het elektriciteitsgebruik [Uitzinger 1995]. Bij een jaarlijks energiegebruik van 85 GJp levert dit een besparingspotentieel op van 2,6 GJp. In de studie bleek ook dat bewoners een voorkeur gaven aan terugkoppeling per maand boven terugkoppeling per week. Overigens wordt uit de studie niet duidelijk of alle huishoudens in deze zelfde mate gevoelig zijn voor terugkoppeling van het energiegebruik. Wel kan de terugkoppeling van het gemeten energiegebruik nog gecombineerd worden met zaken als: • benchmarking energiegebruik ten opzichte van buren • gericht energiebesparingsadvies op basis van gemeten gedrag Aanpassen ventilatiegedrag door terugkoppeling energiegebruik Zoals besproken in de vorige paragraaf kan er veel warmte verloren gaan bij het intensief ventileren van de woning door het openen van ramen (7,4 GJp bij 1 uur luchten met ventilatievoud 10). Door de verwarming uit te schakelen tijdens het ventileren kan dit warmteverlies slechts gedeeltelijk voorkomen worden. Een grotere besparing is waarschijnlijk te bereiken door dit ventilatiegedrag zelf te optimaliseren. Het is daarom de moeite waard om nader onderzoek te doen naar optimale ventilatiestrategieën voor verschillende typen woningen, uitgaande van de te bereiken luchtkwaliteitsdoelen en rekening houdend met gebruikspatronen en voorspelde zoninstraling. Op basis hiervan kan dan gekeken worden naar de mogelijkheden voor het aanpassen van het ventilatiegedrag door terugkoppeling over het energiegebruik aan de bewoner en/of actief ventilatieadvies onder 14
ECN-E--06-037
andere op basis van actuele binnenluchtkwaliteit. Wanneer ander ventilatiegedrag leidt tot 75% minder warmteverliezen bij de 34% van de huishoudens die continu of intensief ventileert, betekent dit een vermindering van het energiegebruik met 1,9 GJp. Aanpassen warmtapwatervraag aan beschikbaarheid zonnewarmte Het doel van dit scenario is om de bewoner ertoe te bewegen om vooral warmtapwater te gebruiken op tijden dat er zonnewarmte beschikbaar is. Concreet betekent dit een verschuiving van de douchepiek in de warmtapwatervraag van 's ochtends en 's middags naar 's avonds. Uit de simulaties blijkt dat hiermee per woning met zonneboiler een besparing mogelijk is van 0,4 GJp per jaar. Dit komt overeen met een stijging van de jaarlijkse opbrengst van de zonneboiler met 10%. Aangezien op dit moment 1,2% van de huishoudens een zonneboiler heeft, is het besparingspotentieel per gemiddeld huishouden ca. 0,005 GJ per jaar. Randvoorwaarden: • Om dit scenario mogelijk te maken dient er een voor de bewoner duidelijke, betrouwbare en eenvoudig toegankelijke indicator ontwikkeld te worden die aangeeft wanneer er voldoende zonnewarmte beschikbaar is (eventueel met een prognose). • Deze indicator dient de bewoner zodanig te motiveren dat hij zijn douchegedrag aanpast: niet 's ochtends, maar 's avonds douchen. Het is de vraag onder welke omstandigheden een dergelijke gedragsverandering realistisch is. Het bepalen van een goede methode om de bewoner op een positieve manier te verleiden tot gedragsverandering is daarom de essentie van het onderzoek naar dit scenario. Dit blijkt wel uit het feit dat op een bewonersonvriendelijke manier de gedragsverandering eenvoudig afgedwongen zou kunnen worden: namelijk door in het zomerseizoen de naverwarming van de zonneboiler uit te schakelen. Het totale technische potentieel voor vernieuwende gebruikerseducatieve regelingen wordt geschat op 4,5 GJp primaire energie per huishouden per jaar.
3.4 Geautomatiseerde vraagrespons ten behoeve van duurzaam opgewekte elektriciteit Vraagrespons betreft activiteiten van energiegebruikers die hun vraag naar energie veranderen (verminderen of in de tijd verschuiven) in reactie op de momentane prijs of beschikbaarheid van energie. Geautomatiseerde vraagrespons kan bijvoorbeeld ingezet worden om het elektriciteitsgebruik te verschuiven naar momenten waarop elektriciteit uit duurzame energiebronnen beschikbaar is. Zo kan vraagrespons er aan bijdragen dat duurzaam opgewekte elektriciteit een groter aandeel in de totale energievoorziening kan krijgen. Men kan vraagrespons inzetten op het niveau van een huishouden - om de energievraag zo veel mogelijk uit eigen opwekking te dekken, maar ook op het niveau van wijken of steden - om een groter aandeel duurzame opwekking in het totale elektriciteitssysteem mogelijk te maken.19 Deze paragraaf richt zich specifiek op vraagrespons op het gebied van elektrische energie. De elektrische energie wordt hetzij lokaal duurzaam opgewekt door bijvoorbeeld een zonnepaneel, hetzij elders in het net, door bijvoorbeeld een windturbine of een biomassa-WKK-eenheid. In een dergelijke context ontstaat de complicatie dat een hoeveelheid GJp aan vraagrespons niet eenduidig om te zetten is in een hoeveelheid GJp aan primaire energiebesparing. Deze primaire energiebesparing hangt namelijk onder meer af van de tijdstippen en tijdsduren waarop vraagrespons beschikbaar is en de tijdspatronen van duurzame en conventionele opwekking en 19
Eigenlijk is het hierboven beschreven scenario van het aanpassen van warmtapwatervraag aan de beschikbaarheid van zonnewarmte ook een vorm van vraagrespons, maar dan op het gebied van thermische energie. Hier is het besparingspotentieel direct gekoppeld aan een lokaal systeem voor opwekking van duurzame warmte (de zonneboiler.) Daardoor is het besparingspotentieel voor een huishouden vrij rechtstreeks te schatten via een simulatie.
ECN-E--06-037
15
van afname. De opbrengst in termen van GJp hangt dus sterk af van het totale elektriciteitssysteem (vraag en aanbod), waarin de vraagrespons-toepassing is opgenomen. Om deze reden wordt de opbrengst van vraagrespons apart uitgedrukt in een hoeveelheid GJe vraagrespons. Om de relatie tussen GJe vraagrespons en GJp energiebesparing te kwantificeren zou er een aparte studie nodig zijn (met scenario's over de ontwikkeling van het elektriciteitssysteem), wat buiten de context van dit project valt. De besparing wordt daarom uitgedrukt in GJe vraagrespons. Van de volgende elektrische belastingen in woningen is hieronder beschreven in welke mate zij zich lenen voor vraagrespons: (i) diverse huishoudelijke apparatuur; (ii) warmtepompen voor ruimteverwarming. Verschuiven van elektriciteitsvraag van diverse apparatuur Uit gegevens van BEK 2000 [EnergieNed 2002] blijkt dat 47% van het elektriciteitsgebruik van woningen voor rekening komt van apparatuur waarvan het gebruik binnen bepaalde marges te verschuiven is (zie Tabel 3.) Hiervan komt weer 89% voor rekening van slechts 5 apparaten: koelkast, wasdroger, wasmachine, diepvriezer, elektrische boiler. Met deze 5 apparaten zou in 2000 per huishouden 1350 kWhe aan stuurbare elektriciteitsvraag beschikbaar zijn.20 Dit komt overeen met 4,9 GJe vraagrespons per huishouden. Hierbij moet opgemerkt worden dat deze grootverbruikers aan elektriciteit ook de apparaten zijn waarbij nog veel beperking van de vraag mogelijk is. De energie-efficiëntste apparatuur die anno 2006 op de markt is gebruikt tot 60% minder elektriciteit dan het gemiddelde uit de inventarisatie in 200021. Tabel 3.
Elektrische vermogens en energiegebruiken van apparatuur mogelijk geschikt voor verschuiving van de elektriciteitsvraag
vermogen gebruik / toestel gebruik / huishouden22 gebruik / huishouden [kWhe/jr] [GJp/jr] toestel [W] [kWhe/jr] el. boiler 1350 2053 191 1,7 wasdroger 1000 599 350 3,2 koelkast n.b. 449 384 3,5 diepvriezer n.b. 367 204 1,8 vaatwas n.b. 306 121 1,1 waterbed 312 268 19 0,2 wasmachine 1500 231 226 2,0 aquariumpomp 20 175 10 0,1 el. kachel div. 600 126 13 0,1 el. badkachel 600 95 10 0,1 el. vloerverwarming 300 47 0 0,0 totaal 4182 4572 1527 13,7 gem.el.gebruik
3230
29,1
bron: BEK 2000. [EnergieNed 2002] Verschuiven van elektriciteitsgebruik van warmtepompen Een andere optie die interessant kan worden is het aansturen van elektrische warmtepompen voor ruimteverwarming (als opkomende energiebesparende technologie). Het interessante aan 20 Ongeveer de helft van dit verschuifbaar vermogen is te verschuiven over periodes in de orde van 10 uur (wasmachines, wasdrogers, grote elektrische boilers). De andere helft is te verschuiven over periodes van 1 tot enkele uren (koelkasten, diepvriezers, kleine elektrische boilers.) 21 Zie bijvoorbeeld de energiegebruiken van A++-label koelkasten op www.milieucentraal.nl 22 Voor de berekening van het gemiddeld gebruik per huishouden is het gebruik per toestel vermenigvuldigd met het gemiddeld aantal toestellen per huishouden.
16
ECN-E--06-037
de inzet voor vraagrespons van warmtepompen voor ruimteverwarming is dat ze een elektriciteitsgebruik hebben in de orde van 2500 kWhe/jaar per woning,23 oftewel 9 GJe vraagrespons. Op de totale woningvoorraad is de penetratie van warmtepompen echter nog zeer klein (<0,1%). Dit betekent dat het totale potentieel van elektrische warmtepompen voor vraagrespons op dit moment minder dan 0,01 GJe vraagrespons omvat. Het totale technische potentieel voor vraagrespons wordt zo geschat op 4,9 GJe vraagrespons per huishouden per jaar. Voor alle 7 miljoen huishoudens komt dit neer op 34 PJe vraagrespons. Cruciaal voor het toepassen van verschuiving van elektriciteitsgebruik in huishoudens wordt het ontwikkelen van een eenvoudige, goedkope sturingstechnologie die ook bij relatief lage energiegebruiken per apparaat al economisch haalbaar is. Verder zijn de leveranciers van de apparatuur een onmisbare schakel bij het introduceren van deze vraagrespons. De volgende zaken dienen voor de vraagresponstoepassing in de apparatuur opgenomen te zijn: • opgave van het verwachte gebruik en mogelijkheden voor verschuiving; • een gebruikersinterface voor het opgeven van randvoorwaarden voor vraagrespons; • toegang tot de apparatuur, om in te grijpen op de interne regeling van de apparatuur. Bij een wasmachine bijvoorbeeld kan de wasmachine afhankelijk van het gekozen wasprogramma de duur van het wasproces en het bijbehorende elektriciteitsgebruik schatten. De gebruiker kan via het bedieningspaneel aangeven wanneer de was klaar moet zijn. Op basis van deze gegevens en gegevens over elektriciteitsaanbod en -prijs kan de toepassing voor vraagrespons dan opdracht geven aan de wasmachine om het wasprogramma met een bepaalde tijd te vertragen.
23
[Braber 2004]
ECN-E--06-037
17
4. Verduurzamingspotentieel door regelingen in utiliteitsgebouwen In de utiliteitsbouw wordt in zijn totaliteit ongeveer evenveel primaire energie gebruikt als in de woningbouw.24 'De' sector utiliteitsbouw is eigenlijk een verzameling van verschillende soorten gebouwen, die gegroepeerd kunnen worden in een aantal deelsectoren (zie Tabel 4). Tabel 4. deelsector
Primair energiegebruik in 2000 voor verschillende deelsectoren in de utiliteitsbouw
prim. energiegebruik [PJp/jaar] kantoren 84 winkels 46 horeca 45 ziekenhuizen 29 onderwijs 26 verpleging & verzorging 25 overig utiliteit 170 totaal utiliteit 424 bron: ECN Beleidsstudies / NOVEM
aandeel (%) 20 11 11 7 6 6 40 100
In deze studie is binnen de utiliteitsbouw in verband met de beschikbaarheid van gegevens specifiek gekeken naar de deelsectoren kantoren, winkels en onderwijs. Samen vertegenwoordigen deze ongeveer 37% van het primaire energiegebruik in de utiliteitsbouw. Merk op dat van 40% van het energiegebruik onbekend is onder welke deelsector dit valt. Een overzicht van de bepaalde besparingspotentiëlen per deelsector staat in de Tabel 5 tot en met Tabel 7.
24
In 2000 bedroeg het primaire energiegebruik in de utiliteitsbouw 424 PJp en in de woningbouw 432 PJp (bronnen: ECN Beleidsstudies en CBS Statline)
18
ECN-E--06-037
Tabel 5.
Besparingspotentieel van verschillende typen regelscenario's in kantoorgebouwen potentieel toepassing afhankelijk penetratie potentieel van per gem. m2 per m2 2 [MJp/m ] [MJp/m2]
maatregel omgevingsadaptief daglichtafhankelijke regeling verlichting zomernachtventilatie + beperken warmtelast25 regelen zonwering op instraling25
23
78%
18
20
nog geen daglichtregeling mechanische koeling
36%
7
14
mechanische koeling
36%
5
gebruikersadaptief regelen ventilatie op aanwezigheid 210
.
nog geen 5% aanwezigheidsregeling nog geen 88% aanwezigheidsregeling altijd aan zonder powermanagement 10 - 36%
gebruikerseducatief verbeteren beheer en onderhoud niet spuien tijdens verwarmen
359 20
-
totaal
656
regelen verlichting op aanwezigheid afschakelen standby-gebruik apparatuur
Tabel 6.
23
100% 100%
11 20 41 359 20 476
Besparingspotentieel van verschillende typen regelscenario's in winkels
maatregel omgevingsadaptief daglichtafhankelijke regeling verlichting zomernachtventilatie + beperken warmtelast25 regelen zonwering op instraling25
potentieel per m2 [MJp/m2] 0
0
11
mechanische koeling
13%
1
4
mechanische koeling
13%
1
gebruikersadaptief regelen ventilatie op aanwezigheid 700 regelen verlichting op aanwezigheid afschakelen standby-gebruik apparatuur
toepassing afhankelijk penetratie potentieel van per gem. m2 [MJp/m2]
nog geen 5% aanwezigheidsregeling
0
35 0 ?
gebruikerseducatief verbeteren beheer en onderhoud niet spuien tijdens verwarmen
389 0
totaal
1100
-
100% 100%
389 0 425
25 De besparingen door zomernachtventilatie en door het regelen van de zonwering op instraling hebben beide betrekking op het elektriciteitsgebruik voor mechanische koeling. Bij het bepalen van de totale besparing zijn zij dus niet opgeteld.
ECN-E--06-037
19
Tabel 7.
Besparingspotentieel van verschillende typen regelscenario's in scholen
maatregel
omgevingsadaptief daglichtafhankelijke regeling verlichting zomernachtventilatie + beperken warmtelast25 regelen zonwering op instraling25
potentieel toepassing afhankelijk penetratie potentieel per m2 van per gem. m2 2 [MJp/m ] [MJp/m2]
4
nog geen daglichtregeling
78%
3
10 8
mechanische koeling mechanische koeling
4% 4%
0,4 0,3
gebruikersadaptief regelen ventilatie op aanwezigheid 570 regelen verlichting op aanwezigheid 11 afschakelen standby-gebruik . apparatuur
nog geen 5% 29 aanwezigheidsregeling nog geen 10 aanwezigheidsregeling 87% altijd aan zonder 10 - 36% 17 powermanagement
gebruikerseducatief verbeteren beheer en onderhoud niet spuien tijdens verwarmen
90 40
-
totaal
725
100% 100%
90 40 189
Deze besparingspotentiëlen voor primair energiegebruik kunnen ook omgerekend worden in besparingspotentiëlen voor CO2-emissie. Het resultaat staat weergeven in Tabel 8 hieronder.
20
ECN-E--06-037
Tabel 8.
Potentiële besparing in primair energiegebruik en CO2-emissies door verschillende regelscenario's in verschillende deelsectoren van de utiliteitsbouw Besparingspotentieel primair energiegebruik [MJp/m2]
Besparingspotentieel CO2uitstoot [kg CO2/m2]
omgevingsadaptief regelen kantoren winkels scholen
25 1,4 3,5
1,4 0,1 0,2
gebruikersadaptief regelen kantoren winkels scholen
72 35 55
4,0 2,0 3,1
gebruikerseducatief regelen kantoren 379 winkels 389 scholen 130
21 22 7
totaal besparingspotentieel kantoren winkels scholen
25 24 10
476 425 189
Het totale energiebesparingspotentieel door verbeterde regelingen bedraagt resp. 17 PJp voor kantoren en 6 PJp voor scholen.26 In deze deelsectoren is er daarmee een besparingspotentieel van 33% resp. 21%. Het CO2-besparingspotentieel bedraagt resp. 0,9 Mton voor de deelsector kantoren en 0,3 Mton voor de deelsector scholen. Voor de deelsector winkels kunnen geen totalen bepaald worden omdat er geen gegevens beschikbaar zijn over oppervlaktes. Over andere deelsectoren van de utiliteitsbouw (horeca, ziekenhuizen, verpleging en verzorging, en een grote groep ‘overige utiliteit’) is er onvoldoende informatie beschikbaar om voor deze deelsectoren een zelfstandige raming te maken van het technische potentieel van verschillende maatregelen. Een grove afschatting van het technische potentieel in de gehele utiliteitssector zouden we kunnen krijgen door te kijken wat het resultaat is indien we het energiebesparingspotentieel van 21%-33% in de deelsectoren kantoren en scholen zouden toepassen op de gehele utiliteitssector. Indien we dat doen, dan zou er voor de gehele utiliteitssector een energiebesparingspotentieel zijn van 89 - 140 PJp, ofwel 3 - 4% van het totale Nederlandse primaire energiegebruik. Of dit potentieel inderdaad aanwezig is, is sterk afhankelijk van de mate waarin het ook in de andere deelsectoren beheer en onderhoud verbeterd kan worden met behulp van een tool voor monitoring, want deze maatregel vertegenwoordigt 50% tot 90% van het totale geraamde potentieel. Indien er meer informatie over de andere deelsectoren in de utiliteitsbouw beschikbaar komt, kan deze afschatting gecontroleerd en onderbouwd worden. In de rest van dit hoofdstuk staat per scenario en per deelsector een toelichting van deze energiebesparingspotentiëlen.
26
Er is gebruik gemaakt van gebruikte oppervlaktes per deelsector uit [SenterNovem 2004].
ECN-E--06-037
21
4.1 Omgevingsadaptief regelen Regelen verlichting op daglicht Wanneer er in een gebouw voldoende daglichtinval is, kan men de verlichting dimmen of uitschakelen en zo het energiegebruik terugdringen. Op basis van gegevens van SenterNovem wordt het besparingspotentieel hiervan voor kantoren geschat op 23 MJp/m2 (40% van 10 kWhe/m2 bvo) [SenterNovem 2006, 48-49]. Uitgangspunt bij deze schatting is dat de verlichtingsinstallatie al gemoderniseerd is tot het niveau van nieuwbouw in 200627. Op basis van de hoeveelheid daglichttoetreding is deze besparing geëxtrapoleerd naar winkels en scholen. Het besparingspotentieel in winkels is nihil, want er is nauwelijks daglichttoetreding. In scholen is het besparingspotentieel ca. 4 MJp/m2 (verhouding schil / oppervlak is 1/8 van die van kantoren). Zomernachtventilatie in combinatie met beperken warmtelast Men kan de koelbehoefte sterk beperken door een combinatie van het verminderen van de warmtelast, het vergroten van de thermische massa van het gebouw en het toepassen van zomernachtventilatie. Bij kantoren gebouwd volgens Passifbau-kwaliteitsnormen is het dan mogelijk om de mechanische koeling tot 0 terug te brengen, mits het kantoor zodanig ontworpen is dat er 's nachts voldoende geventileerd kan worden (bij voorkeur met natuurlijke ventilatie)28. Verondersteld is dat dit bij winkels en scholen ook kan. De energievraag voor koeling wordt dan nagenoeg 0. Volgens de simulaties met het vereenvoudigde gebouwmodel levert dit een besparing op van resp. 20 MJp/m2 in kantoren, 11 MJp/m2 in winkels en 10 MJp/m2 op scholen. Deze besparing treedt alleen op in gebouwen met mechanische koeling (36% van de kantoren, 13% van de winkels en 4% van de scholen volgens [SenterNovem 2006, 21]). Regelen zonwering op zoninstraling Ook wanneer men wél kiest voor het toepassen van mechanische ventilatie, is het belangrijk om oververhitting van het huis door zoninstraling tegen te gaan. Een nieuwe manier waarop men dat kan doen is door middel van een zonwering die op zoninstraling geregeld wordt. Doordat het gebouw minder zonnewarmte opvangt is minder energie voor koeling nodig én is er tegelijkertijd een beter binnenklimaat. Net als bij de simulaties voor de woningbouw is uitgegaan van een externe zonwering, die op twee doelen geregeld wordt. Ten eerste zorgt de zonwering er voor dat er altijd voldoende daglicht wordt toegelaten om extra kunstverlichting te voorkomen. Tegelijkertijd houdt deze zonwering bij een zoninstraling groter dan 200 W/m2 en een binnentemperatuur groter dan 21°C de zonnewarmte tegen. (Dit kan bijvoorbeeld gerealiseerd worden door een zonwering uit twee delen, met in het boven in het kozijn een apart regelbaar gedeelte voor zonlichttoetreding). Voor een dergelijke zonwering wordt een ZTAfactor van 0,2 aangenomen29. Volgens de simulaties met het gebouwmodel zorgt deze zonwering met regeling voor een vermindering van de benodigde hoeveelheid primaire energie voor koeling met 14 MJp/m2 voor kantoren en 4 MJp/m2 voor winkels. Voor scholen met mechanische koeling is dit op basis van het raamoppervlak geïnterpoleerd tot 8 MJp/m2.
4.2 Gebruikersadaptief regelen Regelen ventilatie op aanwezigheid Overdag wanneer er veel mensen aanwezig zijn in kantoren, scholen en winkels is er veel meer ventilatie nodig dan 's nachts wanneer deze gebouwen niet gebruikt worden. Men kan daarom tijdens het stookseizoen 's nachts het ventilatievoud terugbrengen naar een lagere 'minimumstand' van bijvoorbeeld n=0,3 per uur. Dit spaart niet alleen energie voor de aandrijving van de ventilator, maar ook verwarmingsenergie voor het opwarmen van de 27
Wanneer dit niet gedaan zou worden, zou de besparing door de regeling hoger uitvallen. Mondelinge communicatie met Henk Kaan, ECN. 29 Voor een normale buitenzonwering geldt een ZTA van 0,1 (www.verozo.be). 28
22
ECN-E--06-037
ingeblazen lucht. Volgens simulatieberekeningen met het gebouwmodel levert dit in kantoren een jaarlijkse energiebesparing op van 210 MJp/m2 in kantoren, 700 MJp/m2 in winkels en 570 MJp/m2 in scholen30. Hoewel in de praktijk de ventilatie buiten gebruikstijden meestal uit of laag geschakeld staat, zijn er toch meerdere voorbeelden bekend waar dit nog niet het geval is. Omdat er geen kwantitatieve gegevens uit inventarisaties beschikbaar zijn over het nachtelijke gebruik van ventilatie, wordt aangenomen dat in 5% van de gebouwen het ventilatiesysteem 's nachts doordraait. Regelen verlichting op afwezigheid Wanneer er in een kamer geen mensen aanwezig zijn, kan men de verlichting uitschakelen en zo het energiegebruik terugdringen. Op basis van gegevens uit [SenterNovem 2006, 48-49] wordt het besparingspotentieel hiervan voor kantoren geschat op 23 MJp/m2 (40% van 10 kWhe/m2 bvo). Uitgangspunt bij deze schatting is dat de daglichtinstallatie al gemoderniseerd is tot het niveau van nieuwbouw in 2006. Op basis van het gemiddelde verlichtingsniveau is dit getal voor scholen geëxtrapoleerd naar 11 MJp/m2. Voor winkels wordt verondersteld dat er met deze regeling geen besparing te bereiken is. Tijdens openingstijden dient de winkel namelijk volledig verlicht te zijn. En bij sluiting van de winkel wordt de verlichting door het personeel omgeschakeld naar de nachtstand. Afschakelen standby-gebruik apparatuur In de utiliteitsbouw is veel apparatuur die standby-gebruik kan veroorzaken. Te denken valt aan computers, beeldschermen, faxen, printers, kopieerapparaten en (in winkels) kassa's. Er zijn uitsluitend gegevens beschikbaar over de mate waarin deze apparatuur 's nachts aan staat uit een inventarisatie in 2003 in de Verenigde Staten [Roberson 2004, 16]. In deze inventarisatie bleek dat 60% van de computers 's nachts aan stond zonder dat de 'power management'-functie was ingeschakeld. Ook 20% van de beeldschermen stond nog aan zonder dat een 'power management'-functie actief was. Deze getallen lijken veel te hoog voor de Nederlandse situatie. Bij gebrek aan data uit Nederland wordt daarom aangenomen dat in Nederland zowel 10% van de computers als 10% van de beeldschermen 's nachts aan staat zonder ingeschakelde powermanagement-stand. Het resultaat staat weergegeven in Tabel 9 en Tabel 10. Het besparingspotentieel van andere apparatuur dan computers en beeldschermen is afgeschat op twee maal dat van één modern multifunctioneel device (kopieerapparaat/fax/printer) per 20 kantoormedewerkers of per 200 leerlingen. Vanwege ontbrekende gegevens over apparatuur in winkels is voor die deelsector geen schatting gemaakt van het besparingspotentieel door het afschakelen van standby-gebruik. Toch is daar wel energie te besparen door bijvoorbeeld kassa- en voorraadbeheersystemen volledig uit te schakelen buiten openingstijden van de winkel.
30
Hierbij is uitgegaan van een ventilatievoud van n = 1,5 /h in kantoren, n = 3 /h in winkels en n = 3,5 /h in scholen. Aangenomen is dat de betreffende gebouwen geen warmteterugwinning op de ventilatielucht hebben.
ECN-E--06-037
23
Tabel 9.
Besparingspotentiëlen door het afschakelen van het standby-gebruik van diverse apparatuur in kantoren31
Apparaat besparings- apparaten potentieel per per m2 apparaat [1/ m2] [kWh]
aan zonder besparingspower man. potentieel per gem. m2 [MJp/m2]
computers 313 monitors 540 overige . totaal
10% 10% .
0,042 0,042 .
12 21 9 42
Tabel 10. Besparingspotentiëlen door het afschakelen van het standby-gebruik van diverse apparatuur in kantoren en scholen32 Apparaat besparings- apparaten potentieel per per m2 apparaat [1/ m2] [kWh]
aan zonder besparingspower man. potentieel per gem. m2 [MJp/m2]
computers 313 monitors 540 overige . totaal
10% 10% .
0,017 0,017 .
5 8 3 12
Overige gebruikersadaptieve regelingen De bijdragen van de volgende vormen van gebruikersadaptief regelen zijn verwaarloosbaar: • Het regelen van de verwarming op raamstand: Net als in woningen gaat dit erg ten koste van het comfort. Het is beter om de gebruikers te bewegen om de ramen gesloten te houden als de verwarming aan staat, dan de verwarming uit te schakelen als de ramen open staan (zie ook hoofdstuk 3). • Het regelen van de koeling op aanwezigheid: Het is al gebruikelijk om buiten gebruikstijden het setpoint van de klimatiseringsinstallatie te verhogen. Dit levert dus geen extra besparing meer op.
31
Bij deze berekeningen is gebruik gemaakt van de volgende gegevens: het energiegebruik van computers en monitors volgens de geldende EnergyStar criteria, [Energy Star 2005, 1] resp. [Energy Star z.d., 2-3], en het gemiddelde aantal m2 per medewerkers in kantoren volgens [Senternovem 2004, 39]. Verder zijn de volgende aannames gedaan: • de standby-tijd is 7110 uur per jaar (uitgaande van een gebruikstijd van 1650 u per jaar) • 10% van de computers de monitoren staat 's nachts en in het weekend aan en niet in de powermanagement-stand. • het aantal computers en monitoren per kantoormedewerker bedraagt 1. • het besparingspotentieel van de overige apparatuur is twee maal dat van één modern multifunctioneel device per 20 medewerkers. 32 Bij deze berekeningen is gebruik gemaakt van de volgende gegevens: het energiegebruik van computers en monitors volgens de geldende EnergyStar criteria, [Energy Star 2005, 1] resp. [Energy Star z.d., 2-3], en het gemiddelde aantal m2 per leerling volgens [Loof 24]. Verder zijn de volgende aannames gedaan: • de standby-tijd is 7110 uur per jaar (uitgaande van een gebruikstijd van 1650 u per jaar) • 10% van de computers de monitoren staat 's nachts en in het weekend aan en niet in de powermanagement-stand. • het aantal computers en monitoren per leerling bedraagt 0,1. • het besparingspotentieel van de overige apparatuur is twee maal dat van één modern multifunctioneel device per 200 leerlingen.
24
ECN-E--06-037
4.3 Gebruikerseducatief regelen Verbeteren beheer en onderhoud Bij kantoren ligt de grootste besparingsbron in beter onderhoud, onder meer van de voelers van de regelinstallatie. Volgens [Elkhuizen 2006] is hiermee in kantoren gemiddeld 25% besparing te behalen. Storingen zoals vervuilde sensoren en een verkeerde instelling van setpoints en van schakeltijden leiden tot een ontregelde gebouwinstallatie en daarmee zowel tot comfortverlies als tot extra energiegebruik. Gezien het primaire energiegebruik uit [SenterNovem 2004] levert dit een jaarlijkse besparing op in de orde van 359 MJp/m2. Het verbeteren van beheer en onderhoud kan ook bij scholen en winkels tot een significante energiebesparing leiden. De verwachting is dat bij scholen de besparingen relatief geringer zullen zijn dan bij kantoren. Bij kantoren is een belangrijke bron van onnodig energieverlies namelijk het tegen elkaar inregelen van koeling en verwarming. In scholen is er in het algemeen geen koeling aanwezig. Als de besparing bij scholen gesteld wordt op ca. 10% dan levert dit een jaarlijkse besparing in de orde van 90 MJp/m2. In winkels zou de relatieve besparing in dezelfde orde van grootte kunnen liggen als die in kantoren, omdat ook hier vaak een combinatie van koeling en verwarming aanwezig is. De totale besparing in winkels wordt dan 389 MJp/m2. Om deze besparing te bereiken wordt geadviseerd om in de onderhoudscontracten prestatieafspraken te maken over het te realiseren comfort en energiegebruik. Ter ondersteuning van deze prestatie-afspraken kan in het gebouwregelsysteem een module opgenomen worden voor het monitoren van prestaties en het constateren van afwijkende situaties. Voor gebouwen zonder gebouwbeheersysteem (zoals oudere scholen) zou een eenvoudig stand alone monitoringsysteem ontwikkeld kunnen worden dat in belangrijke ruimtes het binnenklimaat meet evenals het energiegebruik in het gebouw. Niet spuien tijdens verwarmen Net als in woningen kan er in kantoren en scholen veel warmte verloren gaan bij het intensief ventileren van het gebouw door het openen van ramen. Indien er dagelijks gedurende 2 uur gespuid wordt met een ventilatievoud van 1,5 leidt dit volgens de modelberekeningen in kantoren tot een energieverlies van 20 MJp/m2. In scholen levert dit een energieverlies van 40 MJp/m2. In winkels wordt verondersteld dat er geen spuiverliezen op kunnen treden vanwege het ontbreken van ramen die geopend kunnen worden. Het is daarom de moeite waard om nader onderzoek te doen naar optimale ventilatiestrategieën voor verschillende typen kantoren en schoolgebouwen, uitgaande van de te bereiken luchtkwaliteitsdoelen en rekening houdend met gebruikspatronen en voorspelde zoninstraling. Op basis hiervan kan dan gekeken worden naar de mogelijkheden voor het aanpassen van het ventilatiegedrag door terugkoppeling over het energiegebruik aan de gebruiker en/of actief ventilatieadvies o.a. op basis van de actuele binnenluchtkwaliteit.
4.4 Geautomatiseerde vraagrespons In principe kan met geautomatiseerde vraagrespons de energievraag verschoven worden om meer inzet van duurzame energie mogelijk te maken. In de utiliteitsbouw is het in het bijzonder de volgende apparatuur die ingezet kan worden voor vraagrespons: • elektrische warmtepompen voor ruimteverwarming • koelinstallaties • WKK-installaties • noodstroomaggregaten. Bij de eerste drie typen apparatuur wordt gebruik gemaakt van de aanwezige thermische buffercapaciteit om de elektriciteitsvraag of -productie in tijd naar voren of naar achteren te verschuiven. Zo wordt de aanwezige thermische opslagcapaciteit omgezet in een soort virtuele elektriciteitsopslag. Elektrische boilers die in de woningbouw een belangrijke bron vormen, komen in de utiliteitsbouw relatief weinig voor, vanwege de geringere warmtapwatervraag. Over het opgesteld vermogen en het vraagrespons-potentieel van koelapparatuur, WKKinstallaties en noodstroomaggregaten in de utiliteitssector zijn helaas geen gegevens
ECN-E--06-037
25
beschikbaar. Wel kan een raming gegeven worden van het vraagrespons-potentieel van elektrische warmtepompen voor ruimteverwarming in de utiliteitsbouw. Volgens gegevens van het CBS was er in 2005 in de gehele utiliteitssector 289 MWth aan warmtepompen voor ruimteverwarming geïnstalleerd. Volgens [Abeelen 2004, 30] hadden deze warmtepompen een gemiddelde COP van 3,00 resp. 3,66 en een bedrijfstijd van 3013 vollasturen per jaar. Dit resulteert in een opgesteld elektrisch vermogen van 91 MWe en een vraagrespons-potentieel van 1,0 PJe,vr. Om de inzet van deze warmtepompen voor vraagrespons mogelijk te maken, is het wel nodig om te investeren in capaciteitsuitbreiding, want de warmtepompen draaien nu in het winterseizoen al een groot deel van de tijd.33
33
Mondelinge communicatie L. Bosselaar, SenterNovem.
26
ECN-E--06-037
5. Discussie 5.1 Selectie van de meest veelbelovende scenario's Er kunnen een paar regelscenario's geselecteerd worden die een grotere impact hebben dan de andere opties: • In de woningbouw zit het grootste technische besparingspotentieel bij gebruikersadaptief en gebruikerseducatief regelen. Er is weinig besparingspotentieel gevonden met nieuwe scenario's op het gebied van omgevingsadaptief regelen. • In de utiliteitsbouw zit het grootste potentieel bij het verbeteren van beheer en onderhoud van de installatie door deze blijvend te controleren. Dit regelscenario alleen al vertegenwoordigt 50 tot 90% van de totale geraamde besparingspotentiëlen. Verder kunnen ook het verminderen van het handmatig ventileren tijdens verwarmen en het afschakelen van het standby-gebruik van apparatuur significant bijdragen aan energiebesparing. • Geautomatiseerde vraagrespons leidt niet rechtstreeks tot vermindering van het primaire energiegebruik, maar is in de toekomst wel nodig (samen met elektriciteitsopslag) om een groot aandeel intermitterende, duurzame opwekkers in het elektriciteitsnet mogelijk te maken. [EC 2006, 7]. Binnen de woningbouw biedt het verschuiven van de elektriciteitsvraag van diverse apparatuur een significant potentieel. Voor een goede potentieelbepaling binnen de utiliteitsbouw ontbraken te veel cijfers. Bij een toenemende penetratie van warmtepompen op langere termijn, of in nieuwbouwgebieden waar zij sterk vertegenwoordigd zijn, biedt aansturing van warmtepompen voor verschuiving van de elektriciteitsvraag interessante perspectieven, mits de warmtepompen voldoende vermogen hebben om de verschuiving op te vangen en de vraagrespons niet leidt tot een stijging van het elektrische bijstoken. Op kortere termijn kan vraagrespons met warmtepompen al relevant worden voor nichemarkten, zoals in nieuwbouwgebieden met een groot aandeel warmtepompen, waar het ingezet kan worden om overbelasting van het elektriciteitsnet te beperken.
5.2 Benodigde technologie-ontwikkeling Op basis van bovengenoemde besparingspotentiëlen en de huidige stand van de technologie wordt hieronder de benodigde technologieontwikkeling besproken op de volgende gebieden: 1. gebruikersadaptieve regeling in woningen 2. gebruikerseducatieve regelingen in woningen 3. geautomatiseerde vraagrespons met huishoudelijke apparaten 4. eenvoudige monitoring van gebouwbeheer in utiliteitsgebouwen Ook op andere gebieden kan het interessant zijn om aan verdere technologieontwikkeling te doen, echter uitgaande van het technisch potentieel zal hiervan de opbrengst in termen van besparing van primaire energie kleiner zijn.
5.2.1 Technologie voor gebruikersadaptieve regelingen in woningen Het technische potentieel van gebruikersadaptieve regelingen in woningen voor het verminderen van het primaire energiegebruik is substantieel. De regelingen die de grootste bijdrage kunnen leveren zijn: • het afschakelen van het standby-gebruik van apparatuur • het regelen van de ventilatie op aanwezigheid van bewoners • het regelen van de verwarming op aanwezigheid van bewoners Voor de eerste twee typen regelingen zijn al systemen op de markt: resp. standby-killers en vraaggestuurde ventilatieregeling. Echter, de toepassing van deze systemen is nog beperkt. Er is
ECN-E--06-037
27
dus nog wel ruimte voor verdere ontwikkeling, maar dit ligt vooral op het vlak van productontwikkeling om het product beter bij de eisen van de markt aan te laten sluiten. De besparingsmogelijkheid bij het regelen van de verwarming op de aanwezigheid van bewoners bestaat uit het corrigeren van onnodig verwarmen met de klokthermostaat. Doordat bijna alle bewoners hun klokthermostaat in de fabrieksstand laten staan (aan tussen 06:00 en 24:00), wordt de woning ook verwarmd wanneer er overdag geen mensen aanwezig zijn. Er zijn twee richtingen om dit op te lossen: ten eerste kan er via gebruiksonderzoek gekeken worden hoe het product en de instructie aan de gebruiker verbeterd kunnen worden, zodanig dat de bewoner de klokthermostaat wel goed bedient. Een andere oplossingsrichting is om de klokthermostaat uit te breiden met aanwezigheidsdetectie. Deze kan dan zo ingesteld worden dat indien er gedurende een bepaalde tijd geen beweging waargenomen wordt de thermostaat automatisch terugschakelt naar een lagere temperatuur. Domotica-leveranciers bieden hiervoor al oplossingen34. Deze worden echter om diverse redenen in woningen nog niet veel toegepast. Ook hierbij is dus productontwikkeling gericht op de gebruiker nodig. Daarnaast is het bij deze domotica-oplossingen van belang om het eigen energiegebruik te beperken [Kester 2006]35.
5.2.2 Technologie voor gebruikerseducatieve regelingen in woningen Gebruikerseducatieve regelingen vertegenwoordigen een belangrijk deel van het technische potentieel in de woningbouw. Bovendien wordt, naarmate het energiegebruik van de woning dichter bij 0 komt, het gedrag van de gebruiker steeds belangrijker voor zowel het comfort als het energiegebruik in de woning. Ontwikkeling van kennis en technologie voor gebruikerseducatieve regelingen is daarom zowel praktisch als strategisch van groot belang. Helaas is er tot nu toe nog maar weinig praktijkervaring met gebruikerseducatieve regelingen in woningen. Voorwaarde voor succes bij gebruikerseducatieve regelingen is dat het lukt om de gebruiker te motiveren zijn gedrag te veranderen. De kernvraag is daarom: Hoe kan de bewoner gemotiveerd worden tot gedragsverandering? Voor de technologieontwikkeling voor gebruikerseducatieve regelingen kan men dan de vraag stellen: Welke wijze van feedback is nodig om de bewoner optimaal te motiveren tot gedragsverandering? A priori zijn hiervoor de volgende eisen te formuleren: • de tijd en plaats van de informatie is logisch voor de gebruiker (dicht bij de handeling, maar ook niet te vaak herhaald); • de informatie is begrijpelijk voor de gebruiker; • de informatie is handelingsrelevant; • de informatie biedt een positieve prikkel tot gedragsverandering. De manier waarop aan deze en andere eisen voldaan kan worden zal nader onderzocht moeten worden, bijvoorbeeld door een combinatie van literatuuronderzoek, interviews en gemonitorde praktijkexperimenten. Ook kan men kijken wat er te leren valt uit gebruikerseducatieve regelingen in andere domeinen, zoals personenvervoer en software. Aan de hand hiervan kan men een systeem voor gedragsbeïnvloeding door middel van feedback ontwikkelen. Het is aan te bevelen om te beginnen met een scenario waarbij gedragsverandering niet alleen leidt tot besparing van energie en geld, maar ook tot verhoging van comfort. Dan is er een duidelijke positieve prikkel voor gedragsverandering. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de regeling van zonwering en ventilatie voor ‘koeling’ van de woning. Men kan bijvoorbeeld denken aan een indicatorscherm dat adviseert over het openen of sluiten van ramen en zonweringen. Het resultaat van een dergelijk systeem kan men vergelijken met het resultaat van een lijst met standaard-ventilatieregels. Wellicht kan dit ontwikkeld worden in samenwerking met een leverancier van zonweringen, een leverancier van verwarmings- of ventilatieregelingen of een projectontwikkelaar.
34
Bijvoorbeeld Hager, zie http://www.hager.be/index.php?scr=800&id=1763 Een ander voorbeeld is het bussysteem van Hager. De voeding TX 110 van dit bussysteem gebruikt volgens de specificaties 24 We. Dit is op jaarbasis 210 kWhe, ofwel 1,9 TJp [Hager 2006, T11.13] 35
28
ECN-E--06-037
5.2.3 Technologie voor vraagrespons met huishoudelijke apparaten Om grootschalige introductie van geautomatiseerde vraagrespons in huishoudens mogelijk te maken is het noodzakelijk dat er een goedkope standaardtechnologie beschikbaar komt waarmee apparaten die energie afnemen kunnen communiceren met apparaten die duurzame energie aanbieden. Uiteindelijk zou de sturingstechnologie voor vraagrespons zo aangeboden moeten worden dat leveranciers van energiegebruikende apparatuur de functie vraagrespons eenvoudig en goedkoop op kunnen nemen in hun apparatuur. Per apparaat dienen de communicatiekosten op te wegen tegen het vraagrespons-potentieel van 250 tot 2500 kWhe per jaar (waarbij in de nabije toekomst naar verwachting de energiekosten niet alleen worden bepaald door de hoeveelheid kWh'en maar ook door het moment van afname). Wellicht kan deze technologie ontwikkeld worden in samenwerking met leveranciers van witgoedapparatuur en/of leveranciers van communicatiesystemen in gebouwen. Het verdient de aanbeveling om aan te sluiten bij opkomende standaarden voor gebouwautomatisering, zoals KNX, LON en Zigbee en voor de communicatie met het elektriciteitsnet met technologieën zoals de PowerMatcher. Aangezien vraagrespons alleen meerwaarde heeft in een situatie met een groot aandeel duurzame energieopwekking, is dit vooral geschikt voor langere termijn onderzoek. Op kortere termijn kunnen producten ontwikkeld worden voor toepassingen in nichemarkten zoals wijken met een groot aandeel decentrale opwekking (PV of µWKK). Eenvoudigere toepassingen zoals apparaatsturing op nachttarief zouden op kortere termijn ook al interessant kunnen zijn, mits deze oplossingen concurrerend zijn met relatief goedkope bestaande producten zoals sturing met tijdklokken of sturing met toonfrequent-relais door het energiebedrijf.
5.2.4 Hulpmiddel voor het monitoren van gebouwbeheer in utiliteitsgebouwen In de utiliteitsbouw is veel energie te besparen door periodiek de werking en de prestaties (o.a. energiegebruiken) van de verschillende installaties blijvend ('on-going') te controleren. Aandachtspunten hierbij zijn onder meer: (i) energiegebruiken gedurende de nachtelijke uren; (ii) gelijktijdige of elkaar opvolgende vraag naar verwarmingsenergie en koelenergie; en (iii) afwijkingen van sensorwaarden en van setpoints. Door op deze wijze de werking van de gebouwinstallatie te verbeteren, kan men het energiegebruik verminderen en tegelijkertijd het gebruikerscomfort verhogen. Ook op de lange termijn is dit van belang om te zorgen dat gebouwen met steeds geavanceerdere energiebesparende installaties goed blijven functioneren. Om een dergelijke monitoring mogelijk te maken, dienen er op de juiste plaatsen en tijden (gestandaardiseerde) metingen plaats te vinden in het gebouw, zoals: (i) energiegebruik van verschillende installatieonderdelen, en (ii) comfortprestaties op verschillende 'ijk'-plaatsen in het gebouw. Om de invoering van deze periodieke controles te vereenvoudigen is het aan te raden om een hulpmiddel voor monitoring te ontwikkelen. Dit hulpmiddel kan bestaan uit een handleiding met adviezen (Functioneel Test Protocol) over welke meetwaarden en setpointinstellingen gecontroleerd dienen te worden, aangevuld met een visualisatietool. Uitgangspunt van een dergelijk systeem moet zijn dat het de gebouwbeheerder en diens opdrachtgever op een zo eenvoudig mogelijke manier inzicht geeft in het functioneren van zijn gebouw. Wellicht kan dit hulpmiddel ontwikkeld worden in samenwerking met een leverancier van gebouwbeheersystemen of gebouwbeheerdiensten. In het kader van het Building Future programma heeft TNO de afgelopen jaren een ontwikkeling in gang gezet om 'On-Going' de prestaties van Gebouw en Installaties blijvend te kunnen volgen. Dit Intelligent Beheersysteem van Installaties in Gebouwen, i-BIG genaamd, heeft de status van een prototype [Peitsman 2006]. Dit i-BIG systeem is een software product dat onafhankelijk van het gebouwbeheersysteem de prestaties van de installatie blijft volgen. Bij geconstateerde afwijkingen in prestaties en bij procesmatige afwijkingen maakt het i-BIGsysteem daar melding van. Tevens wordt aangegeven wat de oorzaak daarvan is evenals een suggestie aan het servicepersoneel hoe dat is op te lossen. Het prototype heeft op dit moment nog beperkte functionaliteit. Het wordt nu op locatie getest voor twee typen luchtbehandelingskasten in een zwembad en een ziekenhuis.
ECN-E--06-037
29
TNO wil samen met derden dit prototype uitbreiden naar andere typen installaties. Mogelijk kan hierbij ook worden aangesloten bij de huidige aandacht in Nederland voor het verbeteren van het binnenklimaat in scholen. Daarnaast is verdere kennisontwikkeling nodig over de vraag welke analyses uitgevoerd dienen te worden en welke meetpunten daarvoor noodzakelijk zijn (testprotocollen).
30
ECN-E--06-037
6. Conclusies en aanbevelingen 6.1 Conclusies Het totale technische potentieel van Demand Side Management in de gebouwde omgeving bedraagt op dit moment in de grootte-orde van 190 PJp (6% van het totale Nederlandse primaire energiegebruik in alle sectoren) en 12 Mton CO2 (7% van de totale Nederlandse CO2-emissie.) De bepaalde potentiëlen zijn bedoeld voor een prioritering van het onderzoek. Ze zijn sterk afhankelijk van aannamen, die in het kader van dit onderzoek niet altijd getoetst konden worden. Met de gekozen aannamen is eerder sprake van een overschatting dan van een onderschatting van het potentieel. De resultaten geven daarom uitsluitend een indicatie van de orde van grootte van het technische potentieel. Deze potentieelramingen zijn uitgegaan van het huidige bestand aan gebouwen en de huidige penetratiegraden van apparatuur. Bij veranderingen in de gebouwkenmerken en het gebruik van apparatuur zullen ook deze technische potentiëlen veranderen. Het potentieel kan afnemen door een betere isolatiegraad van gebouwen of door de afname van het standby-gebruik van apparatuur. Andersom zal er een hoger besparingspotentieel ontstaan bij toename van het gebruik van mechanische koeling en een toename van de penetratie van elektrische apparatuur. In de woningbouw is er een technisch besparingspotentieel van ruim 85 PJp primair per jaar. De bijbehorende reductie van de CO2-emissie bedraagt ca. 5,0 Mton CO2 / jaar. Het technische besparingspotentieel voor de utiliteitssector wordt geraamd op 89 - 140 PJp en 7 - 11 Mton CO2 per jaar. Een overzicht van deze besparingen is te vinden in tabel 1 en de tabellen 5 tot en met 7. In de utiliteitssector is er specifiek gekeken naar maatregelen binnen de deelsectoren kantoren, winkels en scholen. Hierin bedraagt de potentiële primaire energiebesparing respectievelijk 17 PJp voor kantoren en 6 PJp voor scholen. Vanwege het ontbreken van referentiegegevens zijn voor winkels en andere deelsectoren van de utiliteitsbouw geen aparte schattingen gemaakt van het totale besparingspotentieel. Het besparingspotentieel voor de gehele utiliteitsbouw is in plaats daarvan bepaald door extrapolatie van de besparingspotentiëlen voor kantoren en scholen, met als resultaat een raming van 105 PJp. In de woningbouw nemen gebruikersadaptieve en gebruikerseducatieve regelingen beide ongeveer de helft van het besparingspotentieel voor hun rekening. Er wordt geen grote bijdrage verwacht van omgevingsadaptieve regelingen die verder gaan dan de huidige stand der techniek. In de utiliteitsbouw zit verreweg het grootste potentieel bij het verbeteren van beheer en onderhoud door voortdurende monitoring (afhankelijk van de deelsector 50% - 90% van het totale technische besparingspotentieel). Aanvullende besparingsmogelijkheden komen van het afschakelen van het standby-gebruik van apparatuur (ca. 10% van het totale potentieel) en het regelen van de ventilatie op aanwezigheid (4% - 15% van het totaal). In aanvulling op het verminderen van het primaire energiegebruik kunnen er ook maatregelen genomen worden voor het mogelijk maken van vraagrespons van elektriciteit. Geautomatiseerde vraagrespons leidt niet rechtstreeks tot vermindering van het primaire energiegebruik, maar is in de toekomst wel nodig (samen met elektriciteitsopslag) om een groot aandeel intermitterende, duurzame opwekkers in het elektriciteitsnet mogelijk te maken. Binnen de woningbouw biedt het verschuiven van de elektriciteitsvraag van diverse apparatuur een significant potentieel (34 PJe vraagrespons). Bij toename van toepassing van warmtepompen in de woningbouw zal dit potentieel nog verder stijgen. Voor een goede potentieelbepaling binnen de utiliteitsbouw ontbraken te veel cijfers.
ECN-E--06-037
31
6.2 Aanbevelingen Op grond van de technische besparingspotentiëlen wordt voorgesteld om de technologieontwikkeling met voorrang te richten op de volgende zaken: 1. gebruikersadaptieve regelingen in woningen 2. gebruikerseducatieve regelingen in woningen 3. geautomatiseerde vraagrespons met huishoudelijke apparaten 4. hulpmiddelen voor eenvoudige monitoring van gebouwbeheer in utiliteitsgebouwen Specifieke aanbevelingen over benodigde ontwikkeling per type regeling staan in hoofdstuk 5. Ook op andere technologieën kan het interessant zijn om aan verdere technologieontwikkeling te doen, echter uitgaande van het technisch potentieel zal de opbrengst hiervan in termen van besparing van primaire energie kleiner zijn. Bij al deze regelingen speelt de communicatie over en weer met de gebruiker een sterke rol. Het is daarom essentieel om potentiële gebruikers in een vroeg stadium bij de ontwikkeling te betrekken. Mogelijk kan hierbij aangesloten worden bij onderzoek op het gebied van Industrieel Ontwerpen, 'usability' van ICT-systemen of Constructive Technology Assessment36. Bij het ontwikkelen van deze regelingen is het daarnaast essentieel om het eigen gebruik van elektriciteit door de regelapparatuur te minimaliseren. Wanneer men daar geen aandacht aan besteedt, kan dit eigen gebruik al gauw oplopen tot 200 kWhe per woning per jaar (1,8 GJp/jaar). Dit zou de bereikte besparing voor een flink deel te niet doen. Het is daarom aan te raden om de systeemarchitectuur zodanig te ontwerpen dat er zo min mogelijk en zo kort mogelijk gebruik gemaakt wordt van elektronica die continu aan staat (zoals voedingen, communicatieverbindingen). Uit dit onderzoek en uit praktijkervaringen blijkt dat de prestaties van een gebouw sterk afhangen van de regeling en het gebruik. Door een gebruikersadaptieve en –educatieve regeling standaard op te nemen in de apparatuur wordt deze meer robuust ten aanzien van gebruikersgedrag. Daarnaast wordt aanbevolen om bij introductie van een nieuwe technologie het geleverde comfort en het energiegebruik systematisch in de praktijk te monitoren en te vergelijken met de beoogde comfort- en energieprestatie. Uit een dergelijke monitoring kan bijvoorbeeld afgeleid worden op welke punten het ontwerp, de regeling, of de instructies aan installateurs en gebruikers aangepast dienen te worden om tot een goed functionerend systeem te komen.37 Indien gewenst kan de schatting van het technische besparingspotentieel in de gebouwde omgeving verfijnd worden door verder onderzoek naar: • de mogelijkheden van vraagrespons in de utiliteit • de besparingsmogelijkheden in andere deelsectoren van de utiliteit (horeca, ziekenhuizen, verpleging en verzorging en ‘overige utiliteit’) • en de voorwaarden waaronder vraagrespons bijdraagt aan vergroting van het aandeel duurzaam opgewekte energie. Bij selectie van de te ontwikkelen technische opties is het belangrijk om de economische haalbaarheid van de scenario's te onderzoeken en om de geschatte potentiëlen te verifiëren met behulp van experimenten of praktijkmetingen.
36
Er kan aangesloten worden bij concepten als technology script [Oudshoorn 2003] en domestication of technology [Lie 1996]. 37 Eventueel zou de overheid een dergelijke monitoring op kunnen nemen in de regelgeving rond de Energie Prestatie Norm, als voorwaarde voor het gebruik van een gelijkwaardigheidsverklaring. Hiermee kan de kwaliteit van innovaties op het gebied van duurzaam bouwen verbeterd worden.
32
ECN-E--06-037
Geraadpleegde literatuur [Abeelen 2004]
Abeelen, C., Bosselaar L.: Protocol Monitoring Duurzame Energie, Methodiek voor het berekenen en registreren van de bijdrage van duurzame energiebronnen, SenterNovem, december 2004. Publicatienummer 2DEN04.35
[Braber 2004]
Braber, K. e.a.: De concurrentiekracht van Warmtepompen in Nederland - Actualisering 2003, Apeldoorn, TNO, februari 2004.
[Bourgeois 2005]
Bourgeois, D.: Detailed occupancy prediction, occupancy-sensing control and advanced behavioural modelling within whole-building energy simulation, doctoraalscriptie, Université Laval, Quebec, 2005.
[Ebel 2003]
Ebel, W.; Kah, O.: Tracergasmessungen: Auswirkung von Fensteröffnung bei kontrollierter Lüftung, in: Tagungsreader zur 7. PHTagung, PHI Darmstadt 2003.
[EC 2006]
European Commission, European Technology Platform SmartGrids, Vision and Strategy for Europe's Electricity Networks of the Future, Luxembourg, 2006 (EUR 22040).
[EESD 2006]
Directive 2006/32/EC of the European Parliament and of the Council of 5 April 2006 on energy end-use efficiency and energy services and repealing Council Directive 93/76/EEC. Downloadable from http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/site/en/oj/2006/l_114/l_11420060427en00640 085.pdf
[Elkhuizen 2006]
Elkhuizen, B.; Rooijackers, F.: De kwaliteit van installaties in gebouwen, V&V, april 2006, 780-783.
[EnergieNed 2002]
EnergieNed: Basisonderzoek Elektriciteitsverbruik Kleinverbruikers BEK 2000, Arnhem, april 2002.
[De Gids 2004]
Gids, W.F. de; Veld, P.J.M. op 't: Onderzoek naar ventilatie in relatie tot gezondheidsaspecten en energiegebruik voor een representatieve steekproef van het Nederlandse woningbestand, TNO Bouw, Delft, 11 februari 2004, TNO-rapport 2003-GGI-R064.
[Hager 2006]
Hager: Gebouwsysteemtechniek, technische documentatie, Zie: www.hager.be/files/download/0/722_2/0/doc.tech%20nl.pdf
[Heschong 2002]
Heschong, L.: Daylighting and Human Performance, ASHRAE Journal, June 2002, 65-67.
[ISSO 2004a]
ISSO: Besparing door toepassing van lichtregelsystemen, ISSO Thematech april 2004, 15-18.
[ISSO 2004b]
ISSO: Daglichtbenutting en energieverspilling in kantoren, ISSO Thematech april 2004, 18.
ECN-E--06-037
2006.
33
[Kemna 1999]
Kemna, R.B.J. e.a.: Technische gedragssturing apparaten, Determinanten bij 15 huishoudelijke apparaten, Van Holsteijn en Kemna B.V., Delft, augustus 1999.
[Van Kempen 2001] Kempen, P.P. van: Marktonderzoek airconditiong en koeling in woningen, Van Kempen Onderzoek en Advies, Amsterdam, 2001. [Kester 2006]
Kester, J.C.P. e.a.: Sustainability of Dutch Home Automation Projects, Evaluation and recommendations, paper gepresenteerd op: EEDAL 2006.
[Lie 1996]
Lie, M. and Sørensen, K.: Making technology our own? : domesticating technology into everyday life, Scandinavian University Press, Oslo / Boston, 1996.
[Leidelmeijer 2005] Leidelmeijer, K. en Grieken, P. van: Wonen en energie, stook- en ventilatiegedrag van huishoudens, RIGO, Amsterdam, maart 2005. [Loof 2004]
Loof en Van der Stigt Architecten bv: Rapportage Scholen Huisvestingsplan Oost/Watergraafsmeer 2004 - 2014, 5 oktober 2004, te downloaden via: http://www.oost-watergraafsmeer.nl
[Novem 1999]
Novem, Referentiewoningen 98, Utrecht, 1999.
[Novem 2000]
Novem: EP Varianten - Utiliteitsgebouwen, Utrecht, maart 2000.
[Novem 2001]
Novem: Referentiewoningen bestaande bouw, Utrecht, april 2001.
[Oudshoorn 2003]
Oudshoorn, N. and Pinch, T, (eds.): How Users Matter: The Coconstruction of Users and Technology, MIT Press, Cambridge, 2003.
[Roberson 2004]
Roberson J.A. e.a.: After-hours Power Status of Office Equiment and Inventory of Miscellaneous Plug-Load Equipment, LBNL, Berkeley (CA), January 2004.
[Segeren 2004]
Segeren, A.H.J.: Ruimtemonitor, Tijdbesteding en vrije tijd, Ruimtelijk Planbureau, 13 mei 2004, te downloaden via: http://www.rpb.nl/nl-nl/Default.aspx?hrf=http%3A%2F%2Fwww.rpb.nl %2Fcontent%2Fcompendium.aspx%3Fpid%3D34%26id%3D2903%26th emeId%3D121
[SenterNovem 2004] SenterNovem: Energiebesparingsmonitor Gebouwde Omgeving 2003, Utrecht, december 2004. [SenterNovem 2005] SenterNovem: Energiebesparingsmonitor Gebouwde Omgeving 2004, Utrecht, december 2005. [SenterNovem 2006] SenterNovem: Cijfers en Tabellen 2006, Utrecht / Sittard, 2006. [Steg 1999]
Steg, L.: Verspilde energie? Wat doen en laten Nederlanders voor het milieu, SCP, Den Haag, mei 1999.
[Steg 2002]
Steg, L. e.a.: Energiebesparing door gedragsverandering: de invloed van informatie, feedback en commitment op het energiegebruik, psychologische achtergronden en kwaliteit van leven van huishoudens, Groningen, 2002.
34
ECN-E--06-037
[Uitzinger 1995]
Uitzinger, M.J.; Sprengers, M.; Benschop, J.M.; Baren, L. van: Telemeting en monitoring bij huishoudens, Deel I, "Monitoring", IVAM Environmental Research, Amsterdam, 1995.
[Uitzinger 2004]
Uitzinger, J.: Analyse EPC en energiegebruik bij woningen, IVAM, Amsterdam, 22 december 2004.
[VEI 2005]
VEI: REG-premie voor domotica in uw woning, Geel (België), Vlaamse Elektro Innovatiecentrum vzw, 2005, te downloaden via: http://www.vei.be/documents/FlyerREG-premie5_001.pdf
[Willems 2002]
Willems E; Persoon, J.: Praktijkonderzoek waterzijdig inregelen bestaande woningvoorraad, Cauberg-Huijgen, Rotterdam, 14 november 2002, te downloaden via http://www.senternovem.nl/mmfiles/24446_WZIpraktijkonderzoek_tcm24-72529.pdf
ECN-E--06-037
35
Bijlage A
Parameters gebouwsimulaties
gebruikte referenties Cijfers en Tabellen 2006 Rapportage 2004-2014, Het nieuwe basisscholenplan (http://www.oost-watergraafsmeer.nl/) EP varianten - Utiliteitsgebouwen, publicatie NOVEM software EP varianten (http://www.senternovem.nl) informatie van Frans Koene informatie van Bart de Boer 2005-02-08 SAVE Utiliteit rapportage, Menkveld, Jablonska, Schuitema, Ligthart Referentiewoningen bestaande bouw, publicatie NOVEM Vademecum Energiebewust ontwerpen van Nieuwbouwwoningen, publicatie NOVEM http://www.verozo.be/ novem referentiewoning '99 NEN 2916:2004
gebouw lengte breedte hoogte bouwlaag cp berek 1 cp berek 2 cp binnen volume Awand totaal Avloer Adak verhouding raam/gevel Aglas_overig Aglas_zuid Rc_dak Rc_gevel U_raam Rc_vloer ZTA_glas ZTA_zonw ZTA_dichte bouwdelen ventilatievoud ventilatievoud gebruikt vent_voud_afw infil_voud_aanw infil_voud_afw infil_deur aantal_personen Qintern_personen Qintern_apparatuur Qintern_apparatuur Tsetpoint_aanw Tsetpoint_afw aanwezig
36
woning rijtjes 1966-1976
J/K J/K m3 m2 m2 m2 % m2 m2 m2K/W m2K/W m2K/W m2K/W dm3/m2/s 1/uur 1/uur 1/uur 1/uur W/m2 W/m2 kWh/jaar C C weekend week
kantoor 1980-1988 6.4 9.0 5.3 3.0 5.5E+07 5.3E+07 60% 305.3 64.0 56.0 64.0
11.0 22.0 0.9 0.4 4.0 (half enkel, half dubbel) 0.2 0.65 0.1-0.4 0.0 0.5 0.5 0.3 0.3 0.0 4 2.4
school 1980-1988
winkel 1980-1988
32.0 16.0 6.6 2.0 6.7E+08 6.6E+08 60% 3379.2 633.6 512.0 512.0 35.0% 189.0 63.0 1.3 1.3 2.9 (dubbel) 0.6 0.60 0.1-0.4 0.0 1.3 1.5 0.3 0.3 0.3 0.0 102 10.0 23.0
35.0 35.0 2.7 1.0 6.6E+08 6.4E+08 60% 3307.5 378.0 1225.0 1225.0 60.0% 189.0 63.0 1.3 1.3 2.9 (dubbel) 0.6 0.60 0.1-0.4 0.0 3.5 3.8 0.3 0.3 0.3 0.1 210 17.1 12.0
42.4 42.4 4.6 1.0 1.6E+09 1.7E+09 60% 8269.7 780.2 1797.8 1797.8 60.0% 351.0 117.0 1.3 1.3 2.9 (dubbel) 0.6 0.60 0.1-0.4 0.0 0.5 0.5/3.0 0.3 0.3 0.3 0.6 150 8.3 28.0
19.0 16.0
19.0 16.0
19.0 16.0
3.5E+03 18.0 15.0 niet 7:00-18:00
niet 8:00-15:30
zo niet, za als week 9:00-18:00
ECN-E--06-037
Bijlage B
Beursverslag Light+Building 2006
Onderstaand een beknopt verslag van: • beurs Light+Building 2006, zondag 23 april t/m donderdag 27 april 2006, Frankfurter Messe • Building Performance congres, maandag 24 april t/m donderdag 27 april 2006, Frankfurt
Conclusies over stand der techniek gebouwautomatisering 1. Voor gebouwautomatisering in kantoorgebouwen bieden veel leveranciers al flink wat toepassingen aan. Zij bieden onder meer de volgende functies aan: • sturing van licht op basis van aanwezigheid en lichtmeting • sturing van ventilatie op basis van meting van vocht en/of CO2 • monitoring van het energiegebruik 2. Er zijn nog géén systemen op de markt met de volgende functies: • automatische detectie van abnormaal energiegebruik (bijv. tijdens afwezigheid gebruikers) • automatische configuratie van optimale regeling • voorspelling van en anticipatie op bewonersgedrag 3. De systemen die voor kantoorgebouwen worden aangeboden, worden nog slechts op beperkte schaal toegepast. Onder meer de volgende redenen worden hiervoor aangegeven: • te duur • besparing is moeilijk hard te maken (vooraf én achteraf), want afhankelijk van referentiescenario • besparing is al geclaimd door anderen • besparing wordt niet gehonoreerd in regelgeving (bijv. EPC), want de regelgeving is gebaseerd op de bouwfase (geïnstalleerde apparatuur) en niet op de beheerfase (werking van de apparatuur) • de technieken zijn niet of nauwelijks gericht op comfortverbetering (i.t.t. bijv. dubbel glas, warmtepomp) • installateurs zijn niet voldoende deskundig en/of gemotiveerd om het systeem goed te installeren • gebruikers zijn niet voldoende deskundig en/of gemotiveerd om het systeem goed te beheren 4. Voor gebouwautomatisering in woongebouwen of winkels werden nog geen specifieke toepassingen aangeboden. Ook werden geen specifieke toepassingen aangeboden voor de markt van beperkte renovatie.
Interessante nieuwigheden • EnOcean: biedt een standaard aan voor batterijloze communicatie voor sensoren (www.enocean.com) • Eckelt: dubbelglas met geïntegreerde zonwering (statisch of in 1 of 2 delen stuurbaar) (www.eckelt.at) • Diverse leveranciers: LED-verlichting is sterk in opkomst, met name voor decoratieve verlichting, en voor specifieke toepassingen (http://en.wikipedia.org/wiki/LED ). Energiebesparing wordt ook als reden genoemd om LED-verlichting te gebruiken: LED is qua energie-efficiëntie bijna vergelijkbaar met TL-verlichting (maar heeft wel heel andere eigenschappen – en een andere prijs).
ECN-E--06-037
37
• Diverse leveranciers: sturing op aanwezigheidsdetectie en/of lichtmeting geïntegreerd in armaturen. • Normen: Ook in Duitsland wordt een norm voorbereid voor een adaptieve binnentemperatuur (DIN EN 15232 – Entwürf) • Daglichtbenutting: IEA SHC Task 31 bereidt een roadmap voor voor het ontwerpen van gebouwen uitgaande van daglichtbenutting. (http://www.iea-shc.org/task31/ )
Achtergrond • Einde van de proprietary protocols: Deze worden gezien als een verloren zaak. Ze komen in nieuwe productlijnen niet meer voor. (Voor de leverancier zijn ze niet aantrekkelijk vanwege de kosten voor het onderhouden en uitbreiden van het protocol. Voor de klant zijn ze niet aantrekkelijk vanwege de leveranciersgebondenheid.) • Wat wordt de nieuwe standaard? Hierover is, op het niveau van gebouwbeheersystemen, een strijd gaande tussen LON en BACnet (‘maar misschien worden ze allebei wel ingehaald door algemene IT-standaarden zoals OPC.’) Bestaande systemen werken veelal met LON, en veel nieuwe systemen met BACnet. • Communicatie op een lager niveau wordt gezien als een strijd tussen EIB/Konnex, LON en (uitsluitend voor lichtsturing) DALI. • Opkomst van draadloze communicatie: EnOcean, Zigbee, programmeren van lichtsturing via IR afstandsbediening. Voordeel: flexibiliteit. • Integratie van systemen: Er is een tendens gaande om functionaliteiten te combineren van systemen voor functies als gebouwontwerp, gebouwbeheer, gebouwveiligheid en facility management. Deze systemen zouden gedeeltelijk van een gemeenschappelijke database gebruik kunnen maken (net als ERP-systemen).
38
ECN-E--06-037
