Duurzaam bouwen vraagt meer dan een laag E-Peil H. Hens Prof. Em.
Inleiding Sinds einde jaren negentig is de kreet ‘duurzaam bouwen’ hoog in aanzien. Wat daaronder begrepen wordt, blijft behoorlijk vaag. In het Brundlandt rapport ‘On our common future’, gepubliceerd door de ‘World Council for Economic Development’ is sprake van ‘duurzame ontwikkeling is ontwikkeling die beantwoordt aan de noden van huidige generaties zonder de mogelijkheid dat ook de toekomstige hun noden zullen kunnen voldoen in het gedrang te brengen’. Bij omzetting van die uitspraak naar de gebouwde omgeving werden drie doelstellingen naar voor geschoven: het sociale, milieu en welzijn. Bij het sociale en welzijn hoort economie thuis. Energie past bij alle drie. Sociaal onmisbaar, belangrijk voor het menselijke welzijn en het gebruik ervan bezwaard met gevolgen voor het milieu. Toch is duurzaam bouwen breder dan energiezuinigheid. Leefbaarheid, comfort, luchtkwaliteit, toegankelijkheid, gebruik van grondstoffen, afvalproductie, levensduur, alle maken er deel van uit. Het belang dat aan globale duurzaamheid wordt gehecht, uit zich in de vele beoordelingsschema’s, die de laatste jaren het daglicht hebben gezien. Wel bekend zijn LEED in de USA en BREEAM plus afgeleiden in de UK, NL en elders. Duitsland ontwikkelde een eigen schema. Minder bekend is dat ook de Vlaamse administratie een beoordelingsschema voor het eigen gebouwpatrimonium ontwikkelde, verder het sterrenverhaal genoemd
Het sterrenverhaal samengevat Algemeen Het sterrenverhaal betracht een globale duurzaamheidbenadering, waarbij drie groepen van prestatietoetsen worden beoordeeld: Groep 1: leefbaarheid en welzijn Groep 2: energie Groep 3: milieu en duurzaamheid (durability) De eerste groep verwijst naar ‘behoeften en welzijnsverlangen’. Dat wil zeggen naar de diensten die een gebouw moet leveren. De tweede groep viseert op wat nodig is om die diensten te kunnen leveren: energie. Dit moet zo efficiënt mogelijk gebeuren zonder dat de diensten eronder lijden. Met een beperking van het energieverbruik wordt ook een belangrijk deel van de milieuimpact aangepakt. De derde groep kijkt naar bepaalde milieuaspecten en naar duurzaamheid in de zin van levensduur.
Elke groep bestaat op zijn beurt uit een reeks prestatietoetsen, elk met een eigen gewicht. Dat gewicht stelt het belang van genoemde toets in het geheel voor. Per toets worden vijf kwaliteitniveaus met score 0, 1, 2, 3 en 4 onderscheiden. Nul betekent niet meer dan dat aan de geldende wettelijke eisen is voldaan, terwijl 4 wijst op een zeer hoge kwaliteit. De gewichten zijn zo verdeeld dat elke groep even zwaar weegt in de eindscore. Een 4 op alle toetsen betekent een totaal van 80 punten per groep. Wel wordt per groep niet met deze totalen gerekend maar met een gewogen gemiddelde. In formule: Groep 1
Groep 2
n
S1
g i 1
Groep 3
n
1,i S1,i
S2
n
g1,i i 1
g i 1
n
2 ,i S 2 ,i
S3
n
g 2 ,i i 1
g i 1
3, i
S 3, i
n
g i 1
3, i
Hierbij staat S voor de score per prestatietoets en g voor het bijhorende gewicht. Aan de kantoorgebouwen van de administratie worden nu sterren toegekend. Die zijn als volgt bepaald: Score Gewogen gemiddelde per groep
S1 , S2 , S3
Sterren
Betekenis
Globaal
S
S
1
S2 S3 3
Geen gelijk aan nul
0<S 1
Geen kleiner dan 1
1<S 2
Geen kleiner dan 2
2<S 3
Geen kleiner dan 3
3<S 4
1 2 3 4
Voldoet juist Doet het goed Doet het meer dan goed Is uitstekend
Door de sterren zo toe te kennen, bestaat de garantie dat een gebouw met drie sterren in elke groep goed tot meer dan goed scoort. Dat is wat telt wil een gebouw duurzaam zijn: een juist evenwicht tussen de verschillende prestatietoetsen. Plans en bestek krijgen voorlopige sterren. Nadien volgt al dan niet bevestiging via meting of controle ter plaatse. Pas daarna krijgt het gebouw zijn definitieve sterren. De sterren worden ook gedateerd. Inderdaad zullen, naarmate de wettelijke eisen strenger worden, ook de eisen voor een score nul en beter, strenger worden. Het wordt dus:
2008, enz Details De lijst van prestatietoetsen en hun gewicht ziet er uit als volgt:
2
Deelgroep 1: leefbaarheid en welzijn
2: Energie
3: milieu en duurzaamheid
Prestatie Toegankelijkheid Thermisch comfort, globaal, koude jaarhelft Thermisch comfort, globaal, warme jaarhelft Thermisch comfort, globaal, tocht Thermisch comfort, verschil in temperatuur tussen hoofd en voeten Akoestisch comfort: achtergrondgeluidsniveau Akoestisch comfort: isolatie tegen lucht- en contactgeluid Trillingscomfort Visueel comfort: verlichtingsterkte Visueel comfort: daglichttoetreding Binnenluchtkwaliteit: CO2-concentratie Binnenluchtkwaliteit: subjectief ervaren luchtfrisheid Bewuste ventilatie: debieten Bewuste ventilatie: piekventilatie Niveau gebouw Netto behoefte: peil van warmte-isolatie Netto behoefte: luchtdichtheid Netto behoefte: zonwering Netto behoefte: nachtventilatie Bruto behoefte: regeling verwarming Bruto behoefte: emissie verwarming Bruto behoefte: leiding en kanaalisolatie verwarming Bruto behoefte: regeling koeling Bruto behoefte: leiding en kanaalisolatie koeling Eindenergieverbruik: productie verwarming Eindenergieverbruik: productie koeling Primair energieverbruik: hernieuwbare energie Primair energieverbruik: peil van primair energieverbruik Niveau zone en bouwdeel Warmtedoorgangscoëfficiënten Temperatuurdemping Ligging Voorzieningen Levensduur (durability) Watergebruik Materiaalgebruik
Gewicht 4 1 1 1 1 2 1 2 2 1 1 1 2/1 0/1 3.5 1 2 1 1/3 1/3| 0 1/3| 2/3 0.5 0.5 0.5 0.5 2 5 2 0.5 3 3 5 3 6
Daarnaast zijn er toetsen waaraan dient voldaan zonder dat ze een score krijgen. Daaronder vallen uitstraling, ruimtelijke functionaliteit, stabiliteit, sommige comfortaspecten, bepaalde ele-
3
menten wat betreft binnenluchtkwaliteit en ventilatie, brandveiligheid, bliksembeveiliging en inbraakbeveiliging. Bij deze zijn de wettelijke eisen al zo streng dat het geen zin meer heeft ze in een scoresysteem van ‘net voldoende’ tot ‘excellent’ onder te brengen. Anders gezegd: je kunt niet gaan voor meer of minder brandveiligheid, er kan niet worden gesold met CO, fijn stof en bepaalde VOC’s in de binnenlucht, enz.
Wat met het klimaat in Noord West Europa Duurzaam bouwen (zou) moet(en) klimaatgebonden zijn. Het Noord West Europese klimaat heeft zo zijn eigen kenmerken: De luchttemperatuur mag gematigd genoemd. Dat blijkt duidelijk uit de gegevens van het weerstation van Laboratorium Bouwfysica van de K.U.Leuven, zie figuur 1. De maandgemiddelde waarden zijn globaal over de jaren heen te vatten in een vork van iets onder nul 0 tot iets boven 20°C, terwijl het aantal zeer koude en zeer warme dagen beperkt blijft Maandgemiddelde buitentemperatuur (°C)
20,0
16,0
12,0
8,0
4,0
0,0 0
1
2
3
4
5
6 7 Maand
8
9
10
11
12
Figuur 1 2007, maandgemiddelde buitentemperatuur te Leuven, referentie voor Ukkel (rood)
Als figuur 2 toont valt de bezonning ’s winters tegen. De hoogste zonnestand op 21/12 is amper 16°. In de warme jaarhelft wordt dat 62° op 21/6 De gemiddelde relatieve vochtigheid ligt aan de hoge kant. Dank zij de gematigde luchttemperaturen is dit niet echt een probleem, maar toch.. De jaarlijkse neerslag lijkt zeer hoog maar is dat niet, met zo’n 800 mm/m² per jaar. De verdeling over de maanden vertoont amper wetmatigheid, zie figuur 3 De wind komt in hoofdzaak uit de hoek West over Zuid West naar Zuid De gemiddelde windsnelheid ligt rond 4 m/s (meting in het vrije veld, 10 meters hoog) Tijdens heldere nachten is onderkoeling een feit
4
Maandgemiddelde bezonning op het horizontale vlak (W/m²)
240 200 160 120 80 40 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Maand
Figuur 2 2007, maandgemiddelde bezonning op het horizontale vlak te Leuven, referentiewaarde voor Ukkel (rood) Maandelijkse neerslag (mm/m²)
120 100 80 60 40 20 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Maand
Figuur 3 2007, maandelijkse totale neerslag te Leuven, referentiewaarde voor Ukkel (rood)
Uit die gegevens volgen enkele duidelijke wetmatigheden. Het Noord West Europese klimaat maakt verwarmen noodzakelijk. Het stookseizoen vormt daarbij een aaneen gesloten tijdsblok, in niet geïsoleerde gebouwen tot 200 dagen lang. Actieve koeling zou enkel nodig mogen zijn in gebouwen met hoge interne warmtewinsten of gebouwen waaraan zeer strikte klimaateisen worden gesteld. Bij woongebouwen volstaan normaal passieve ingrepen. Het winterse thermische comfort mag geen probleem zijn. In woongebouwen zorgt het zomerse thermische comfort voor moeilijkheden wanneer onvoldoende rekening is gehouden met de regels van het passieve
5
koelen. Ondanks de niet overmatige neerslaghoeveelheden is regen de eerste oorzaak van vochtproblemen. En, onderkoeling kan niet over het hoofd worden gezien.
De voorbeeldwoning Even voorstellen De beste manier om enkele elementen van duurzaam bouwen aan te tonen is uit te gaan van een voorbeeldgebouw. Gezien vervangingsbouw het daarbij per definitie haalt van uitbreidingsbouw (geen uitbreiding bebouwde oppervlakte, hergebruik bakstenen), is bewust daarvoor gekozen. Figuur 4 toont de woning in haar huidige toestand, figuur 5 een voorstel van vervangbouw.
Figuur 4 Woning, huidige toestand
Figuur 5 Voorstel van vervangbouw
Het gaat om een ‘rijwoning’, met links ervan garages en rechts een andere woning met een passage tussen beide, waar de inkom van de vervangbouw op uit geeft. Op het gelijkvloers vindt men de berging, het toilet, de keuken met bijkeuken, de eetkamer en de nachthal waar de badcel en slaapkamers van de kinderen op aansluiten. De eetkamer is via een open trap verbonden met de woonkamer op de verdieping. Op die sluiten de burelen, slaapkamer en badkamer van de ouders p[ aan. De technische ruimte voor ketel/warmtepomp, boiler en ventilatie-unit staat op het dak, boven de badkamer van de ouders.
Kenmerken Beschermd volume Verliesoppervlakte Compactheid
6
815 m3 580 m² 1.4 m
Leefbaarheid en welzijn Zomercomfort Een eerste aanduiding volgt uit de EPB rekenmethodiek. Die gaat na hoe het zit met de oververhittingindicator. Ligt deze tussen 0 en 8000 Kh, dan is van oververhitting amper sprake. Passeert die 8000 Kh maar blijft ze lager dan 17500 Kh, dan neemt de kans op oververhitting gradueel toe en, samen daarmee, de kans dat naar actieve koeling gegrepen wordt. Eens voorbij 17500 Kh wordt de kans dat er actieve koeling komt gelijk één genomen. Vraag is hoe de oververhittingsindicator eruit ziet bij voorliggende vernieuwbouw. In de woonkamer zit behoorlijk wat glas, in totaal 28 m². In de overige gevels blijft de glasoppervlakte beperkt.
Figuur 6 Achtergevel
In totaal zijn 12 gevallen doorgenomen: 1 2 3 4 5 6 7 8 9
K133, n50=8,6 h-1, enkel glas, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K55, n50=8,6 h-1, dubbel glas, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K45, n50=8,6 h-1, lage-e dubbel glas gewone ketel, natuurlijke ventilatie K40, n50=8,6 h-1, lage-e, argon gevuld dubbel glas, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K35, n50=8,6 h-1, lage-e, argon gevuld dubbel glas, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K25, n50=8,6 h-1, lage-e, krypton gevuld dubbel glas, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K15, n50=8,6 h-1, lage-e, argongevuld driedubbel glas, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K35, n50=3 h-1, glas idem als bij 5, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K35, n50=3 h-1, glas idem als bij 5, gewone ketel, ventilatiesysteem C+
7
10 11 12
K35, n50=3 h-1, glas idem als bij 5, condensatieketel, ventilatiesysteem C+ K35, n50=3 h-1, glas idem als bij 5, HT warmtepomp, ventilatiesysteem C+ K35, n50=1 h-1, glas idem als bij 5, HT warmtepomp, ventilatie systeem D, rec=80%
De evolutie van de oververhittingindicator (I) ziet eruit als gegeven in onderstaande tabel en in figuur 7. Geval K133, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K55, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K45, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K40, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K35, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K25, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K15, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K35, n50=3 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K35, n50=3 h-1, gewone ketel, ventilatiesysteem C+ K35, n50=3 h-1, condensatieketel, ventilatiesysteem C+ K35, n50=3 h-1, HT warmtepomp, ventilatiesysteem C+ K35, n50=3 h-1, HT warmtepomp, ventilatie systeem D,
=80%
I 2123 8154 6312 6924 8135 11955 14954 10062 11726 11726 11726 18282
20000
Oververhittingindicator
18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 K133 K55 K45 K40 K35 K25 K15 K35 K35 K35 K35 K35 K-peil van 133 naar15/K35, luchtdichter, vent.+verw.
Figuur 7 Oververhittingindicator
8
Duidelijk is dat, naarmate de woning beter wordt geïsoleerd, het oververhittingrisico toeneemt. Voorbij K35 zit men boven 8000 Kh. Hetzelfde gebeurt in de mate zuiniger wordt geventileerd. Vooral gebalanceerde ventilatie met warmteterugwinning komt er slecht uit, met een oververhittingindicator voorbij 17500 Kh, d.w.z. niet toegelaten. Vandaar het belang dat tijdens de warme jaarhelft de WTW-eenheid kortgesloten kan worden of men op afzuigventilatie kan overgeschakelen. Toch vertelt de indicator weinig over hoe het met de oververhitting in de woonkamer/keuken/eethoek zit. Om dit na te gaan, is teruggegrepen naar een methode, die jaren geleden aan het Laboratorium Bouwfysica van het Departement Burgerlijke Bouwkunde, K.U.Leuven op punt is gesteld. Daarbij gaat men uit van een hete dag op het einde van een hittegolf bestaande uit een reeks identiek hete dagen (tabel 1) Tabel 1 Hete dag. Uur
Temp.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
°C 20.2 19.8 19.5 19.0 18.5 18.0 17.8 17.8 20.0 22.0 25.5 28.0 30.0 30.8 30.5 30.0 29.0 27.8 26.5 25.5 24.2 23.0 22.0 20.5 20.2
Directe zon, op zon W/m² 0 0 0 0 0 136 301 440 555 645 711 752 768 759 726 669 587 480 348 192 11 0 0 0 0
Diffuse zon, hor. vlak W/m² 0 0 0 0 0 6 50 87 121 146 165 180 187 188 179 165 147 121 90 49 7 0 0 0 0
Aangenomen mag dat na dergelijke reeks van identieke dagen de situatie ingeslingerd is. Vindt men dan dat de binnentemperatuur daggemiddeld (o,i) lager blijft dan 28°C en de door de con-
9
structie bepaalde ruimtedemping (D voldoet aan 2.35 0.0224 o,i 1 0.032 o,i , dan mag aangenomen dat de kans op oververhitting verwaarloosbaar is. Als referentie is geval 9, K35 (het economisch optimale peil van warmte-isolatie), ventilatiesysteem C+, genomen. In eerste instantie is ervan uitgegaan dat de lage-e, argongevulde dubbele beglazing niet zonreflecterend is en er evenmin zonwering is voorzien. Als daggemiddelde binnentemperatuur vinden we dan 35.8°C, d.w.z. flink wat hoger dan 28°C. Verbetering van de situatie gezocht in gebruik van zonwerende lage-e, argongevulde dubbele beglazing (zonnetoetreding absoluut (g) 0.26 in plaats van 0.6). Dat doet de daggemiddelde binnentemperatuur dalen naar 30.1°C, heel wat beter dan zonder zonwerend glas maar nog steeds te hoog. Vandaar dat het glas is gelaten voor wat het is voor alle ramen tenzij het schuifraam op het gelijkvloers naar een regelbare buitenzonwering evenwijdig aan de ramen met g-waarde 0.05 gegrepen is. Op hete dagen staat het schuifraamdeel wel regelmatig open, wat de ventilatie iets opdrijft, en hangt er als afscherming een repengordijn in kunststof voor. De zonwering werkt met afstandsbediening en een zonnesensor. Dat alles brengt de daggemiddelde binnentemperatuur terug naar 28.9°C, nog iets te hoog. Als bijkomende ingreep is daarom naar nachtventilatie gegrepen. Daartoe wordt in het grote raam op het gelijkvloers en in het bureelraam in de voorgevel op de verdieping een opengaand draairaam met breedte 60 cm ingebouwd. Voor beide komt er een rooster voor nachtkoeling. Het volstaat dan voor het slapen gaan beide ramen open te zetten en de deur van het bureel open te laten, zie figuur 8. Dit laat toe de daggemiddelde binnentemperatuur terug te brengen naar 26.5°C, d.w.z. lager dan 28°C. Wat met de door de constructie bepaalde ruimtedemping? Die moet met nachtventilatie hoger liggen dan 11.5. In voorliggend geval geeft berekening: D=25.5, d.w.z. voldoende om voor genoeg demping van de dagschommeling te zorgen. Die waarde wordt gehaald dank zij de goede warmteopname door de gelijkvloerse vloer, de tussenvloer in gewapend beton en de zware scheidingsmuur met de nachtzone. Zou ook het lichte gordingendak en de houten vloer van de 1e verdieping vervangen worden door een zware constructie, dan loopt de demping op tot 37.4. Dit leert dat een massieve constructie ’s zomers behoorlijk wat voordelen heeft, waar dit, als het om verwarming gaat, amper het geval is. In die zin is de huidige trend naar extreem geïsoleerde houtskeletbouw niet wat zou moeten gebeuren. Daglichttoetreding Of daglicht zorgt voor een voldoende lichtcomfort wordt nagegaan aan de hand van de daglichtfactor. Die zou op plaatsen waar voldoende licht nodig is hoger moeten zijn dan 2%. Berekening gebeurt voor een bewolkte CIE-hemel, die zorgt buiten voor een verlichtingssterkte van 5000 Lux op een horizontaal vlak.
10
Figuur 8 Nachtventilatie
Bij de berekening dient rekening gehouden met de diffuse hemelstraling, de gereflecteerde hemelstraling buiten en de stralingsreflectie binnen. Een min of meer exacte bepaling is enkel mogelijk met speciaal daartoe ontwikkelde rekenprogrammas. Hoe dan ook, de resultaten volgen duidelijke wetmatigheden: Hoe verder van het raam, hoe lager de daglichtfactor, een afname die er min of meer hyperbolisch uitziet. Diepe kamers zijn in die zin in het nadeel Hoe kleiner de glas tot vloer verhouding, hoe lager de daglichtfactor Bij eenzelfde glasoppervlakte doen hoge verticale ramen het beter dan lage horizontale ramen Bij het glas is de daglichttoetreding absoluut (LTA) een bepalende factor Ramen in schuine vlakken zorgen voor een hogere daglichtfactor dan verticale ramen van gelijke vorm en grootte Binnenkleuren met hoge reflectiegraad zijn te verkiezen Er zijn allerlei trucks om de daglichttoetreding te verbeteren (lichtvangers voor de bovendelen van de ramen, lichtkolommen, enz.) Er bestaat gelukkig een eenvoudige grafische methode, die toelaat de daglichtfactor bij benadering te ramen en prima geschikt is voor gebruik bij voorontwerp. Deze methode is toegepast voor raming van de daglichtfactor in het midden van het tafelblad in de eetkamer. Dat bevindt
11
zich op 1.8 m van het grote raam in de achtergevel en op 4.9 m van zijmuur links (kijkende naar het grote raam). Links buiten staat een tuinmuur, rechts buiten hebben we een overdekt terras en de scheidingsmuur met de buurwoning. Het dubbel glas is van het type lage-e, argongevuld met een daglichttoetreding absoluut (LTA) 0.74. Plafond en muren zijn geschilderd in gebroken wit, terwijl de vloer een reflectiefactor 0.1 heeft. De grafische methode levert in dit geval een daglichtfactor gelijk aan 4.2%. Bij bewolkte CIE hemel heeft men in het midden van het tafelblad een verlichtingssterkte van 210 lux. Bij zonnig weer loopt de verlichtingssterkte buiten op tot 50000 Lux. Dit geeft aan dat zonwering met globale LTA 0.1 voor voldoende lichtsterkte binnen kan blijven zorgen.
Energieverbruik en CO2-emissies Algemeen Het totale energieverbruik van een gebouw omvat 3 componenten: (1) verwarming (en koeling) (2) warm tapwater (3) verlichting en toestellen.
Verlichting en apparatuur. % primaire energie (kWh/(m3.a))
De EPB slaat bij woongebouwen op (1) en (2) af en op een zeer beperkt deel van (3), namelijk de hulpenergie nodig om de betreffende installaties te laten functioneren. (3) wint nochtans steeds meer aan belang. Zo toont figuur 9 het aandeel van verlichting en apparatuur in het totale jaarlijkse primaire energieverbruik van een woonwijk, gebouwd tussen 1952 en 1957. 60 50 40 30 20 10 0 1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Woning
Figuur 9 Wijk, gebouwd russen 1952 en 1957: aandeel verlichting en apparatuur in het totale primaire energieverbruik
12
In de jaren 50 was van lage energiewoningen absoluut nog geen sprake, en toch loopt het aandeel op tot gemiddeld 37%! Wat dan bij lage energie, passief, enz? Effect isolatie Bij voorliggende woning is in eerste instantie nagegaan wat het berekende eindverbruik voorverwarming en warm tapwater wordt en welk E-Peil men krijgt wanneer van ongeïsoleerd de stap gezet wordt naar een isolatie op passiefniveau. De luchtdichtheid wordt daarbij niet speciaal verzorgd (n50=8.6 h-1). Men past een ventilatiesysteem A met niet drukgeregelde RTO’s toe en de woning wordt verwarmd met een gewone aardgasketel met waakvlam, aan/af geregeld door een kamerthermostaat in de woonkamer. Gezien de ketel ook zorgt voor de productie van warm tapwater, brandt de waakvlam het ganse jaar. De resultaten vindt men samengevat in onderstaande tabel. Er is wel een klein verschil met de officiële EPW-methode: het verbruik aan warm tapwater is vastgepind op 111.6 liters per dag gemiddeld. De rekenregel, opgenomen in de EPB, maakt dit afhankelijk van het buitenwerks gemeten beschermde volume. Bij constant binnenvolume wordt dit groter met toenemende isolatiedikte, en stijgt dus het verbruik aan warm tapwater met de isolatiekwaliteit, wat alles behalve logisch is! Geval
K133, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K55, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K45, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K40, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K35, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K25, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie K15, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie
Netto energiebehoefte verwarming MJ/a 199940 84440 72750 65540 58820 45730 36370
Eindverbruik WTW verwarming MJ/a MJ/a 322430 137630 118930 107390 96630 75690 60710
28180 28180 28180 28180 28180 28180 28180
E-Peil
223 108 95 88 81 72 64
In figuur 10 is het peil van warmte-isolatie vervangen door een equivalente isolatiedikte. Duidelijk is dat de winst in netto energiebehoefte voor verwarming bij een betere isolatie steeds meer uitdooft. Overdreven isolatiedikten, als bij passiefgebouwen, hebben dan ook weinig zin. Verder blijkt dat, als enkel beter wordt geïsoleerd, maar niet gekeken wordt naar luchtdichtheid en aan de wijze van ventileren en warmteproductie amper eisen worden gesteld, zelfs met een peil van warmte-isolatie K15 men E60 niet haalt. Is het berekende eindverbruik representatief voor het werkelijke verbruik? Het antwoord is neen. De reden dient gezocht in het directe reboundgedrag van de bewoners. Wat zij als dienst willen is een goed thermisch comfort. De prijs daarvoor is de kost van het verwarmingsverbruik. Vinden ze die kost te hoog, dan stellen ze zich doorgaans tevreden met minder comfort. Het
13
effect op het eindverbruik van dergelijk reboundgedrag is bovendien groter in slecht dan in goed geïsoleerde woningen. Onderzoek ter zake op het gemeten verbruik, omgerekend naar het EPBtypejaar in meer dan 1000 woningen, leverde de reboundcurve van figuur 11 op.
Netto energiebehoefte voor verwarming (MJ)/a)
300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 0,00
10,00 20,00 30,00 Gemiddelde isolatiedikte (cm)
40,00
Figuur 10 Netto energiebehoefte in functie van de equivalente isolatiedikte 0,50
Reboundfactor (-)
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00 0
0,4 0,8 1,2 1,6 2 Specifieke geleidingsverliezen per eenheid beschermd volume, UmAT/V (W/(m3.K))
Figuur 11 Reboundcurve
Het waarschijnlijk werkelijke eindverbruik voor verwarming ligt daarmee dichter bij:
14
E verw,eind 1 a rebound E verw,eind,EPW
dan bij het totaal volgens de EPW. Dat vlakt, als onderstaande tabel toont, het effect van excessieve isolatiedikten nog meer uit! Geval
Eindverbruik Eindverbruik verwarming verwarming MJ/a m3 aardgas/a K133, n50=8,6 h-1, gewone ketel, natuurlijke ventilatie 201660 5550 -1 K55, n50=8,6 h , gewone ketel, natuurlijke ventilatie 111160 3060 -1 K45, n50=8,6 h , gewone ketel, natuurlijke ventilatie 100680 2770 -1 K40, n50=8,6 h , gewone ketel, natuurlijke ventilatie 91190 2510 -1 K35, n50=8,6 h , gewone ketel, natuurlijke ventilatie 86330 2370 -1 K25, n50=8,6 h , gewone ketel, natuurlijke ventilatie 72210 1990 -1 K15, n50=8,6 h , gewone ketel, natuurlijke ventilatie 63625 1750
CO2 V+WTW Kg/a 12260 7430 6870 6470 6110 5350 4880
CO2 productie Bij berekening ervan moet het elektriciteitgebruik voor verlichting en apparatuur worden meegenomen. Meting op 186 woningen gaf als gemiddelde 5444 kWh per jaar met een standaarddeviatie van 2433 kWh en een verdeling als gegeven in figuur 12. Gemiddeld zorgt dit per woning voor een CO2-emissie van 1688 kg per jaar. Daarbij komt de emissie voor verwarming en warm tapwater, zie de vierde kolom van de tabel hierboven.
% per interval van 500 kWh
14 12 10 8 6 4 2 0
Elektriciteitsverbruik voor verlichting en apparatuur
Figuur 12
15
Afzuigventilatie C+ versus gebalanceerde ventilatie Isolatie alleen heeft, als aangetoond, zijn beperkingen. Vandaar dat in een tweede stap gekeken is naar een betere luchtdichtheid, een meer efficiënte verwarmingsinstallatie en een aangepast ventilatiesysteem. In eerste instantie is gezorgd voor een heel wat betere luchtdichtheid: n50=3 h-1 in plaats van 8.6 h-1 tegenover het buitenwerks gemeten volume. Dit bereiken, vraagt om extra zorg bij het detailleren en de uitvoering. Denk aan de voegen tussen ramen en opake gevels, de voegen onderaan de binnendorpels, de voeg tussen binnenpleister en vloer, de aansluiting van het dak op de gevels, de stopcontacten en schakelaars, enz. Hoe dan ook, stel dat een meting van de luchtdichtheid bij oplevering toont dat aan n50=3 h-1 voldaan is. Als netto energiebehoefte, eindverbruik voor verwarming en E-Peil krijgen we dan (rebound niet in rekening gebracht): Geval
-1
K35, n50=8,6 h , gewone ketel, natuurlijke ventilatie -1
K35, n50=3 h , gewone ketel, natuurlijke ventilatie
Netto energiebehoefte verwarming MJ/a 58820 45350
Eindverbruik WTW verwarming MJ/a 96630 75090
MJ/a 28180 28180
E-Peil
81 69
De winst is aanzienlijk. Blijkbaar is bij een goede warmte-isolatie de zorg voor een goede luchtdichtheid belangrijker dan nog meer isolatie. Met die conclusie moet men echter opletten. De EPW rekent infiltratie en ventilatie (hier systeem A) op een vrij elementaire wijze in, d.w.z., via sommatie van twee luchtstromen. In werkelijkheid bestaat tussen beide een wisselwerking en hangt het gecombineerde ventilatieresultaat af van waar de lekken zitten en hoe ze over de gevel verdeeld zijn. Een volgende stap bestaat erin het systeem A van natuurlijke ventilatie te vervangen door een systeem C+ met drukgeregelde RTO’s en een afvoer gestuurd door aanwezigheidssensoren in toilet en badkamer(s). De netto energiebehoefte, het eindverbruik voor verwarming, de hulpenergie en het E-Peil worden dan (warm tapwater blijft onveranderd): Geval
-1
K35, n50=8,6 h , gewone ketel, natuurlijke ventilatie -1
K35, n50=3 h , gewone ketel, natuurlijke ventilatie K35, n50=3 h-1, gewone ketel, ventilatiesysteem C+
Netto energiebehoefte verwarming MJ/a 58820 45350
37040
Eindverbruik Hulp- E-Peil verwarming energie MJ/a 96630 75090 61780
MJ/a 2640 2640 3300
81 69 64
De winst in E-Peil blijkt kleiner dan bij de stap van matige luchtdichtheid naar een goede luchtdicht. Eén van de redenen zit hem in het hogere verbruik voor mogelijks actieve koeling. Als
16
boven uitgelegd valt actieve koeling via de toepassing van een uitstekende, regelbare buitenzonwering, in combinatie met nachtventilatie, te omzeilen. Blijft de verwarmingsinstallatie. Hier staat men voor de keuze condensatieketel of HT-warmtepomp (HT-WP), in beide gevallen met buitenvoeler, gelijkstroompomp, thermostaatkranen op de radiatoren/convectoren en een klok met dag/nacht instelling in de woonkamer: Geval
Netto energiebehoefte verwarming MJ/a
K35, n50=3 h-1, gewone ketel, ventilatiesysteem C+ K35, n50=3 h-1, cond.ketel, ventilatiesysteem C+ K35, n50=3 h-1, HT-WP, ventilatiesysteem C+
Eindverbruik Hulp- E-Peil verwarming energie MJ/a 61780 46800 18230
37040 37040 37040
MJ/a 3300 3160 2280
64 55 48
Bij de condensatieketel is een tweede berekening gebeurd, nu met een betere schatting van het totale rendement bij gebruik van thermostaatkranen. Het resultaat ziet men in figuur 13. Blijkbaar onderschat de EPW het rendement tijdens de koude maanden november/december / januari/februari en overschat ze het rendement tijdens de warmere maanden oktober/maart/april. De reden zit hem in het feit dat het totale rendement daalt naarmate de verhouding warmtewinst versus warmteverlies groter wordt. Zelfs condensatieketels doen het iets slechter als ze meer intermitterend moeten werken.
Eindverbruik voor verwarming (MJ/maand)
12500
10000
7500
5000
2500
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Maand
Figuur 13: Condensatieketel, berekening EPW (blauw), betere modellering rendement (rood)
De warmtepomp zorgt ervoor dat de bereiding van warm tapwater minder eindenergie vraagt:
17
9060MJ/a in plaats van 28180 MJ/a. Primair gaat het met warmtepomp het zowel bij verwarming als bij warm tapwater om elektriciteit, d.w.z. om een vermenigvuldiger 2.5 van eindenergie naar primaire energie in plaats van een vermenigvuldiger 1, zoals het geval is bij aardgas. Blijft een laatste vraag: zou een gebalanceerde ventilatiesysteem D niet nog tot een lager E-Peil leiden dan een ventilatie systeem C+. Dat is nagegaan voor de keuze HT warmtepomp. Daarbij moet de woning wel nog een stuk luchtdichter zijn dan n50=3 h-1, namelijk n50= 1 h-1. Een strenge eis waaraan extra kosten verbonden zijn. De netto energiebehoefte, het eindverbruik voor verwarming, de hulpenergie en het E-Peil worden (WTW verandert niet): Geval
Netto energiebehoefte verwarming MJ/a
K35, n50=3 h-1, HT-WP, ventilatiesysteem C+ K35, n50=3 h-1, HT-WP, ventilatiesysteem D, rendement terugwinunit 80%
37040 19640
Eindverbruik Hulp- E-Peil verwarming energie MJ/a 18230 9671
MJ/a 2280 5471
48 48
Op eerste zicht lijkt dit resultaat hoogst merkwaardig. Ondanks het lagere eindverbruik voor verwarming verandert het E-Peil niet. De reden is tweevoudig: meer hulpenergie en de noodzaak actief te koelen. De oververhittingindicator ligt immers boven 17500 Kh, wat volgend de EPW trouwens niet toelaatbaar is. Met een goede zonwering en nachtventilatie valt dit op te lossen. Wel kan het effect van nachtventilatie niet via de EPW-methodiek worden beoordeeld.
Interface mens/slimme controllers Met de komst van de micro-elektronica zijn controlesystemen steeds slimmer geworden. Rolluiken en zonwering kan men van op afstand bedienen. Welke wanneer naar beneden en naar boven moet kan op de controller worden ingesteld. Zonnesensoren doen het zo nodig in plaats van de bewoners. Gemakkelijk, niet. Toch moet op elk ogenblik de mens de slimme controle kunnen kortsluiten. Ook moet de bediening van de controller eenvoudig zijn. Te veel knopjes zorgt bij veel (oudere) bewoners voor enige paniek. Ook mogen controllers de mens niet teveel vaardigheden afnemen. Anders gezegd, de wisselwerking mens/controllers is complexer dan gedacht.
Besluit Energiezuinigheid is belangrijk, maar niet het enige waar bij ontwerp en uitvoering de aandacht naar toe moet gaan. Elk gebouw dient ‘fit for purpose’ te zijn. Veiligheid, toegankelijkheid, een prima thermisch comfort ’s winters en ’s zomers, een juist akoestisch en visueel comfort, een goede binnenluchtkwaliteit, duurzaamheid in de zin van ‘durability’ en ‘sustainability’ zijn belangrijke elementen, waaraan een hoge energie-efficiëntie geen afbreuk mag doen. Vandaag lijkt alle aandacht naar energie te gaan en raken de andere elementen, die samen zorgen voor een duurzaam gebouw, ondergesneeuwd. Als puntje bij paaltje komt zijn de diensten die een gebouw levert nog altijd het belangrijkste. En, toevallig vragen de meeste energie.
18
