Duurzame projectontwikkeling na 2015: adaptieve renovatieconcepten

Duurzame projectontwikkeling na 2015: adaptieve renovatieconcepten EOS-LT 03001

Datum

December 2012

Projectgroep DEPW, Universiteit Maastricht, TU-Delft, TNO, CHRI, dH&P In opdracht van Agentschap NL (nu Rijksdienst voor Ondernemend Nederland) Publicatienr www.rvo.nl

RVO-146-1501/RP-DUZA

Dit rapport is tot stand gekomen in opdracht van het ministerie van Economische Zaken.

2005

2030

transitie

Van centraal naar lokaal en vraaggestuurd comfort

Samenvattend Eindrapport: Duurzame Projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015 EOS LT 03001

In opdracht van Agentschap NL Uitgevoerd door: Projectgroep DEPW (Penvoerders) Universiteit Maastricht Technische Universiteit Delft TNO, CHRI, dH&P

Voorburg 28 december 2012

Colofon Uitgevoerd in het kader van de regeling EOS LT van Agentschap NL Mogelijk gemaakt door het ministerie EL&I Opdrachtgever Piet Heijnen, Agentschap NL Penvoerder Stichting Projectgroep DEPW Onderzoekers - Frans de Haas, de Haas & Partrners Onderzoekscoördinator/ penvoerder - Jelle Persoon, Bouwhulp Groep bv - Wouter van Marken Lichtenbelt, Maastricht University - Boris Kingma, Maastricht University (gepromoveerd) - Arjan Frijns, Technische Universiteit Eindhoven - Wil de Gids, TNO - Peter de Jong, TNO - Ad van der Aa, Cauberg-Huygen RI - Henk Polinder, Cauberg-Huygen RI - Peter Op ’t Veld, Cauberg-Huygen RI - Hans Cauberg, Technische Universiteit Delft - Kees van der Linden, Technische Universiteit Delft - Stanly Kurvers, Technische Universiteit Delft - Eric van den Ham, Technische Universiteit Delft - Sabine Jansen, Technische Universiteit Delft - Noortje Alders, Technische Universiteit Delft (promovendus) - Remco Looman, Technische Universiteit Delft (promovendus) Onderzoeksrapporten www.duurzameprojectontwikkeling2015.nl

EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

2

Inhoudsopgave Inhoudsopgave ....................................................................................................................... 3 1. Inleiding ......................................................................................................................... 4 1.1 EOS LT ................................................................................................................... 4 1.2 Voor wie bestemd ................................................................................................... 4 1.3 Consortium van onderzoekers ................................................................................. 4 2. Leeswijzer / Opbouw van de rapportage: ...................................................................... 5 2.1 Leeswijzer ............................................................................................................... 5 2.2 Deelrapporten ......................................................................................................... 5 3. Samenvatting ................................................................................................................ 7 3.1 Adaptieve woning .................................................................................................... 7 3.2 Besparingen ............................................................................................................ 9 4. Trends in wonen, bouwen en renoveren .......................................................................10 4.1 Demografische ontwikkelingen ...............................................................................10 4.2 Sociaal-culturele ontwikkelingen.............................................................................11 4.3 Gevolgen voor energie en milieu ............................................................................11 4.4 Ontwikkeling van het wonen (conclusies en conflicten ) .........................................11 4.5 Ontwikkelingen in het bouwen ................................................................................12 4.6 Hoofdconclusies in oneliners ..................................................................................13 4.7 Conclusies met betrekking tot een programma voor conceptontwikkeling na 2015.14 4.8 Fundamentele vragen ............................................................................................15 5 Vraagsturing op basis van een gezond binnenmilieu ....................................................17 5.1 Inleiding..................................................................................................................17 5.2 Ventilatie ................................................................................................................17 5.3 Ventilatie van ruimten ten behoeve van personen, achtergronden van de eisen ....19 5.4 De effecten en gevolgen van ventilatie, op weg naar vraaggestuurde ventilatie .....20 5.5 Onderzoek naar de alertheid en het attentieniveau van personen bij beperkte ventilatie ...........................................................................................................................22 6 Vraagsturing op basis van individuele comfortbeleving en een gezond binnenmilieu ...25 6.1 Fysiologie van ouderen en de consequenties voor comfort (proefschrift) ...............26 6.2 Dynamisch Thermosensatie Model (ThermoSEM) (proefschrift) .............................26 Interface............................................................................................................................27 6.3 Overgewicht en de invloed van thermisch comfort op overgewicht .........................28 7 Klimaat actieve bouwdelen ...........................................................................................30 7.1 Inleiding..................................................................................................................30 7.2 Klimaatactieve bouwelementen ..............................................................................31 7.3 Energievraag .........................................................................................................33 7.4 Samenvatting resultaten simulatieberekeningen ....................................................34 8. Duurzame Comfortinstallaties.......................................................................................39 8.1 Richtlijnen voor duurzame comfortinstallaties na 2015 ...........................................39 8.2 Richtlijnen uit oogpunt van thermisch comfort ........................................................39 8.3 Vraagsturing ventilatie en verwarming ....................................................................40 8.4 Responsive Building –elements..............................................................................41 8.5 Intelligente en gebruikersvriendelijke regelsystemen ..............................................41 9 Geïntegreerd ontwerpproces .....................................................................................42 9.1 Traditioneel ontwerp ...............................................................................................42 9.2 Geïntegreerd ontwerp ............................................................................................42 9.3 Ontwerpstrategie ....................................................................................................43 9.4 Randvoorwaarden voor gestandaardiseerde oplossingen waarin klimaat actieve bouwelementen zijn verwerkt ............................................................................................45 10 Richtingen voor vervolgonderzoek en productontwikkeling ........................................46


3

1. Inleiding Zowel vanuit klimaatbeleid en het zuinig omgaan met eindige energiebronnen als het beheersen van woonlasten, is energiebesparing noodzaak. Dat geldt zeker voor de gebouwde omgeving, waar op dit moment ca 1/3 van de totale energieconsumptie van Nederland wordt gebruikt. Het beleid van de Rijksoverheid, maar ook van de Europese Unie, is er dan ook op gericht dat in 2020 alle nieuwbouw energieneutraal moet zijn en het streven is om de gehele gebouwde omgeving in 2050 energieneutraal te laten zijn. Dit vraagt om technische- en procesinnovaties, die, willen ze tegen die tijd marktrijp zijn, nu al ontwikkeld moeten worden. Vooruitkijkend naar 2020 en 2050, is de verwachting dat op die momenten niet alleen het energiegebruik anders zal zijn dan nu het geval is. Ook het wonen, het bouwen en renoveren zal in de loop van de tijd aan veranderingen onderhevig zijn. Willen we nu concepten ontwikkelen om in de toekomst energieneutraal te kunnen wonen, dan moeten daarbij, voor zover dat tenminste is te voorspellen, al rekening worden gehouden met dat ‘andere’ wonen, bouwen en renoveren. Daarvoor is fundamentele kennis nodig. Een in het oog springend aspect van het andere wonen is de steeds verder gaande individualisering. Zat een gezin een aantal decennia terug nog met elkaar rond de kachel in de woonkamer, tegenwoordig trekt elk gezinslid zich terug op de eigen kamer, wil die kamer verwarmen op het moment en de temperatuur die hem of haar uitkomt en doet ieder zijn eigen ding. Comfort hoeft dan niet meer afgestemd te worden op de gemiddelde bewoner, maar kan afgestemd worden op de individuele beleving. Dit inspelen op die individuele beleving vertegenwoordigt een besparingspotentieel waar vervolgens woningen renovatieconcepten op ontwikkeld kunnen worden, de zogenaamde 'adaptieve' woonconcepten. Centraal hierin staat vraagsturing. Dat wil zeggen, comfort en gezondheid geregeld op de daadwerkelijke behoefte, alleen op die plaatsen en dan wanneer nodig. Deze adaptieve concepten voor nieuwbouw- en renovatie, dienen voor de nieuwbouw te resulteren in vergaande CO2 reductie waarbij de benodigde elektriciteit zo veel mogelijk uit duurzame bronnen wordt verkregen. 1.1 EOS LT Het onderzoek is uitgevoerd in het kader van het programma EOS LT (subsidieregeling Energie Onderzoek Subsidie Lange Termijn). In dit programma staat onderzoek naar nieuwe energietechnologie centraal. Het is gericht op technologieën waarvan de marktintroductie over meer dan tien jaar te verwachten zijn. Omdat het ministerie van Economische Zaken dit soort onderzoek belangrijk vindt, stimuleert ze met deze subsidieregeling onderzoek waarvan de resultaten: - op de lange termijn bijdragen aan een duurzame energiehuishouding, en - de kennispositie van het Nederlands energieonderzoek versterken. 1.2 Voor wie bestemd Doelgroepen voor dit onderzoek zijn partijen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van energiezuinige woning- of renovatieconcepten, of componenten daarvan, die de in deze studie ontwikkelde kennis betrekken bij hun ontwikkelstrategie. 1.3 Consortium van onderzoekers Het project is uitgevoerd in een samenwerkingsverband tussen de Projectgroep DEPW, de adviesbureaus Cauberg-Huygen en de Haas & Partners en Technische Universiteit Delft, Universiteit Maastricht, Technische Universiteit Eindhoven en TNO Ruimte en Infrastructuur. Het project is begeleid door een stuurgroep samengesteld uit leden van de Projectgroep, en door een klankbordgroep van innovatieve toeleverende industrieën en architecten. EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

4

2. Leeswijzer / Opbouw van de rapportage: 2.1 Leeswijzer Het voorliggend samenvattend eindrapport beoogt een overzicht te bieden van de studies die binnen het kader van deze EOS LT zijn uitgevoerd. Tevens wil het de sleutel zijn naar de achterliggende onderzoeksrapporten die binnen de verschillende werkpakketten zijn opgesteld.

Eindrapport

Deelrapport 1

Uiteindelijk levert deze studie de ingrediënten voor adaptieve woningen renovatieconcepten (WP 3.6), die voldoen aan de eis van 75% CO2 –reductie en 60% lokaal duurzaam opgewekte elektriciteit. Dit als voorbeelden van de integratie van - individuele vraagsturing op comfortbehoefte en gezond binnenmilieu (WP 1 en WP 3.3), - integratie van klimaat actieve bouwcomponenten (WP 2.1, WP 2.2 en WP 2.3) - op exergie gebaseerde afstemming van het aanbod op de vraag met de daarvoor benodigde flexibiliteit (WP 3.4 en WP 3.5) - gebruikmakend van technieken op woningen op wijkniveau (o.a. buffering) Daarnaast wordt een ontwerpstrategie aangereikt en worden richtingen aangegeven voor vervolgonderzoek en productontwikkeling. Onderbouwing van het voorgaande is te vinden in deelrapporten per werkpakket. 2.2 Deelrapporten In het kader van de studie zijn de hierna genoemde deelrapporten en artikelen opgesteld. Deze zijn te vinden op de website; www.duurzameprojectontwikkeling.nl Deelrapporten werkpakket 0 0.1 Toekomstverkenning Duurzaam Bouwen, Werken en Wonen na 2015 (Bouwhulp 2007) Deelrapporten werkpakket 1 1.0 Literatuurstudie Thermisch comfort, vraagsturing, binnenmilieu (TU-Delft 2012) 1.1 Ventilatie, achtergronden en eisen (TNO 2011) 1.2 Onderzoek naar de effecten en gevolgen van ventilatie (TNO 2012) 1.3 Proefkameronderzoek naar alertheid en attentieniveau bij beperkte ventilatie (TNO 2012) 1.4.1 Human Thermoregulation Thesis B. Kingma Final (MU 2011) EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

5

1.4.2

1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.4.6 1.4.7 1.4.8 1.4.9 1.4.10 1.4.11 1.4.12 1.4.13 1.4.14 1.4.15 1.4.16 1.4.17

Artikel Modeling skin blood flow. (Kingma e.a. 2010) Artikel Thermal comfort, physiological responses and performance of elderly (Schellen e.a. 2009) Artikel Integratie van de menselijke fysiologie (Frijns e.a. 2011) Artikel Physiological modeling for technical, clinical and research applications (Fiala e.a. 2010) Artikel Cold-induced vasoconstriction at forearm and hand skin sites (Kingma e.a. 2010) Artikel Increased systolic blood pressure after mild cold and rewarming relation to cold-induced thermogenesis and age (Kingma e.a. 2011) Artikel The thermoneutral zone implications for metabolic studies (Kingma e.a. 2011) Artikel Thermal sensation a mathematical model based on (Kingma e.a. 2011) Artikel Mathematical modeling of skin blood flow (Kingma e.a. 2011 Artikel Mathematical Modeling of Thermal and Circulatory Effects during Hemodialysis (Droog e.a.) Artikel Differences between young adults and elderly in thermal comfort (Schellen e.a. 2010) Artikel Measurement of model coefficients of skin sympathetic (Severens e.a. 2010) Artikel Recent advances in adaptive thermogenesis potential (Wijers e.a. 2009) Artikel Cold-Induced Adaptive Thermogenesis (Wijers e.a. 2010) Artikel Cold-Activated Brown Adipose Tissue (v. Marken Lichtenbelt e.a. 2009) Artikel Implications of nonshivering thermogenesis for energy balance regulation in humans ( v. Marken Lichtenbelt e.a. 2011)

Deelrapporten werkpakket 2 2.1 Designing with Responsive Building Ellements (Annex 44) 2.2 Expert Guide Part 1Resonsive Building Concepts (Annex 44 2009) 2.3 Expert Guide Part 2 Resonsive Building Elements (Annex 44 2009) 2.4 Vol. 1 Review State of the Art Report (Annex 44 2008) 2.5 Vol. 2.A Responsive Building Elements (Annex 44 2008) 2.6 Vol. 2B Methods & Tools for design Integrated Building Concepts (Annex 44 2008) 2.7 Vol.2.B Integrated Building Concepts (Annex 44 2008) 2.8 Climate-responsive building elements CONCEPT (TU-Delft 2012) Deelrapporten werkpakket 3 3.1 Duurzame Comfortinstallaties Achtergronden en uitgangspunten voor ontwerp (TUDelft en Cauberg-Huygen 2012) 3.2 Bijlagen Duurzame Comfortinstallaties (TU-Delft en Cauberg-Huygen 2012)


6

3. Samenvatting Een trend die de afgelopen decennia is ingezet is dat het wonen, maar ook de hele maatschappij, steeds individueler wordt. Dit komt tot uiting in de verdere verlaging van de gemiddelde bezetting van woningen, maar ook binnen een huishouden trekt ieder zich steeds meer terug in de eigen kamer waar ieder met zijn eigen dingen bezig is. In een woning vind je dan ook meerdere TV’s en PC’s en in elk vertrek in de woning dient een comfortniveau geleverd te kunnen worden, vergelijkbaar met de traditionele ‘woonkamer’ (WP.0). Het aanbod aan woningen renovatieconcepten met hun installaties en besturingssystemen dienen daar zo op in te spelen, dat alleen op die momenten dat een vertrek gebruikt wordt, het comfort wordt geleverd dat door de gebruiker van het vertrek wordt gewenst. Op die manier zou niet meer energie worden gebruikt dan strikt noodzakelijk is. Onderzoek (WP 1.4) toont aan dat de comfortbehoefte per persoon verschilt. Het is o.a. afhankelijk van leeftijd, geslacht, lichaamsgewicht en mate van inspanning. De huidtemperatuur blijkt een goede indicator. Het op maat voorzien in de comfortbehoefte (lokaal en niet meer dan nodig) vertegenwoordigt een energiebesparingpotentieel. Dit potentieel is te verzilveren wanneer de woning, met zijn bouwkundige en installatietechnische componenten, in die individuele comfortbehoefte kan voorzien. Deze woning dient zich aan te kunnen passen (‘adaptief’) aan die individuele wensen van de bewoner(s) en aan de weersomstandigheden, op een wijze dat zo min mogelijke energie wordt gebruikt en de energie die wordt gebruikt zo veel mogelijk duurzaam wordt opgewekt. Energieprofielen (WP 3.1) zijn opgesteld om die individuele benadering zo dicht mogelijk te benaderen. Naast het voorzien in de comfortbehoefte, dient de woning te voorzien in een gezond binnenmilieu (WP 1.1, 1.2 en 1.3). Luchtkwaliteit is daarin een belangrijke factor. Daarin wordt enerzijds voorzien door, waar mogelijk, verontreinigende bronnen uit te sluiten en door via ventilatie verontreinigende lucht af te voeren en verse lucht toe te voeren. Naast de verversing van lucht, kan ventilatie bijdragen aan de temperatuurregulering en aan de afvoer van vocht. De ventilatie is een belangrijke factor in het energiegebruik van een woning. Naast warmteterugwinning, is het vraaggestuurd regelen van het ventilatiedebiet een vorm om het energiegebruik door ventilatie te verminderen. Mits andere verontreinigende bronnen worden uitgesloten, is CO2 een goede indicator voor de vraagsturing. 3.1 Adaptieve woning De adaptieve woning is een woning die zich aan kan passen aan de weersomstandigheden (temperatuur, bezonning, wind), het dag-nacht ritme en de wensen van de (individuele) bewoner. Dit aanpassen betreft zowel bouwkundige- (WP.2.1) als installatietechnische componenten (WP 3.4), toepasbaar in de nieuwbouw en/of bij renovatie. Combinaties van die componenten vormen de ‘adaptieve woningen renovatieconcepten’. Om te komen tot concepten die aan specifieke eisen voldoen, is een ontwerpstrategie (WP 2.2) ontwikkeld.


7

De Adaptieve Woning

Adaptieve Woning -Gezond Bewoner -Flexibel -Aanpasbaar

-Comfortabel

Buitenklimaat

-Duurzaam

-Temperatuur -Wind -Regen

-Activiteit -Comfortvraag -Aantal -gelijktijdigheid

Energie -Diversiteit (DE) aanbod -Benutting rest/afval/omgevingswarmte -W/K Opslag centraal/decentraal -Uitwisseling

2005

2030

transitie




8

VRAAGSTURING Comfort en Energie op maat: daar en dan wanneer nodig Randvoorwaarden binnenmilieu adaptieve woning Thermisch Comfort 365 dagen Binnenluchtkwaliteit Vraagsturing

Adaptieve woning Klimaat Actieve Bouwelementen

Duurzame Comfort Installaties

Gebruik van zeer laagwaardige energie voor verwarmen en koelen Warmtapwater Kracht

Autarkische wijk na 2015

3.2 Besparingen Simulatieberekeningen, uitgevoerd op de rijwoningen conform de referentiewoningen van Agentschap NL, laten zien dat vraagsturing, zowel van de ruimteverwarming, als van het ventilatiedebiet, aanzienlijke besparingen kunnen opleveren. Deze zijn wel afhankelijk van o.a. de mate dat de woning geïsoleerd is en van de vorm van bewoning. Dat laatste onderschrijft de noodzaak om te komen tot een set aan bewoners- en gebruiksprofielen. Zo volgt uit de simulatieberekeningen dat in een goed geïsoleerde woning, vraagsturing van de verwarming voor een 4 persoonshuishouden 30% besparing oplevert, terwijl dat voor een huishouden met twee werkenden de besparing oploopt tot 55%. Mate van vraagsturing in goed geïsoleerde rijwoning met 4 persoonshuishouden Continu verwarmen en ventileren Vraaggestuurd verwarmen en continu ventileren Continu verwarmen en vraaggestuurd ventileren Vraaggestuurd verwarmen en ventileren

Energievraag ruimteverw. GJ 13,00 10,85 6,32 5,73

Energievraag %


100 % 84 % 49 % 44 %

9

4. Trends in wonen, bouwen en renoveren (Werkpakket 0, BouwhulpGroep BV 2007) Voor het kunnen opstellen van de randvoorwaarden voor duurzame comfortinstallaties en woningconcepten voor na 2015, dient uitgegaan te worden van verwachte ontwikkelingen voor de komende jaren op het gebied van wonen, bouwen en renoveren. Daarbij dienen de volgende vragen beantwoord te worden: - Welke eisen stelt men na 2015 aan comfort van het wonen? - Hoe kan daarin voorzien worden, gezien de wijze van bouwen en de wijze waarop woningen na 2015 tot stand komen? De eisen die gesteld worden aan wooncomfort hangen uiteraard samen met de eisen die aan het wonen gesteld worden. Zowel het wonen, het bouwen en het tot stand brengen (initiëren, ontwerpen, ontwikkelen) zijn afhankelijk van economische, demografische en sociaal-culturele ontwikkelingen. Inzicht in hoe op trends in te spelen, ontstaat door met name conflicten op te zoeken. Conflicten zowel tussen verwachtte ontwikkelingen en de huidige praktijk als tussen de ontwikkelingen onderling. Oplossingen of oplossingsrichtingen kunnen alleen geformuleerd worden vanuit ingenomen standpunten met betrekking tot die conflicten. Het doel van analyse van toekomstige ontwikkelingen is dus niet alleen ontwikkelingen te laten zien, maar ook standpunten met betrekking tot conflicten en knelpunten in te (laten) nemen en daarmee oplossingsrichtingen aan te geven. 4.1 Demografische ontwikkelingen Kort samengevat zijn er de volgende belangrijke demografische ontwikkelingen: - De bevolkingsgroei neemt af en na 2035 gaat de groei over in krimp. In 2006 telt Nederland 16,3 miljoen inwoners. Dit zal tot 2035 groeien naar ruim 17 miljoen en krimpen naar 16,9 miljoen in 2050. - De huishoudensgrootte neemt af van 2,3 personen in 2004 tot 2,1 personen in 2050. - Het aantal huishoudens neemt tot 2035 toe en blijft daarna stabiel. - De samenstelling van het huishouden verandert. Het percentage eenpersoonshuishoudens neemt toe. - De bevolking vergrijst. Met name na 2010 een sterke stijging van vijfenzestigplussers en tachtigplussers. - Regionaal treden er sterke verschillen op ten aanzien van bevolkingsgroei en vergrijzing. - De vier scenario’s bij economische ontwikkelingen geven ook hier een bandbreedte aan die vooral wordt veroorzaakt door verschillen in aantal kinderen per vrouw en in migratie.

Aantal personen per huishouden 2005-2050 bron: CBS

2,35

aantal personen

2,3 2,25 2,2

2,15 2,1

2,05 2005

2010

2015

2020

2025

2030 j aar

2035

2040

2045

2050

•

Figuur 4.1: De huishoudensgrootte neemt af van 2,3 personen in 2004 tot 2,1 personen in 2050. EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

10

4.2 Sociaal-culturele ontwikkelingen Naast economische en demografische ontwikkelingen hebben sociaal-culturele ontwikkelingen invloed op het bouwen en wonen. Recent zijn deze ontwikkelingen (sociaalculturele trends) als volgt getypeerd: - Individualisering: het collectieve maakt plaats voor het individuele. Meer keuzevrijheid voor het individu, minder afhankelijkheid. - Informalisatie: losser worden van de maatschappelijke verbanden, opkomst van netwerkorganisaties. Omgangsvormen en organisatiestructuren worden informeler. - Informatisering: verandering van communicatie en interactie. ICT heft de betekenis van tijd en ruimte op. - Internationalisering: mondiale integratie, toerisme en migratie. Mondiale economie, internationale cultuur. - Intensivering: mensen willen veel beleven. Op een intensere manier. Het belang van emotie wordt sterk benadrukt. Er is meer behoefte aan variatie en verandering. 4.3 Gevolgen voor energie en milieu De ontwikkelingen op economisch, demografisch en sociaal-cultureel vlak hebben uiteraard invloed op energie en milieu. In de publicatie ‘Welvaart en Leefomgeving’ (september 2006) stellen de drie planbureaus: - Het Nederlandse energiegebruik kan tot 2040 met 50 procent toenemen. Duurzame energie zal niet meer dan 10 procent bijdragen aan de totale vraag. De Nederlandse aardgasreserves raken op en daarmee wordt de afhankelijkheid van import van kolen en aardolie groter. Voor de ‘voorzieningszekerheid’ zal veel aandacht nodig zijn. - De luchtkwaliteit zal verbeteren. Toch zal de verontreiniging een negatief effect behouden op de gezondheid. Zonder sterk internationaal klimaatbeleid zal de uitstoot van het belangrijkste broeikasgas CO2 groter worden. Zelfs een handhaving van het huidige emissieniveau betekent dat de risico’s van klimaatverandering onverminderd toenemen. 4.4 Ontwikkeling van het wonen (conclusies en conflicten ) Zeggenschap van bewoners neemt toe. Doordat in de toekomst ongeveer 70 procent van de woningen in het bezit is van eigenaar bewoners zullen zij voornamelijk bepalen wat er met de bestaande voorraad gebeurt. In de nieuwbouw is die invloed meer indirect. Projectontwikkelaars (zij die de grond hebben) verlenen daar de zeggenschap. De huishoudensamenstelling verandert. De vergrijzing neemt toe en de huishoudens worden kleiner. De vergrijzing heeft de grootste invloed. Niet alleen doordat de toegankelijkheid een niet meer weg te denken kwaliteitseis is geworden, maar ook om de invloed op aspecten zoals gezondheid en comfort. De tendens van toenemende scheiding tussen wonen en zorg versterkt dit en roept tegelijkertijd nieuwe opgave op. Naast het toegankelijk wonen moeten er ook infrastructurele maatregelen genomen worden om de zorg mogelijk te maken. Het wonen binnen een woning wordt steeds individueler. De woonactiviteiten op zich veranderen niet zoveel, maar de behoefte aan ruimte voor enige activiteiten wordt groter. Activiteiten zijn niet meer aan specifieke vertrekken gebonden. Werken kan op de slaapkamer, maar ook in een aparte werkkamer of in de huiskamer. De ruimte per lid van het huishouden neemt toe, zowel naar oppervlakte als naar het aantal vertrekken. De eis van toegankelijk versterkt dit (opstelruimte, draaicirkels e.d.). De afnemende huishoudengrootte compenseert dit enigszins en hierdoor zal de groei van de woninggrootte stabiliseren. Het individueler worden van het wonen heeft direct invloed op het gewenste comfort. Daarnaast is de mate van gewenst comfort een bijproduct van de stijgende welvaart. Het is de vraag in hoeverre in de toekomst meer ruimte nodig is voor individuele verschillen, niet alleen in activiteiten en plaats van de activiteiten maar ook in verschillen van de comfortbeleving (door verschillen in lichaamsbouw) per woning of zelfs per vertrek.


11

Naast comfort zal gezondheid een belangrijk aandachtspunt blijven. Luchtkwaliteit en ventilatie blijven om aandacht vragen. Tocht, geluidhinder en de afhankelijkheid van het gedrag van de gebruiker, maken ook de huidige systemen kwetsbaar. Een relatief nieuw probleem, dat een sterkte relatie heeft met de klimaatveranderingen maar ook veel met vergrijzing, is koeling. De mobiele airco uit de doe-het-zelf-zaak kan hierin alleen als noodmaatregel gezien worden. Eigen identiteit wordt in toenemende mate groter in het wonen. Met name met betrekking tot de uitrusting (badkamer, keuken) wordt dit tot uiting gebracht. Verwarming en ventilatie worden wel nadrukkelijk bij de uitrusting betrokken. De schil van de woning is hierbij ook wel van belang, maar men gaat hier wel conservatiever mee om. Het toenemende elektraverbruik is het gevolg van veranderend gebruik van de woningen, toenemende vraag naar comfort en de aandacht voor uitrusting. Ruimte geven aan de hier geschetste ontwikkelingen is alleen verantwoord wanneer er met zorgvuldigheid met het energiegebruik (en dan vooral ook elektra) wordt omgegaan. Bij oplossingen naar koeling en betere ventilatie staat men voor de keuze: geen of weinig energieverbruik of duurzame opwekking. Dit geldt natuurlijk ook voor ontwikkelingen op het terrein van uitrusting, comfort maar ook voor beveiliging, telecommunicatie en domotica. Eenvoudige rekensommen wijzen uit dat het energie probleem alleen opgelost kan worden in de bestaande woningvoorraad. In 2020 zijn er circa 8,1 miljoen woningen waarvan 5,7 miljoen, dus ruim 70 procent van voor 1995 is. Volgens het ECN gebruiken in 2020 woningen van na 1995 45 procent minder energie dan woningen van voor 1995. Op de totale voorraad in 2020 betekent dit dat de woningen van na 1995 nog geen 15 procent extra besparing hebben opgeleverd. Het is duidelijk waar de uitdaging ligt. 4.5 Ontwikkelingen in het bouwen De bouwproductie richt zich vooral op de nieuwbouw. Innovaties richten zich op verdergaande prefabricage, en optimalisatie van de werkvoorbereiding. Consumentgericht bouwen is hierbij een belangrijke factor. De bouwproductie richt zich op schaalvergroting. Het proces-denken over projecten heen is hier een aspect. Met name toeleverende bedrijven vinden dit van belang. Het gaat hier veelal om internationale bedrijven die hun afzet willen borgen. Om consumentgerichtheid te kunnen combineren met schaalvergroting, lijkt het aanbieden van concepten (of conceptueel bouwen) een aantrekkelijk middel, waarmee binnen kaders van een concept voldaan kan worden aan de individuele wensen van de consument. Daarnaast kan een belangrijke tendens bespeurd worden in de combinatie van toenemende prefab en de trend van productaanbieder naar systeemaanbieder. In de bouw zullen steeds meer componenten geleverd gaan worden die samengesteld een gebouw vormen. Het gaat dan om gevels, daken, vloeren, draagstructuren, maar ook om keukens, badkamers en installaties. In principe zijn dit in feite deelconcepten, die gezamenlijk vormgeven aan woning of woonconcepten. De toeleveranciers zullen hier een dominante rol in gaan vervullen. De vraag van de toekomst: Wat doen we met de woningvoorraad, lijkt te zijn blijven liggen. De woningvoorraad zal echter steeds dominanter worden en daarmee ook de nieuwbouwvraag beïnvloeden. Zeker als na 2020 bijna 50 procent van de nieuwbouwproductie vervangen zou zijn. De vraag is, hoe in de bestaande bouw veranderingen in de vraag opgevangen kunnen worden. Met andere woorden, wat is het vraag-accommoderend vermogen van de voorraad en welke verbeteringen kunnen dan gerealiseerd worden? En hieruit volgend, welke woningen kunnen niet accommoderen en moeten vervangen worden. De kennis hiervoor ontbreekt nog grotendeels. Een complicerende factor hierbij is dat deze opgave gedomineerd zal worden door de verbetering door eigenaar-bewoners. Een opgave die nu alleen maar door klusbedrijven opgepakt lijkt te worden, in combinatie met doe-het-zelf markten.


12

Hoe lang zal het duren voordat leveranciers deze markt naar zich toe gaan trekken en franchisebedrijven gaan oprichten waarmee deze omvangrijke markt bediend kan worden: Bakker Bart voor de renovatiemarkt. Het gaat dan niet alleen om eigenaar-bewoners maar ook de corporaties zullen hierin wellicht volgen. 4.6 Hoofdconclusies in oneliners Als verwijzing naar de teksten in de overige hoofdstukken worden de volgende ‘oneliners’ gegeven. - Ontwikkeling op economisch, demografisch en sociaal-cultureel terrein: - Economische groei zet door en milieubelasting wordt een steeds grotere zorg - Mondiaal neemt de vraag naar energie en grondstoffen toe en stijgen de prijzen - De sociaal-culturele context wordt gekenmerkt door: . Individualisering : Het collectieve maakt plaats voor het individuele. Meer keuzevrijheid voor het individu, minder afhankelijkheid . Informalisatie : Losser worden van de maatschappelijke verbanden, opkomst van netwerkorganisaties. Omgangsvormen en organisatiestructuren worden informeler . Informatisering : Verandering van communicatie en interactie. ICT heft de betekenis van tijd en ruimte op . Internationalisering: Mondiale integratie, toerisme en migratie. Mondiale economie, internationale cultuur . Intensivering : Mensen willen veel beleven. Op een intensere manier. Het belang van emotie wordt sterk benadrukt. Er is meer behoefte aan variatie en verandering. - De bevolking neemt af en vergrijst. - Ontwikkeling in het wonen: - Kwaliteit wordt individueel. Voor de belangrijkste kwaliteitsaspecten betekent dit: . Toegankelijkheid : Scheiding van wonen en zorg . Bruikbaarheid : Ruimte voor activiteiten van eigen voorkeur . Ruimte voor wonen: Vraag naar extra ruimte wordt gecompenseerd door kleinere huishoudens . Veiligheid/gezondheid: Ventilatie en koeling blijven om oplossingen vragen . Comfort : Ruimte voor individuele verschillen . Uitstraling : Badkamer en keuken bepalen dominant het wonen. - De standaardwoning verdwijnt, ofwel het einde van de aanbodgestuurde woningbouw is in zicht; - Het energiegebruik verdient in het licht van de ontwikkeling in kwaliteit aandacht.


13

Figuur 4.2: Componenten die de vraagaccommodatie en adaptatie vergroten

- Ontwikkeling in het bouwen: - De bestaande voorraad zal het bouwen steeds meer domineren: . Groot onderhoud en verbetering zullen zich in omvang verdubbelen . Na 2020 zal 50 procent van de nieuwbouwproductie vervangende nieuwbouw zijn. - Het aanbod is echter nog steeds gericht op nieuwbouw. Kennis over de bestaande bouw en haar mogelijkheden en onmogelijkheden ontbreekt; - De toeleverende industrie is dominant bij de innovatie in de bouw. Bij het adequaat reageren op de veranderende vraag zal de industrie dan ook het voortouw kunnen of moeten nemen; - Om op de veranderende vraag te kunnen inspelen, tekenen zich twee belangrijke ontwikkelingen af. Ten eerste het aanbieden van concepten gericht op bepaalde doelgroepen en ten tweede het aanbieden van componenten of deelconcepten. Uiteraard kunnen met componenten verschillende concepten gerealiseerd worden. Het denken in componenten kan op zich een concept genoemd worden. Een wijze waarop het aanbod gedifferentieerd of op de vraag afgestemd kan worden; - Er zullen nieuwe samenwerkingsverbanden (moeten) ontstaan, die de gewenste kwaliteit gaan leveren en borgen. 4.7 Conclusies met betrekking tot een programma voor conceptontwikkeling na 2015 Concepten die voor de periode na 2015 ontwikkeld worden, kunnen niet meer apriori alleen bestemd zijn voor nieuwbouw. Er is vooral behoefte aan concepten die het vraagaccommoderend vermogen van de bestaande voorraad vergroten. Na een analyse van de bestaande voorraad moeten deze concepten gericht ontwikkeld gaan worden op de specifieke mogelijkheden van de diverse woningtypen, om aan de veranderende vraag te voldoen. Voor alle concepten (nieuwbouw en bestaande bouw) geldt dat ze adaptief moeten zijn aan individueel gebruik. Dit betekent dat ingespeeld moet kunnen worden op: - Wisselend gebruik van woning en vertrekken; - Individuele verschillen in beleving van comfort; - Individuele gezondheidsgevoeligheden; - Vermijden van interne overlast.


14

Voor alle concepten geldt, dat maatschappelijk verantwoord met energiegebruik en milieubelasting omgegaan moet worden. De uitdaging zal zijn om de concepten met duurzame energie en met niet-milieubelastende materialen te realiseren. Concepten geven een beeld van hoe de vraag uit de markt beantwoord kan worden, maar geven nog geen sturing aan productontwikkeling of vernieuwing. Componenten die gericht zijn op een bepaald gebruikskwaliteit (deelconcepten) geven deze sturing wel. Het benoemen van essentiële componenten bij concepten die de vraagaccommodatie van de voorraad vergroten en het benoemen van essentiële componenten die het adaptiefvermogen van concepten bepalen, is een eerste en belangrijke stap om te komen tot vernieuwing. Kwaliteitsborging zal bij het ontwikkelen van die componenten een belangrijk item zijn. Bij het formuleren, ontwikkelen en het toepassen van die componenten lijkt het anders organiseren van de bouwkolom en de daar opererende partijen, onvermijdelijk. In plaats van losse elementen, dienen complete systemen (componenten) geleverd te worden en deze systemen dienen onder verantwoordelijkheid van de leverancier aangebracht en opgeleverd te worden. Dit vraagt om een ander soort leveranciers. Partijen die uiteindelijk de ‘eindprestatie’ garanderen en niet slechts de prestatie van een van de elementen. Randvoorwaarden voor het op gang brengen van deze verandering is, dat er enerzijds partijen zijn die de systemen willen aanbieden, en anderzijds dat er afnemers zijn die een zodanig volume willen afnemen, dat de aanbieders daar voldoende marktperspectief in zien om te investeren in die verandering. Een eerste stap is het bij elkaar brengen van vraag en aanbod.

Figuur 4.3: Relatie aanbod en vraag

4.8 Fundamentele vragen Belangrijke vragen, die beantwoord moeten worden, zijn: - Wat zijn de grenzen van, en de variaties in de individuele beleving van comfort? daarbij rekening houdend met de vergrijzing en individuele fysiologische verschillen. - Wat zijn de grenzen aan regelbaarheid van installaties en voorzieningen in woningen en kan hiermee tegemoet gekomen worden aan de spreiding in ‘individueel beleving van comfort? Daarbij rekening houdend met energiegebruik en milieubelasting. - Zijn er voor componenten en concepten reële programma’s van eisen te maken, waardoor de optimale regelbaarheid gerealiseerd kan worden om te kunnen voldoen aan de spreiding in de individuele beleving van comfort.


15

Figuur 4.4:Inspelen op individuele wensen


16

5

Vraagsturing op basis van een gezond binnenmilieu

(Werkpakket 1. MU, TNO, TU Delft) 5.1 Inleiding Doelstelling van het onderzoek naar ‘vraagsturing en binnenmilieu’ is om fundamentele sturingsparameters op te stellen, specifiek voor woningbouw (na 2015), met betrekking tot binnenmilieu en specifiek het thermisch comfort in de zomer en binnenluchtkwaliteit. Het onderzoek is uitgewerkt in twee onderdelen - Deel 1 ( WP 1.1, 1.2 en 1.3) gericht op ‘Ventilatie’. Binnenmilieu en gezondheid en de relevante agentia waarop ventilatie kan worden afgestemd. Dit onderdeel is uitgevoerd door TNO. - Deel 2 (Wp1.4) gericht op ‘Thermisch comfort’. Een fundamenteel wetenschappelijk onderzoek naar de link tussen thermofysiologie en thermisch comfort onder dynamische levensomstandigheden en de ontwikkeling van een dynamisch thermosensatie model voor toepassing in de gebouwde omgeving. Dit onderdeel is uitgevoerd door de Universiteit Maastricht in samenwerking met de TUE. De verzamelde gegevens uit WP 1 dienen deels als input voor het opstellen van gebruiksprofielen en woningkenmerken (WP 3). 5.2 Ventilatie Peter de Jong, TNO i.s.m. W. de Gids, H.J.M. Cornelissen, J.C. Phaff, P. van Dommelen Ventilatie van gebouwen is noodzakelijk om de in die gebouwen verblijvende mensen van voldoende verse lucht te voorzien en mogelijke verontreinigingen af te voeren. Ventilatie is dus een maatregel om de binnenluchtkwaliteit in ruimten op een zodanig niveau te regelen dat zich geen negatieve effecten op de gezondheid van mensen zullen voordoen. Redenen om te ventileren kunnen dus zijn: 1. het voorkomen van een tekort aan zuurstof 2. het afvoeren van stoffen die door de mens zelf worden geproduceerd 3. het afvoeren van vluchtige stoffen die afkomstig zijn uit bouwen inrichtingsmaterialen 4. het voorkomen van geurhinder 5. het creëren van een temperatuur, vochtigheid en luchtbeweging in een ruimte opdat mensen zich behaaglijk voelen Het voorkomen van een tekort aan zuurstof is weliswaar van belang, maar speelt in de praktijk vrijwel geen rol. Als het niveau van ventilatie wordt bereikt waarbij zuurstoftekort zou optreden, hebben andere verontreinigingen zoals vocht en CO2 reeds lang duidelijke signalen van slechte luchtkwaliteit afgegeven, zoals condensvorming op de wanden en benauwdheidsklachten. De rijksoverheid heeft in het Bouwbesluit eisen gesteld aan de luchtverversing van ruimten. De overheid hanteert daarbij als uitgangspunt dat ventilatievoorzieningen aanwezig dienen te zijn waarmee aan redelijke eisen van luchtverversing kan worden voldaan. Daarbij speelt het gebruik van de voorzieningen door de gebruikers van het gebouw een belangrijke rol. De ventilatie moet door de gebruiker kunnen worden geregeld. In de Nederlandse regelgeving wordt met betrekking tot de ventilatie-eisen geen rekening gehouden met roken in gebouwen. Emissies van bouwen inrichtingsmaterialen mogen de ventilatie-eisen niet bepalen. Het beleid van de overheid is er op gericht dat andere bronnen van verontreiniging EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

17

dan effluenten van mensen bij een laag, vrijwel nooit te onderschrijden ventilatieniveau, geen problemen mogen veroorzaken. De effecten van ventilatie zijn op verschillende vlakken merkbaar. Ventilatie beïnvloedt de luchtstroming in een ruimte en daarmee de verspreiding van stoffen die zich in de lucht bevinden of in de lucht worden gebracht. Een te sterke luchtbeweging kan bij een te lage temperatuur van de lucht leiden tot lokale afkoeling waardoor tochtklachten kunnen ontstaan. Klachten over tocht ten gevolge van ventilatie komen regelmatig voor en zijn vaak aanleiding om de ventilatie te beperken door de ventilator op een lage stand te zetten of een rooster of raam dicht te doen of verder dicht te regelen. Ventilatie heeft dus invloed op het comfort. Ventilatie heeft niet alleen invloed op het comfort bij warmtevraag. Ook bij het beheersen van de binnentemperatuur in perioden met warmtelast en hoge binnentemperaturen speelt ventilatie een steeds belangrijkere rol.

Figuur 5.1: Schema van bronnen naar blootstelling en risico

Ventilatie betekent toevoeren van buitenlucht en afvoeren van verontreinigde binnenlucht. Bij lage buitentemperaturen (lager dan 5 tot 10 C) kan de vrije warmte in gebouwen onvoldoende zijn om de binnenlucht tot de gewenste temperatuur te verwarmen. Er is dan verwarming nodig. Dit verwarmen heeft energiegebruik tot gevolg. Door de steeds zwaarder wordende energieprestatie-eisen voor gebouwen is het terugdringen van de ventilatie naar het minimaal vereiste niveau noodzakelijk. Dit leidt tot een beter op de vraag (behoefte) afgestemde ventilatie. Critici wijzen erop dat dit ook tot gezondheidsklachten kan leiden. Dit laatste is echter wetenschappelijk niet aangetoond. Niettemin ligt er duidelijk een wens om na te gaan op welk niveau er werkelijk geventileerd dient te worden om gezondheidsklachten door te lage ventilatie te minimaliseren. Binnen werkpakket 1 zijn drie deelonderzoeken uitgevoerd: WP 1.1 Ventilatie van ruimten ten behoeve van personen, achtergronden van de eisen (literatuurstudie) WP 1.2 Een onderzoek naar de effecten en gevolgen van ventilatie, op weg naar vraaggestuurde ventilatie (literatuurstudie) WP 1.3 Onderzoek naar de alertheid en het attentieniveau van personen bij beperkte ventilatie (proefkameronderzoek)


18

5.3 Ventilatie van ruimten ten behoeve van personen, achtergronden van de eisen In deze literatuurstudie is onderzocht wat de achtergronden van de huidige ventilatie-eisen zijn. Hierbij zijn de volgende deelgebieden onderzocht: - Achtergronden van de ventilatie eisen in historisch perspectief - Geur: geurwaarneming en geurhinder - Bio-effluenten of afscheidingsproducten van mensen - Koolstofdioxide (CO2) als indicator voor de luchtkwaliteit - Beschrijving van de eisen op het gebied van ventilatie Op hoofdlijnen zijn de conclusies van deze studie als volgt: - Vrijwel alle ventilatie-eisen zijn gebaseerd op onderzoek uit de 19e eeuw. - Vrijwel alle onderzoeken die aan de ventilatie-eisen ten grondslag liggen, zijn gebaseerd op het ervaren van geuren, geproduceerd door menselijke, aerosole afscheidingsproducten. - De voor de ventilatie van ruimten bepalende afscheidingsproducten van mensen komen voornamelijk: o van bacteriën op de huid o door zweetverdamping o uit de mond via de ademhaling. - Er blijkt een groot verschil in geurhinder voor personen die in een ruimte verblijven en personen die diezelfde ruimte bezoeken. Dit wijst sterk in de richting van adaptatie van geuren. - Kooldioxide als indicator voor de luchtkwaliteit in ruimten is uitsluitend bruikbaar als: o alle andere vermijdbare bronnen, zoals emissies van bouwen inrichtingsmaterialen effectief worden teruggedrongen; o andere bronnen van kooldioxide zoals verbrandingstoestellen geen rol van betekenis spelen; o andere grootheden zoals vocht en temperatuur niet bepalend zijn voor de ventilatie. - De CO2 verontreinigingsproductie door personen is evenredig met het metabolisme (stofwisseling, inspanningsniveau) van personen. Dit kan sterk variëren: van 0,8 MET in rust, 1,5 MET bij licht werk, 3 MET bij wandelen tot bijna 10 MET bij traplopen en sporten. - Het metabolisme is evenredig met de massa (het gewicht) van personen. Voor kinderen is het metabolisme daardoor kleiner, maar die hebben vaak een hoger inspanningsniveau. - De voor de ademhaling van personen benodigde hoeveelheid ventilatie ligt ten minste een factor 20 lager dan de eisen in de voorschriften. Van zuurstofgebrek zal daarom in normale gebouwen geen sprake kunnen zijn. - Er zijn grote verschillen tussen de ventilatie-eisen in landen in Europa maar ook Noord-Amerika. De onderlinge verschillen bedragen, als roken als bron buiten beschouwing wordt gelaten, ruwweg een factor 4. De reden voor de verschillen in eisen moet vooral gezocht worden in het percentage gehinderde dat per land acceptabel wordt geacht, maar ook in de relatief beperkte basis en onderbouwing van de eisen. - Er is in dit onderzoek geen literatuur gevonden waaruit zou blijken dat door toepassing van geurmaskering de ventilatiestromen in gebouwen zouden kunnen worden verlaagd. Nader onderzoek is noodzakelijk naar: - het effect van bio-effluenten op de mens opdat de ventilatie-eisen een betere basis krijgen; - het effect van geuren op de perceptie van mensen waarbij met name de invloed van de temperatuur onderzocht dient te worden.


19

5.4 De effecten en gevolgen van ventilatie, op weg naar vraaggestuurde ventilatie In deze literatuurstudie zijn de effecten en gevolgen van ventilatie nagegaan met als doel te komen tot een regelstrategie voor vraaggestuurde ventilatie. Het onderzoek betreft meer in het bijzonder de effecten van ventilatie op: - de mogelijke verstoring van het thermisch comfort door te hoge luchtsnelheden - het handhaven van een temperatuur waardoor de beleving van het thermisch comfort binnen zekere grenzen kan blijven - het cognitief en fysiek presteren van mensen - de gezondheid van mensen - het energiegebruik van gebouwen De effecten en gevolgen van ventilatie met betrekking tot verontreinigingen die van buiten de woning kunnen komen, zijn in dit onderzoek niet in beschouwing genomen. De belangrijkste conclusies die op basis van dit onderzoek kunnen worden getrokken, zijn: -

-

-

-

-

De belangrijkste agentia die het binnenmilieu bepalen en ventilatie gerelateerd zijn, betreffen: o emissies van bouwen inrichtingsmaterialen (formaldehyde, VOC’s en radon) o stikstofdioxide (NO2) en koolmonoxide (CO) van verbrandingstoestellen o inadembaar stof o vocht en micro-organismen o bio-effluenten met kooldioxide (CO2) als marker o verontreinigingen afkomstig van buiten De strategie ter beperking van de blootstelling van mensen binnenshuis bestaat in eerste instantie uit het terugdringen van de niet noodzakelijke bronnen. o Verbrandingsproducten NO2 en CO worden in woningen vrijwel zeker behoorlijk beperkt door toepassing van gesloten gastoestellen en elektrische vormen van koken. o De overheid voert een productbeleid waarbij wordt uitgegaan van een minimale ventilatie die in Nederlandse woningen vrijwel niet wordt onderschreden. Bij deze ventilatie mag het product geen negatieve effecten op de gezondheid veroorzaken. Omdat er nog geen geschikte en betaalbare sensoren zijn voor het sturen van de ventilatie op basis van te hoge concentraties aan VOC, is het vooralsnog noodzakelijk altijd een minimum ventilatie van 0,15 dm³/s per m² vloeroppervlakte aan te houden, ook als personen niet aanwezig zijn. Er zijn geen wetenschappelijke bewijzen dat het binnenmilieu in Nederlandse woningen geschaad wordt door de huidige ventilatie en hun systemen. o Een relatie met negatieve effecten op de gezondheid is niet aantoonbaar. o Wel zijn er aanwijzingen dat de ventilatie de prestatie van personen en de gezondheid van luchtweg gevoelige personen kan beïnvloeden. Op basis van deze studie lijken wijzigingen in het uitgangspunt dat in woningen met ongeveer 7 dm³/s per persoon moet worden geventileerd niet noodzakelijk. Voor de vochtafvoer is het in bepaalde perioden van het jaar wel noodzakelijk de spuiventilatie te gebruiken. Voor het realiseren van een goed thermisch comfort is een goed ontwerp en een goede regeling van de ventilatie- en de spuivoorzieningen noodzakelijk. o Goede zelfregelende gevelroosters kunnen tochtklachten voorkomen. o Voor een goede beheersing van de binnentemperatuur in de zomer is de aanwezigheid van inbraakvrije spuivoorzieningen noodzakelijk.


20

Figuur 5.2: Stroming in een ruimte door een standaard rooster bij 10 Pa drukverschil.

Figuur 5.3: Stroming in een ruimte door een mechanische zelfregelend 1 Pa rooster bij een drukverschil van 10 Pa.

-

Voor de belangrijkste verontreinigingen en voor het beheersen van vocht en temperatuur in de woning is een ventilatiestrategie opgesteld die bij vraagsturing zou kunnen worden gehanteerd. Deze ventilatie strategie handhaaft minimale eisen aan het binnenmilieu en minimaliseert het energiegebruik.


21

In de figuur wordt schematisch weergegeven wat vraag-gestuurde ventilatie naar plaats betekent. Daar waar mensen aanwezig zijn, kan worden geregeld op de vraag van personen (strategie stand A). Op plaatsen waar vocht wordt geproduceerd zal meestal de relatieve vochtigheid bepalend zijn voor de ventilatie (strategie stand B). Zijn er geen mensen aanwezig dan wordt de vraag niet nul, maar het minimum dat nodig is om de concentratie van eventuele emissies uit bouwen inrichtingsmaterialen op een verantwoord niveau te houden (strategie stand C). Figuur 5.4: Ventilatievraag naar plaats in de woning

-

-

Om het aandeel van ventilatie in het energiegebruik terug te dringen, zijn trendbreukachtige maatregelen of ontwikkelingen noodzakelijk. Dit zal gerealiseerd moeten worden door toepassing van onder andere vraaggestuurde ventilatie en een verhoogde ventilatie efficiëntie. Het energiegebruik door ventilatoren en regelsystemen dient eveneens te worden beperkt. Optimale vraagsturing van ventilatie levert een optimaliseringsprobleem op waarbij de volgende parameters moeten worden geoptimaliseerd: o luchtkwaliteit o binnentemperatuur o luchtbeweging o luchtvochtigheid o energiegebruik o kosten

5.5 Onderzoek naar de alertheid en het attentieniveau van personen bij beperkte ventilatie Uit de resultaten van bovengenoemde literatuurstudie blijkt dat de ventilatie-eisen over het algemeen zijn gebaseerd op het ervaren van geuren als gevolg van menselijke bioeffluenten, waarbij de CO2-concentratie als indicator wordt gebruikt. Over het effect van de bio-effluenten op de gezondheid en de prestaties van personen is echter weinig bekend. Wel zijn er in de literatuur aanwijzingen dat bij beperkte ventilatie de alertheid en het attentieniveau van personen zou kunnen afnemen. De hypothese is daarom dat personen in een situatie met beperkte ventilatie na verloop van tijd lager scoren op alertheid en attentieniveau dan in een situatie met ruim voldoende ventilatie. Proefkameronderzoek Om deze hypothese te toetsen is als pilot studie een proefkameronderzoek uitgevoerd waarbij door 13 personen tijdens twee middagen op drie momenten testen zijn uitgevoerd. De personen zijn medewerkers van TNO die zichzelf hebben aangemeld na een verzoek tot deelname per e-mail aan circa 400 personen. De testpersonen zijn allen hoogopgeleid en werken vrijwel dagelijks met een computer of laptop. EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

22

De testen zijn uitgevoerd in een geklimatiseerde proefkamer. Op de ene middag is een situatie aangeboden met ruim voldoende ventilatie (situatie 1), op de andere middag is een situatie aangeboden met beperkte ventilatie (situatie 2). De testen zijn afgenomen aan het begin van de middag (meting 1), na 3 uur (meting 2) en na 4 uur (meting 3). In situatie 2 is na afronding van meting 2 de ventilatie maximaal ingeschakeld. Het doel hiervan is om na te gaan of de alertheid en het attentieniveau toenemen bij het verhogen van de ventilatie na een periode van beperkte ventilatie. De testsituaties waren als volgt:  Situatie 1 (ruim voldoende ventilatie): circa 17 dm³/s per persoon met een maximale CO2concentratie van circa 800 ppm  Situatie 2 (beperkte ventilatie): circa 2 dm³/s per persoon met een maximale CO2concentratie van circa 2.800 ppm na 3 uur Bij elke meting zijn drie testen afgenomen.  Test 1: computertest ‘reactiesnelheid’: na opdracht spatiebalk indrukken  Test 2: computertest ‘maan en sterren’: aanklikken van oplichtende sterren  Test 3: schriftelijke lettertest: markeren van de ‘f’ en de ‘t’ in een tekst Het doel van test 1 is om vast te stellen of in de loop van de testmiddagen vermoeidheid optreedt. Het doel van test 2 en 3 is de invloed van het ventilatieniveau op de alertheid en het attentieniveau van de proefpersonen vast te stellen. Gelijktijdig met meting 1 en meting 2 is een enquête afgenomen met betrekking tot het comfort en welbevinden van de deelnemers. Met behulp van SPSS V14.0 is een variantie-analyse met herhaalde metingen uitgevoerd, waarbij is gekeken naar de interactie tussen conditie (standaard versus interventie) en meting (voormeting en nameting), gecorrigeerd voor de testvolgorde (standaard-interventie versus standaard-controle). De interactie geeft aan of het verschil tussen de metingen anders is voor de interventie dan voor de standaard conditie. Naast de variantie-analyse zijn de 90%-betrouwbaarheidsintervallen van de verschilscores berekend. Hiermee kan inzichtelijk worden gemaakt wat de precisie van de verschilscore is. Met andere woorden, als het onderzoek meerdere keren zou worden herhaald, dan ligt de werkelijke waarde van de parameter in 90 op de 100 gevallen in het betrouwbaarheidsinterval. Resultaten Reactietest (test 1) Volgens de gemiddelde resultaten zou de reactietijd in de loop van de middag afnemen. Uit de variantie-analyse volgt dat de afname tussen de interventie (situatie 1) en de standaard conditie (situatie 2) niet significant verschillend was (P-waarde = 0,406 en 0,839). Het 90%betrouwbaarheidsinterval was gelijk aan (-2,9ms; 6,2ms). Test ‘maan en sterren’ (test 2) De gemiddelde tijd per aangeklikte ster lijkt af te nemen in de situatie met beperkte ventilatie ten opzichte van de situatie met ruim voldoende ventilatie. Uit de variantie-analyse volgt dat de resultaten niet als significant kunnen worden beschouwd (P-waarde = 0,147). Het 90%betrouwbaarheidsinterval is gelijk aan (-1,6s; 0,0s). Lettertest (test 3) Het percentage juist gemarkeerde letters lijkt af te nemen in de situatie met beperkte ventilatie ten opzichte van de situatie met ruim voldoende ventilatie. Uit de variantie-analyse EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

23

volgt dat de resultaten niet als significant kunnen worden beschouwd (P-waarde = 0,067). Het 90%-betrouwbaarheidsinterval is gelijk aan (-8,3%; -0,2%). De P-waarde en het interval geven aan dat de kans dat het verschil tussen de interventie en standaard conditie door toeval is ontstaan, niet erg groot is. Enquête Uit de enquêteresultaten blijkt dat aan het einde van de testmiddag met beperkte ventilatie minder proefpersonen de frisheid van de lucht als onaangenaam ervaren. Dit wijst op de mogelijke adaptatie van geuren door personen. Ruim voldoende ventilatie na een periode van beperkte ventilatie De resultaten van de metingen bij het aanbieden van ruim voldoende ventilatie na een periode van beperkte ventilatie zijn niet significant. De breedte van de betrouwbaarheidsintervallen is dermate groot dat op basis daarvan geen uitspraak kan worden gedaan over de invloed van het verhogen van de ventilatie op de testresultaten. Discussie en aanbevelingen Uit de resultaten van de reactietest blijkt dat deze computertest onvoldoende geschikt lijkt te zijn voor het vaststellen van het optreden van vermoeidheid. De gemiddelde reactietijd zou volgens de resultaten in de loop van de tijd afnemen, hetgeen niet waarschijnlijk is. De resultaten zijn niet significant en er is sprake van een grote spreiding van de resultaten. De resultaten van de test ‘maan en sterren’ zijn strijdig met de hypothese. Het is waarschijnlijk dat andere factoren een grotere invloed hebben op de resultaten van deze test dan het aangeboden ventilatieniveau. Het onderscheidend vermogen van deze test met betrekking tot het ventilatieniveau lijkt onvoldoende. In de resultaten van de lettertest lijkt er een effect van het beperken van de ventilatie op de alertheid en het attentieniveau zichtbaar te zijn in het verschil tussen het percentage juist gemarkeerde letters. Omdat de resultaten niet significant zijn, is nader onderzoek nodig waarbij de lettertest, onder vergelijkbare gecontroleerde omstandigheden, door tenminste enkele tientallen proefpersonen wordt uitgevoerd. Aanbevolen wordt op basis van de beschikbare resultaten vooraf een poweranalyse uit te voeren om vast te stellen hoeveel personen er nodig zijn voor een significant resultaat.


24

6 Vraagsturing op basis van individuele comfortbeleving en een gezond binnenmilieu (WP 1.4) Wouter van Marken Lichtenbelt en Boris Kingma Vakgroep Humane Biologie, NUTRIM School for Nutrition, Toxicology and Metabolism, Maastricht University Medical Centre+, Universiteit Maastricht In samenwerking met Arjan Frijns en Anton van Steenhoven Sectie Energietechnologie, Faculteit Werktuigbouwkunde, Technische Universiteit Eindhoven Dit onderdeel behelst fundamenteel onderzoek naar de thermo-fysiologie, thermische sensatie en comfort. Het onderzoek richt zich op nieuwe randvoorwaarden en sturingsparameters ten aanzien van thermisch comfort en binnenluchtkwaliteit in woningen gebaseerd op vraagsturing en lokale omstandigheden voor individuen. De nadruk ligt op thermoregulatie van het individu. Achterliggende gedachte is dat in toekomstige energiezuinige woningen comfort en gezondheid geregeld worden op basis van de daadwerkelijke behoefte, alleen daar en wanneer nodig. Het concept van de adaptieve woning reageert daarbij zelf op omgevingscondities en menselijke activiteiten. Op basis van vraagsturing wordt een optimum bereikt tussen gezondheid en comfort enerzijds en energiegebruik anderzijds, gedurende het gehele jaar. De probleemstelling voor deze benadering is dat de huidige gangbare criteria voor comfort en binnenluchtkwaliteit (Fanger) hiervoor niet bruikbaar zijn. Deze zijn gebaseerd op de klassieke benadering van thermisch comfort en binnenmilieu geldend voor groepen onder statische omstandigheden, i.p.v. individuen onder dynamische omstandigheden. Dit onderdeel behelst fundamenteel onderzoek naar de thermo-fysiologie, thermische sensatie en comfort. Er is voor gekozen om binnen dit project de aandacht te richten op de volwassen proefpersonen en ouderen. Daarbij wordt ook gebruik gemaakt van parallel aan het EOS onderzoek lopend onderzoek vanuit meer biomedische hoek binnen dezelfde UMonderzoeksgroep naar de thermofysiologie en energiehuishouding van obesitas. Omdat de gegevens uit dit onderzoek mooi aansluiten op het EOS project, zijn deze resultaten ook in deze rapportage meegenomen. Voor inzicht in de effecten van transiente omgevingstemperatuur en asymmetrische temperatuurexpositie is gebruik gemaakt van output uity het parallel lopende project EOS-LT LowEx (Het “people” aspect of EOS-LT 3TU: “assessment of the thermal comfort of occupants in buildings with low-exergy systems”).

Figuur/ foto 6.1: Metingen aan proefpersonen onder laboratorium omstandigheden


25

6.1 Fysiologie van ouderen en de consequenties voor comfort (proefschrift) Het fundamentele onderzoek bij ouderen is uitgevoerd binnen het promotieonderzoek. Het promotieonderzoek is daarnaast gericht op het ontwikkelen van het mathematische model. Het proefschrift bevat studies over de invloed van de omgevingstemperatuur op de menselijke fysiologie en over de verfijning van een dynamisch thermoregulatiemodel dat is gebaseerd op fysiologische mechanismen. Er wordt speciale aandacht gegeven aan huiddoorbloeding en verhoogde metabole warmteproductie in een koele omgeving, d.w.z. zonder dat rillen optreedt. Deze mechanismen spelen een sleutelrol bij de thermoregulatie tijdens milde temperatuurschommelingen. Vanwege leeftijd gerelateerde beperkingen in thermoregulatie is speciale aandacht geschonken aan de invloed van milde kou en milde warmte op de fysiologische respons bij ouderen. Een belangrijke uitkomst is dat de thermoneutrale zone (TNZ) bij jong volwassenen anders is dan bij ouderen. Met de thermoneutrale zone wordt het interval in omgevingstemperatuur bedoeld waarbij het lichaam geen extra warmte hoeft te produceren of niet hoeft te zweten om de lichaamstemperatuur te handhaven Bij ouderen is de thermoneutrale zone smaller. Maar de TNZ varieert ook tussen andere subgroepen, bijvoorbeeld tussen slank mensen en mensen met overgewicht. Blootstelling aan een specifieke temperatuur kan daarom voor de één verder af liggen van de thermoneutrale zone dan voor een ander. Dit heeft gevolgen voor de fysiologische respons en de thermische sensatie en comfort, hetgeen van belang is voor de regeling van het binnenklimaat. Het lichaam kan de warmtestroom van de lichaamskern naar de omgeving regelen door middel van het verwijden of vernauwen van de bloedvaten in de huid. Hierdoor stijgt of daalt de huiddoorbloeding. Normaal gesproken zijn de handen en het gezicht de enige huidoppervlakken die direct blootgesteld worden aan de omgeving. Andere delen zijn veelal bedekt met kleding. Hoofdstuk 3 van het proefschrift toont aan dat ouderen de mogelijkheid behouden om warmteverlies te reguleren aan de handen. In tegenstelling tot jong volwassen, zijn ouderen echter niet in staat om hun kerntemperatuur te behouden wanneer het hele lichaam wordt blootgesteld aan milde kou (Hoofdstuk 4 van het proefschrift). Opmerkelijk is dat jong volwassenen de lichaams-warmteproductie verhogen zonder te rillen, terwijl ouderen zelfs de warmteproductie verminderen. Met betrekking tot de gezondheid, veroorzaakte blootstelling aan milde kou een verhoogde bloeddruk in beide leeftijdsgroepen. De gemiddelde stijging is gemiddeld drie keer zo hoog bij ouderen en blijft ook na de kou veel langer verhoogd. Het onderzoek laat ook zien dat met name slanke ouderen kwetsbaarder zijn. Daarmee zal rekening gehouden moeten worden bij de regeling van het binnenklimaat. 6.2 Dynamisch Thermosensatie Model (ThermoSEM) (proefschrift) Kennis over de invloed van variaties van de temperatuur binnenshuis bij diverse bewoners is nodig om weloverwogen beslissingen te nemen met betrekking tot het ontwikkelen van nieuwe energiezuinige gebouwen. Moderne gebouwontwikkelaars gebruiken wiskundige modellen om de structurele integriteit en energiegebruik van gebouwen te simuleren. Echter, het in dit veld veelgebruikte model van Fanger is enkel bruikbaar voor grote groepen en onder constante omgevingscondities. Voor de huidige vraag is juist een model nodig dat op individueel niveau en onder wisselende omstandigheden gebruikt kan worden. Het wiskundige thermoregulatiemodel dat in dit proefschrift is ontwikkeld (ThermoSEM) biedt op een relatief goedkope manier een goede indicatie over de thermo-fysiologische respons (hoofdstuk 5 van het proefschrift) en thermisch sensatie (hoofdstuk 6 van het proefschrift) van individuen. Het ontwikkelde model gaat uit van een alternatieve, neurofysiologische aanpak om veranderingen in huiddoorbloeding als functie van de temperatuur te modelleren. Deze aanpak is gebaseerd op in de mens voorkomende temperatuursensoren en de neuronale schakelingen. Door het model voorspelde fysiologische parameters komen goed overeen met de gemeten waarden. Zo kan ThermoSEM de gemiddelde huidtemperatuur met grote nauwkeurigheid simuleren. EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

26

Deze neurofysiologische aanpak is uitgebreid met het modeleren van thermische sensatie (hoofdstuk 6). De thermische sensatie bepaalt voor een groot deel de tevredenheid van personen met hun omgeving. Het ontwikkelde model verklaart 89% van de variatie in de gemeten thermische sensatie. Het op neurofysiologie gebaseerde model is dus zeer bruikbaar voor het voorspellen van de thermische sensatie van individuen bij veranderingen in de omgevingscondities. In het proefschrift wordt beschreven dat het model kan worden ingezet voor de voorspelling van metabole- en gezondheidseffecten van temperatuurschommelingen in relatie tot obesitas en ouderen. Interface Er is een Graphical User Interface (GUI) gemaakt om de koppeling tussen het model en gebruikers te faciliteren (zie Figuur 6.2).

Figuur 6.2:. ThermSEM Graphical User Interface.

De gebruiker kan een eigen simulatie uitvoeren middels een intuïtief design gebaseerd op de interne ‘look-and-feel’ van het besturingssysteem van de gebruiker. Er zijn standaard scenario’s (koudeblootstelling etc.) gedefinieerd, maar de gebruiker kan ook zelf scenario’s opstellen in standaard software, bijvoorbeeld met een Excel file (zie Figuur 6.3). Zowel het model als de GUI zijn ontwikkeld in Matlab 2010a. Vooralsnog is een matlabomgeving vereist om het programma uit te voeren.


27

Figuur 6.3: Voorbeeld van een scenario als excel bestand dat kan worden ingevoerd in ThermoSEM.

6.3 Overgewicht en de invloed van thermisch comfort op overgewicht Binnen Maastricht University is onderzoek uitgevoerd naar mensen met overgewicht. Die studies hebben aanvullende informatie opgeleverd, die ook gebruikt zijn voor het verder ontwikkelen van het model ThermoSEM. Deze studies heeft een aantal handvaten opgeleverd om de invloed van het binnenklimaat op de gezondheid te kunnen onderzoeken. Voorheen werd een thermisch comfortabele omgeving min of meer gelijkgesteld aan een gezonde omgeving. Echter constante comfortabele temperatuur kan leiden tot een obesogeen (dik makend) binnenklimaat. Voor aanvang van het project was echter niet duidelijk hoe die gezondheidsaspecten kunnen worden gemeten. Ons onderzoek maakte aannemelijk dat temperatuurschommelingen de energiebalans van de mens gunstig beïnvloedt. Door de daaropvolgende ontdekking van de aanwezigheid van functioneel bruin vet (warmte genererend weefsel) bij de volwassen mens weten we nu waar extra warmteproductie in het lichaam plaatsvindt. Er zijn steeds meer aanwijzingen dat bruin vet ook andere gezondheidseffecten teweeg brengt. Het onderzoek liet zien dat slanke mensen veel en dikke mensen weinig van dit vet hebben. Een binnenklimaat met milde temperatuurschommelingen kan mogelijk zorgen voor aanmaak van dit weefsel, een betere energiebalans en een verbeterde fitness. Mede door het onderzoek naar ouderen (proefschrift Boris Kingma) en bovengenoemd onderzoek naar overgewicht zijn er aanwijzingen dat blootstelling aan temperatuurschommelingen gezondheid bevorderend werkt, zowel ter preventie van overgewicht als voor het gezond oud worden (b.v. minder kwetsbaar voor hitte golven en extreme kou). Vervolgonderzoek is nodig om deze effecten te kwantificeren. Data input voor ontwikkeling gebruikersprofielen (WP3) Meetresultaten aan proefpersonen, zowel van jong volwassen proefpersonen als ouderen onder dynamische temperatuur condities en meetresultaten voor zover het de metingen EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

28

onder asymmetrische temperatuurscondities betrof uit het EOS-LT LowEX project zijn beschikbaar gesteld aan TU-Delft t.b.v. het opstellen van gebruikersprofielen op basis waarvan nieuwe adaptieve comfortinstallaties zijn doorgerekend. De aangeleverde data omhelsde veranderingen in lichaamstemperaturen, hartslag en hartslag variabiliteit, fysieke activiteit, energiegebruik en houding van de proefpersoenen. Daarnaast werden de gegevens betreffende de ruimte aangeleverd (lucht temperatuur, luchtvochtigheid, luchtsnelheid en stralingstemperatuur). Tenslotte werden de proefpersoonskarakteristieken en kledingparameters verstrekt.


29

7

Klimaat actieve bouwdelen

Eigenschappen en ontwerprandvoorwaarden en combinatiemogelijkheden 7.1 Inleiding Een geïntegreerd bouwconcept is een voorwaarde om tot een energie-efficiënt gebouw te komen met een goede en gezonde binnenlucht- en comfortkwaliteit. In het kader van EOSLT DP2015 en IEA-ECBCS Annex 44 is onderzoek verricht naar het ontwerpen van geïntegreerde bouwconcepten met klimaatactieve bouwelementen. Hierbij is niet alleen gekeken naar de technische aspecten en ontwikkeling van klimaatactieve bouwelementen, maar ook naar de ontwerpen ontwikkelstrategie van gebouwen. Deze is in toenemende mate complexer en versnipperd over een diverse aantal specialistische disciplines. Een integrale aanpak waarbij op gestructureerde wijze wordt gewerkt is noodzakelijk om te komen tot een goed eindresultaat. De inspanningen in de afgelopen decennia om tot energiezuinige gebouwen te komen heeft zich gericht op een efficiëntieverbetering van specifieke bouwelementen en klimaatinstallaties. Aanzienlijke verbeteringen zijn hierin bereikt en de meeste bouwelementen en installaties bieden nog wel kansen voor efficiëntieverbetering maar de grenzen hiervan zijn inmiddels in zicht. De prestatie van het individuele element is vaak sterk afhankelijk van de prestaties van het totale systeem waarvan ze deel uitmaakt. De prestaties van bijvoorbeeld een goed geïsoleerd venster zijn niet meer alleen afhankelijk van de mate van isolatie van de beglazing, maar ook van die van het raamkozijn. Maar ook een aanpak op systeemniveau is niet langer meer toereikend. Gebouwen bestaan daarom inmiddels uit geïntegreerde concepten waarin geavanceerde systemen samenwerken om tot een optimale prestatie op het gebied van energie, comfort en gezondheid te komen.

Figuur 7.1: Verhoging van de energievraag leidt tot eisen op conceptniveau.

Met name in het overlappende gebied van bouwtechnologie en klimaatinstallaties ligt een rol voor het klimaatactieve bouwelement, dat een potentieel biedt bij de volgende stap in energiebesparing. Klimaatactief betekent in deze context de mogelijkheid om dynamisch te reageren door fysische eigenschappen te veranderen en daarmee op de energetische prestaties vanwege veranderende binnen- of buitencondities. Dit vermogen kan betrekking hebben op energie opvangen (zoals in raamsystemen), energietransport (zoals lucht- of waterverplaatsing) en energieopslag (zoals in bouwelementen met een hoge thermische opslagcapaciteit). Met de integratie van klimaatactieve bouwelementen en klimaatinstallaties verandert het ontwerpproces volledig, van een ontwerp van individuele systemen tot een geïntegreerd bouwconcept met elementen die optimaal gebruik maken van de natuurlijke energiebronnen EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

30

(daglicht, natuurlijke ventilatie, passieve koeling etc.) en met toepassing van duurzame energiebronnen. Bij klimaatactieve bouwelementen dient gedacht te worden aan bouwelementen die een (actieve) functie vervullen in het klimatiseren van gebouwen, zoals bijvoorbeeld actieve gevels, betonkernactivering, PCM en grondbuisventilatie. Door toepassing van klimaatactieve bouwelementen wordt beoogd integrale gebouwconcepten verder te ontwikkelen en te optimaliseren. Met het oog hierop is een internationaal onderzoek uitgevoerd binnen EOS-LT DP2015 en IEA-ECBCS Annex 44 met als doel: -

-

Inventarisatie van de huidige stand van zaken van klimaatactieve bouwelementen, integrale gebouwconcepten beoordelings- en ontwerpmethoden; Verbeteren en optimaliseren van klimaatactieve bouwelementen; Ontwikkelen en optimaliseren van nieuwe bouwconcepten met de integratie van klimaatactieve bouwelementen en klimaatinstallaties gebruik makend van natuurlijke en duurzame energiestrategieën; Ontwikkeling van ontwerprichtlijnen en procedures voor de toepassing van klimaatactieve bouwelementen en integrale gebouwconcepten.

7.2 Klimaatactieve bouwelementen Een klimaatactief bouwelement is een gebouwelement dat helpt om een goede balans te realiseren tussen optimale binnencondities en energieverbruik door op een gecontroleerde en holistische wijze te reageren op veranderingen in de externe of interne omstandigheden en gebruikersinterventie. Vanuit een technologisch oogpunt zijn het constructie-elementen (zoals vloeren, wanden, gevels, daken, stichting enz.) die actief worden gebruikt voor de overdracht en de opslag van thermische energie, lucht, licht en water. In de ontwerpfilosofie van geïntegreerd gebouwconcepten, zijn klimaatactieve gebouwelementen logisch en rationeel gecombineerd en geïntegreerd met klimaatinstallaties zoals verwarming, koeling, ventilatie en verlichting. De belangrijkste uitgangspunten waarop klimaat actieve bouwelementen zijn gebaseerd zijn: -

dynamisch gedrag, aanpassingsvermogen, middel voor het uitvoeren van verschillende functies, intelligente controle.

Fysische eigenschappen, taken en functies van deze elementen kunnen veranderen in de loop van de tijd en op juiste wijze worden ingezet naar gelang het gebouw, bewonerseisen, behoeften (bijv. verwarming, koeling, ventilatie,… ) en aan wisselende randvoorwaarden (bijv. meteorologie, interne warmte). De aandacht is o.a. gericht geweest op de volgende elementen, waarvan het perspectief van verbetering en de grootschalige toepassing in de bouwsector veelbelovend lijkt te zijn: -

Geavanceerde gevels Thermische Massa Activatie Grondkoppeling Dynamische Isolatie Phase Change Materials (PCM)


31

Geavanceerde gevels

Thermische massa activatie

Grondkoppeling

Dynamische isolatie

Phase Change Materials Figuur 7.2: Klimaatactieve bouwelementen.

Praktisch gezien bestaan klimaatactieve bouwelementen uit: -

Geavanceerde gevels (geventileerd, dubbele , dynamische gevels (dynamische isolatie,…) Funderingen en andere ondergrondse systemen (aardkoppeling systemen, grondbuizen,… ) Energieopslag systemen (actief gebruik van de thermische massa, betonkern activering voor koeling en verwarming, fase verandering materialen (PCM),…) Dak-systemen (groen dak systemen, …) Passieve zonne-energiesystemen Daglichttoetredingstechnologieën Koeling door verdamping (dakvijvers, watermuren,…).


32

Figuur 7.3:Illustration of categories and responsive actions of responsive building elements.(Annex 44)

7.3 Energievraag In deze sectie wordt de energievraag voor ruimteverwarming besproken. Variabelen die in belangrijke mate het energieverbruik voor ruimteverwarming bepalen worden hierbij gevarieerd Aanwezigheid bewoners De aanwezigheid van bewoners speelt een belangrijke rol in de energie benodigd voor ruimteverwarming. In de simulaties worden vetrekken in de woning alleen verwarmd indien er bewoners aanwezig zijn. Tevens wordt de interne warmtelast, door de warmteafgifte van aanwezige personen enerzijds en de warmteafgifte van elektrische apparaten anderzijds in de simulaties meegenomen, zie ook hoofdstuk 7.4.


33

Eigenschappen woning Woningen na 2015 beschouwen we als goed geïsoleerd; het glas van de ramen heeft een U‐waarde van 0.7 W/m2/K, terwijl de ZTA‐waarde 0.5 is. Voor de buitengevel wordt een warmteweerstand van ongeveer 5 m2K/W gehanteerd. Voor renovatie van bestaande woningen beschouwen we woningen met een lagere isolatie. In dit geval is de warmteweerstand van de gevel ongeveer 2.5 m2K/W en is HR++ glas toegepast met een U-waarde van 1.2 W/m2/K. De in de simulaties gebruikte meteorologische condities (zoals buitentemperatuur) zijn gebaseerd op NEN5060:2008. Eigenschappen systeem Verschillende verwarmingssystemen zijn gemodelleerd: vloerverwarming, luchtverwarming, ruimteverwarming, zie ook hoofdstuk 7.4. Naast een basisventilatie, waarbij de ventilatie hoeveelheden zijn gebaseerd op [21], is in enkele varianten ook gekeken naar het effect van vraaggestuurde ventilatie CO2‐sturing. 7.4

Samenvatting resultaten simulatieberekeningen

Simulatieberekeningen zijn uitgevoerd om inzicht te krijgen in hoeverre vraaggestuurde (adaptieve) ruimteverwarming van woningen kan leiden tot een lager energieverbruik in vergelijking met conventionele verwarming en in welke mate een duurzame energiebron (zonne-energie) een bijdrage kan leveren aan de ruimteverwarming. Ook is gekeken in welke mate de inzetbaarheid van zonne-energie beïnvloed wordt door het toepassen van vraaggestuurde ruimteverwarming.. Voor de bepaling van de energievraag voor ruimteverwarming worden verschillende variabelen die relevant zijn gevarieerd: aanwezigheid van bewoners, fysische eigenschappen van de woning, eigenschappen van systemen. De vraagsturing vindt plaats op basis van aanwezigheid van bewoners in een bepaald vertrek, gedurende een bepaalde periode. Deze aanwezigheid van bewoners is gesimuleerd op basis van tijdbestedingsonderzoek data van het Sociaal Cultureel Planbureau. Er worden woningen beschouwd met een hoge thermische isolatie (nieuwbouw) en woningen met een lagere thermische isolatie (renovatie). Verder zijn verschillende verwarmingssystemen gemodelleerd; luchtverwarming, wandverwarming, en vloerverwarming. Naast een basisventilatie systeem wordt ook een vraaggestuurd ventilatiesysteem beschouwd. Het gelijktijdig variëren van alle factoren die de energievraag voor ruimteverwarming bepalen zou resulteren in een zeer groot aantal simulatievarianten. Hierom is gekozen om een selectie van varianten te simuleren. De varianten die zijn gesimuleerd om de energievraag en het effect van vraagsturing te bepalen zijn ter vergelijking in een overzichtstabel samengevat, zie hiervoor tabel 7.1 en figuur 7.4. In tabel 7.1 worden varianten voor drie verschillende gezinssamenstellingen gegeven, voor een vier persoon huishouden, een huishouden bestaande uit twee werkenden, en een huishouden bestaande uit twee werkenden. Simulatievarianten voor thermisch goed geïsoleerde woningen worden gegeven in de kolommen waar “Nieuwbouw” boven staat, varianten voor minder goed geïsoleerde woningen worden gegeven in kolommen waar “Renovatie” boven staat. Simulatievarianten gebaseerd op een wandverwarmingssysteem worden gegeven in de kolommen waar “WV” boven staat en varianten gebaseerd op een luchtverwarmingssysteem worden gegeven in de kolommen waar “LV” boven staat. In tabel


34

X wordt bij de variant 0 (continu verwarmen en ventileren) drie verschillende sub-varianten onderscheiden: (a) Setpoint is 20 graden gedurende de hele dag (b) Nachtverlaging: Setpoint is 20 graden, behalve tussen 23.00 - 6.00 dan is setpoint 18 graden (c) Klokthermostaat: Setpoint is 20 graden, behalve tussen 23.00 – 6.00 en 8.00 – 17.00 dan is het setpoint 18 graden gedurende werkdagen, voor weekdagen is tussen 23.00 – 8.00 en 14.00 – 17.00 het setpoint gelijk aan 18 graden. In tabel 7.1 wordt bij de variant 1 (vraaggestuurd verwarmen, continue ventileren) een spreiding in energieverbruik gegeven, omdat voor deze varianten de aanwezigheid van bewoners willekeurig gevarieerd wordt. Voor de andere varianten wordt met een gegeven vast aanwezigheidspatroon gerekend. De Markov-Chain Monte Carlo methode bleek niet geschikt om een realistische spreiding in het jaarlijkse energieverbruik voor vraaggestuurde ruimteverwarming van huishoudens te vinden. Hierom hebben we er voor gekozen de berekeningen uit te voeren op basis van een Monte Carlo simulatie met deterministische aanwezigheidsprofielen zoals die uit tijdbestedingdata afgeleid kunnen worden.


35

0.a 0.b 0.c 1. 2. 3.

Eengezinswoning zwaar met 4 personen Variant Nieuwbouw WV 13.0 Continu verwarmen en ventileren Continu verwarmen en ventileren; nachtverlaging Continu verwarmen en ventileren; klokthermostaat 10.4-11.3 Vraaggestuurd verwarmen, continu vent. 6.32 Vraaggestuurd ventileren, continue verw. 5.37 Vraaggestuurd verwarmen en ventileren 11.210.6 Besparing variant 1: lichte woning

Eengezinswoning zwaar met 2 ouderen Variant 0.a 0.b 0.c 1. 2. 3.

0.a 0.b 0.c 1. 2. 3.

Continu verwarmen en ventileren Continu verwarmen en ventileren; nachtverlaging Continu verwarmen en ventileren; klokthermostaat Vraaggestuurd verwarmen, continu vent. Vraaggestuurd ventileren, continue verw. Vraaggestuurd verwarmen en ventileren Besparing variant 1: thermische luiken

LV 13.1

Renovatie WV LV 24.4 24.6

12.0

22.5

11.2

21.0

8.96-9.51

16.3-17.5 15.5 13.1

Nieuwbouw WV LV 13.0 13.1


12.0

22.5

11.2

21.0

7.36-8.16

13.5-14.7

8.167.18

14.713.1

6.26-6.99

Eengezinswoning zwaar met 2 werkenden Variant Nieuwbouw WV 13.0 Continu verwarmen en ventileren Continu verwarmen en ventileren; nachtverlaging Continu verwarmen en ventileren; klokthermostaat 4.97 – 6.29 Vraaggestuurd verwarmen, continu vent. Vraaggestuurd ventileren, continue verw. Vraaggestuurd verwarmen en ventileren

LV 13.1


12.0

22.5

11.2

21.0

5.84-7.65

10.1-13.7

Tabel 7.1: Overzicht van simulatievarianten voor de bepaling van de energievraag voor ruimteverwarming en het effect van vraagsturing (energievraag in GJ).


36

Figuur 7.4: Overzicht van simulatievarianten voor de bepaling van de energievraag voor ruimteverwarming en het effect van vraagsturing (energievraag in GJ).


37

Voor luchtverwarming in nieuwbouwwoningen blijkt de reductie in energieverbruik door toepassing van vraaggestuurde verwarming ten opzichte van de situatie waarin de woning voortdurend verwarmd wordt, gelijk te zijn aan ca. 30% voor een vier persoon huishouden, ca. 40% voor twee ouderen, en circa 50% voor twee werkenden. Een besparing op de energievraag voor verwarming van circa 10% is mogelijk door het toepassen van thermisch isolerende luiken in deze nieuwbouwwoning. Bij een lichte woning (lage thermische massa) is de besparing door vraaggestuurde verwarming circa 5% hoger dan in een zware woning. Voor wandverwarming in nieuwbouwwoningen blijkt de reductie in energieverbruik door toepassing van vraaggestuurde verwarming ten opzichte van de situatie waarin de woning voortdurend verwarmd wordt, gelijk te zijn aan ca. 15% voor een vier persoon huishouden, ca. 45% voor twee ouderen, en ca. 55% voor twee werkenden. Een besparing van circa 50% is mogelijk door CO2-gestuurde ventilatie te beschouwen in plaats van basisventilatie. Voor thermisch minder goed geïsoleerde woningen worden andere besparingspotentiëlen gevonden. Voor thermisch minder goed geïsoleerde woningen blijkt voor luchtverwarming de reductie in energieverbruik door toepassing van vraaggestuurde verwarming gelijk te zijn aan ca. 30% voor een vier persoon huishouden, ca. 40% voor twee ouderen, en ca. 50% voor twee werkenden. Ook hier is een besparing op de energievraag voor verwarming van ca. 10% mogelijk door het toepassen van thermisch isolerende luiken. De absolute besparingen in energieverbruik zijn in dit geval aanzienlijk hoger dan voor thermisch goedgeïsoleerde nieuwbouwwoningen.


38

8. Duurzame Comfortinstallaties 8.1 Richtlijnen voor duurzame comfortinstallaties na 2015 Om te komen tot duurzame comfortinstallaties moet naast de integratie van de installaties in het gebouw ook de invloed van gebruiker, klimaat en beschikbare duurzame energiebronnen in beschouwing worden genomen. Daarbij zijn ook de onderlinge verbanden tussen de invloedsfactoren van belang zoals aangegeven in figuur 9.1.

Figuur 8.1: Invloedsfactoren voor duurzame comfortinstallaties

Het onderzoek naar duurzame comfortinstallaties is er op gericht om deze verbanden in kaart te brengen, met de nadruk op adaptief comfort (hoofdstuk 4), de bouwfysische interactie tussen gebouw en klimaat (hoofdstuk 6) en de gebruikersinteractie en regelsystemen (hoofdstuk 6.7). Samenvattend kunnen uit het onderzoek dat in dit werkpakket is uitgevoerd de volgende richtlijnen voor duurzame comfortinstallaties van toekomstige woningen worden afgeleid. 8.2 Richtlijnen uit oogpunt van thermisch comfort Mede op basis van de nieuwste inzichten in thermisch comfort als beschreven in hoofdstuk 4 kunnen de volgende uitgangspunten worden gehanteerd om enerzijds te kunnen voorzien in de comfortvraag en anderzijds om energiebesparing te realiseren: 1. In een grote bandbreedte is voor de comfortbeleving en tevredenheid van de bewoners de regelbaarheid binnen de grenswaarden van het comfortgebied op zich ten minste net zo belangrijk als de specifieke temperatuur. 2. In woningen zijn de adaptieve mogelijkheden groter dan in kantoren door het aanpassen van kleding, activiteit, locatie en het openen van ramen en deuren. Hierdoor is de acceptatie van het binnenklimaat zowel wat betreft temperatuurniveau als de bandbreedte van geaccepteerde temperaturen groter.


39

3. In een huis heeft het activiteitenniveau een grotere bandbreedte dan in een kantoor en varieert meer in een korte tijd. Er zijn profielen opgesteld die per 15 minuten aangeven wat de activiteit is van elk van de leden van een huishouden en waar deze zich in de woning bevindt. 4. De adaptieve comfortmodellen richten zich meer op een steady state situatie, met één comforttemperatuur per dag. Echter, de activiteiten veranderen over de dag en ook de beoordeling van het comfort. Dit komt onder andere door de verwachting dat de temperatuur over de dag varieert door het natuurlijke verloop van de buitentemperatuur en de reactie daarop van de woning. De volgende randvoorwaarden dienen in acht genomen te worden: 5. Personen kunnen verschillen in thermische gevoeligheid. Dat wil zeggen dat per individu de thermische sensatie en de comfortbeleving kan verschillen, ook bij gelijke thermische omgevingsfactoren. Dit kan zowel fysiologische oorzaken hebben (lichaamsgewicht, vaso‐motion) als psychologische (verwachting, gewenning). Er is dus geen temperatuur waarbij iedereen zich prettig voelt. De gerealiseerde temperatuur zal per huishouden c.q. kantoorvertrek verschillen, aangezien iedereen naar eigen voorkeur de thermostaat kan bedienen. In woningen zal deze spreiding groter zijn, aangezien de bevolkingsgroep groter en diverser is dan op kantoren het geval is. Statistisch zullen de meest voorkomende temperaturen echter in de bandbreedte vallen aangegeven verderop in dit document. 6. Ouderen zijn gevoeliger voor discomfort en onderkoeling of oververhitting als gevolg van de verminderde thermische perceptie door verminderde fysiologische adaptatie [26] [28] [55]. Aangenomen wordt dat hierdoor voor ouderen de bandbreedte aan beide kanten 1K smaller wordt (veiligheidsmarge). 7. Voor kinderen wordt het binnenklimaat door de ouders geregeld. Aangenomen wordt dat over het algemeen zij grotere fysiologische adaptatie hebben, maar omdat zij minder gedragsmatige adaptieve mogelijkheden hebben zal het comfortgebied toch binnen dezelfde grenzen vallen. 8. De adaptieve comfortmodellen kunnen niet direct worden vertaald naar gebruik voor actief gekoelde woningen. In dit project wordt getracht het comfort te verzorgen zonder actieve koeling (het aanwenden van energie voor het opwekken van koude). In het geval actieve koeling niet vermeden kan worden, zal dit worden geleverd door het koelen van de constructie (vlakkoeling) en zal eenzelfde strategie worden gehandhaafd als voor verwarming, met de grenzen behorende bij de adaptieve comfortmodellen. 9. Uit oogpunt van het waarborgen van een goede luchtkwaliteit dient te allen tijde luchtkoeling en luchtverwarming te worden voorkomen. 8.3 Vraagsturing ventilatie en verwarming Zoals uit de simulatieberekeningen in hoofdstuk 8.4 blijkt kan de grootste reductie van de warmtevraag (circa 50%) bereikt worden met vraaggestuurde (CO2‐gestuurde) ventilatie. In combinatie met warmteterugwinning is een reductie van de warmtevraag van meer dan 60% mogelijk. Met vraaggestuurde verwarming kan de warmtevraag afhankelijk van het gebruikspatroon 25 tot 50% gereduceerd worden. Met beide vormen van vraagsturing samen komt de doelstelling van 75% CO2 reductie al direct binnen bereik.


40

8.4 Responsive Building –elements In de dissertatie van Looman [12] worden de Responsive Building Elements uitgebreid beschreven worden. De daarvoor verrichte studie maakt onderdeel uit van WP2. Voor woningen zijn de belangrijkste systemen die direct toepasbaar zijn : - Regelbare buitenzonwering - Thermisch isolerende luiken (besparing circa 10% op warmtevraag) - Nachtventilatievoorzieningen Systemen met potentie op langere termijn zijn onder andere: - Geavanceerde geïntegreerde gevelsystemen - Warmteopslag in Phase Change Materials (PCM) 8.5 Intelligente en gebruikersvriendelijke regelsystemen Voor een duurzame comfortinstallatie is een intelligent en gebruikersvriendelijk regelsysteem van essentieel belang. De functionele eisen die gesteld worden aan dergelijke systemen zijn beschreven in paragraaf 7.2. Er is een aantal belangrijke eerste vereisten voor de systemen om efficiënt te zijn. De oplossingen moeten krachtig, robuust en weerbestendig zijn. Ook moet het mogelijk zijn voor de gebruiker om gemakkelijk de keuzes van het systeem te overrulen. De gebruiker moet geïnformeerd worden wanneer een instelling aangepast is, bij voorkeur door directe feedback (het zien van een raam dat geopend wordt of zonwering die neergelaten wordt) of via een display. Daarmee zou het de voorkeur hebben om de gebruiker te voorzien van informatie over de redenen waarom een bepaalde instelling veranderd moet worden. Een belangrijke voorwaarde is verder om de maatregelen van kracht te laten blijven en automatisch te besturen tijdens afwezigheid van de bewoners.


41

9

Geïntegreerd ontwerpproces

De geïntegreerde gebouwconcepten zijn ontwerpoplossingen waarbij een optimale milieuprestatie wordt gerealiseerd op het gebied van energieprestaties, verbruik van energiebronnen, belasting op het milieu en binnenmilieukwaliteit. Hieruit volgt dat geïntegreerde bouwconcepten ontwerpoplossingen zijn die een balans vinden tussen optimale binnenklimaat- en heersende buitenklimaat condities door gecontroleerd en holistisch te reageren op veranderende interne en externe condities en op gebruikersinterventies. Een geïntegreerd gebouwconcept omvat echter niet alleen het energetische aspect maar alle bouwtechnische aspecten (architectuur, gevels, structuur, functie, brand, akoestiek, materialen, energiegebruik, binnenklimaatkwaliteit, etc.). In hoofdzaak omvat het drie delen, zie ook Figuur 10.1. - het architectonische gebouwconcept; - het constructieve gebouwconcept - het energetisch en klimaat gebouwconcept.

Figuur 9.1: Geïntegreerde gebouwconcepten: een combinatie van verschillende begrippen

9.1 Traditioneel ontwerp Het ontwerpproces, dat eerst plaats vond door één architect die alle ontwerpdisciplines onder zijn hoede had, heeft zich ontwikkeld tot een versnipperd en sequentieel proces dat wordt uitgevoerd door een aantal afzonderlijke specialisten ieder werkend vanuit zijn eigen discipline. Deze manier van werken leidt vaak tot oplossingen die gericht zijn op het aanpassen en corrigeren van "ontwerpfouten" van het architectonisch ontwerp. Vandaag de dag staat de bouwnijverheid aan het begin van een revolutie om opnieuw het ontwerpproces uit te vinden dat in gebruik was voordat de klimaatinstallatie werd geïntroduceerd. Daarom is een geïntegreerde en gestructureerde aanpak met meer interactie en samenwerking, duidelijke doelstellingen en kwaliteitscontrole nodig om het ontwerpproces tot een succesvol einde te brengen. Alleen een vroege interactie tussen alle betrokken ontwerpdisciplines leidt tot een gebouw met een laag energiegebruik en met een goed binnenklimaat bij het toepassen van de architectonische en constructie concepten. Dit geldt vooral nu gebouwen steeds complexer worden en aan steeds meer eisen moeten voldoen. 9.2 Geïntegreerd ontwerp Bij het geïntegreerde ontwerp worden ontwerpteams gevormd, met zowel architecten als ingenieurs en ontwikkelt het bouwproces zich in een iteratief proces van conceptuele ontwerpideeën tot aan het definitieve eindontwerp. Het energiegebruik en hoeveelheid benodigde klimaatinstallaties kunnen in een modern gebouw niet meer teruggebracht EOS LT 03001: Duurzame projectontwikkeling gebaseerd op duurzaam bouwen, renoveren en wonen na 2015

42

worden zonder toepassing van geavanceerde technologieën en alleen met een effectieve integratie van het architectonisch en HVAC ontwerp.

Figuur 9.2: Geïntegreerd ontwerpproces

Een geïntegreerd ontwerpproces waarborgt dat de kennis en ervaring die is opgedaan met een analytische wijze van ontwerpen juist wordt geformuleerd en gestructureerd in het ontwerp wordt opgenomen. In het geïntegreerde ontwerpproces is de deskundigheid van de ingenieurs vanaf het begin van het voorontwerp beschikbaar waardoor de architectonische en klimaatontwerpen op het zelfde moment als concept ontwerpideeën kunnen worden ontwikkeld. Doordat de deelnemers hun ideeën en hun technische kennis zeer vroeg en collectief delen zullen de energie- en materiaalconcepten niet meer worden ontworpen als aanvulling op de architectuur, maar als een integraal deel van het gebouw. 9.3 Ontwerpstrategie Om tot een geïntegreerd technisch ontwerp en de ontwikkeling van een gebouwconcept te komen is het noodzakelijk eerst de juiste ontwerpstrategie vast te stellen en toe te passen. De ontwerpstrategie (in Annex44) is gebaseerd op de 3-stappenbenadering volgens de Trias Energetica. Deze is verder uitgebreid met de technologieën die kunnen worden toegepast afhankelijk van de ontwerpfase waarin men zich bevindt, zie Figuur 9.3.


43

Figuur 9.3. Illustratie van de ontwerpstrategie met bijbehorende technologieën.

De linkerkant van de piramide illustreert de ontwerpstrategieën en de rechterkant geeft een overzicht van de technische oplossingen in elk van de stappen. Hierbij valt duidelijk op dat klimaatactieve bouwelementen als techniek valt in de eerste stap "vermindering van de energiebehoefte" maar ook in de tweede stap "toepassing van duurzame energiebronnen". Een geïntegreerde ontwerpstrategie begint bij de basis van de piramide en de toepassing van de strategieën en technologieën is als volgt: Stap 1. Verminderen Energiebehoefte Optimaliseer gebouwvorm en zones; pas goed geïsoleerde en luchtdichte traditionele gebouwschillen toe; evenals effectieve warmteterugwinning uit ventilatielucht gedurende het stookseizoen; de toepassing van energie-efficiënte verlichting en verlichtingsapparatuur en het zorgen voor lage druk ventilatiesystemen etc. Pas klimaatactieve bouwelementen toe, zo nodig met inbegrip van geavanceerde gevels met optimale beglazing voor de exploitatie van daglicht, het juiste gebruik van thermische massa, herverdeling van warmte binnen het gebouw, dynamische isolatie etc. Stap 2. Gebruik maken van duurzame energiebronnen. Zorg voor een optimaal gebruik van passieve zonne-energie, daglichtverlichting, natuurlijke ventilatie, nachtkoeling, bodemopslag. Pas zonnecollectoren toe, zonnecellen, geothermische energie, grondwateropslag, biomassa, enzovoort. Optimaliseren het gebruik van duurzame energie door de toepassing van lage exergie-systemen. Stap 3. Efficiënt gebruik van fossiele brandstoffen Als een hulpenergie nodig is maak gebruik van de minst vervuilende fossiele brandstof op een zo efficiënte mogelijke manier opgewekt, bijvoorbeeld door warmtepompen, HR gasgestookte ketels, enz. Pas intelligente vraaggestuurde controlesystemen toe op het gebied van verwarming, ventilatie, verlichting en apparatuur.


44

9.4 Randvoorwaarden voor gestandaardiseerde oplossingen waarin klimaat actieve bouwelementen zijn verwerkt In aanvulling op het werk van EOS-LT DP2015 en IEA-ECBCS Annex 44 is, in de vorm van een promotieonderzoek aan de TU Delft, gewerkt aan een verdere verdieping van de toepassing van klimaatactieve bouwelementen op een aantal verschillende vlakken. Verdieping is onder meer gezocht in het kwantificeren van het energiepotentieel in de gebouwde omgeving, waar onder invloed van het stedelijk weefsel en vorm het klimaat significant kan verschillen van het lokale klimaat. Ook is aan het concept klimaat actief bouwen verdieping gegeven door een inventarisatie te maken van de ontwerpprincipes die ten grondslag liggen aan de ontwerpoplossingen - de bouwkundige en/of technische implementatie van deze ontwerpprincipes - en aan constructie en bouwkundige integratie. Voor een aantal klimaat actieve ontwerpoplossingen is kennis opgedaan over de prestatie (energie en comfort), het proces (bouwkundige en ruimtelijke aandachtspunten) en de bouwkundige inpassing. De opgedane kennis is ingepast in een ontwerpstrategie, mede vormgegeven op basis van een studie naar verschillende vormen van kennisoverdracht en transformatie. In een afzonderlijk werkrapport bij de rapportage van EOS-LT DP2015 is een “dummy” van de dissertatie opgenomen (datum 5 februari 2012). Hierin zijn de resultaten van het werk tot nu toe vastgelegd. In de dissertatie zal t.z.t. ook de relatie met het EOS-project worden vermeld.

Figuur 9.4: Klimaatactieve ontwerpprincipes en oplossingen De resultaten t.a.v. een ontwerpstrategie waarin gebruik wordt gemaakt van Klimaat Actieve Bouwelementen en randvoorwaarden waaraan gestandaardiseerde oplossingen moeten voldoen om richting te geven aan verdere productontwikkeling, zijn opgenomen in het rapport van Werkpakket 3. Daarin worden deze resultaten samen met resultaten t.a.v. installatieconcepten in samenhang bekeken. Met de opkomst van klimaatactieve bouwelementen zijn nieuwe mogelijkheden geopend om te komen tot verdergaande energiebesparing. Een belangrijke randvoorwaarde is echter wel dat deze klimaatactieve bouwelementen tot stand komen en een plaats krijgen binnen een geïntegreerd ontwerpproces.


45

10 Richtingen voor vervolgonderzoek en productontwikkeling Met dit onderzoek is de basis gelegd voor de “adaptieve woning” waarbij een deel van de energiezuinigheid wordt gerealiseerd doordat de woning zich aanpast aan weersomstandigheden en aan de wensen van de (individuele) bewoner(s). Zoals van een ‘LT’ studie verwacht mag worden, levert het onderzoek nog geen kant en klare concepten op, maar genereert het wel inzichten die richting geven aan nieuwe ontwikkelingen en aan vervolgonderzoek. Samengevat voor de 3 werkpakketten zijn dat de volgende onderwerpen: - In WP 1 is de relatie tussen de fysiologie van de bewoner, de omgevingsparameters en comfortbeleving onderbouwd. Vervolgonderzoek is nodig om te onderzoeken of deze relaties ook door te trekken zijn naar thermisch gedrag. Kunnen fysiologische kenmerken en verschillen tussen bewoners aangewend worden ter stimulering tot extra energiezuinig gedrag? Een eerste vervolg wordt al vormgegeven in EOS LT 10033. -

Niet mr ventileren dan nodig is een belangrijke energiebesparingsoptie. Maar waar ligt de ondergrens? Nader onderzoek is gewenst ter onderbouwing van het minimaal benodigde ventilatieniveau o.a. in relatie tot geur en temperatuur.

-

Voor een nadere onderbouwing van het minimaal benodigde ventilatieniveau in relatie tot gezondheid en prestaties van de bewoner is nader onderzoek nodig naar: o Het effect van bio-effluenten op de mens opdat de ventilatie-eisen een betere basis krijgen. o Het effect van geuren op de perceptie van mensen waarbij met name de invloed van de temperatuur onderzocht dient te worden. o Het effect van ventilatie op de alertheid en het attentieniveau van mensen door het uitvoeren van proefkameronderzoek met tenminste enkele tientallen proefpersonen. o Het effect van ventilatie op de fysieke prestaties van personen.

-

Productontwikkeling ventilatiesystemen. Daarbij aandacht voor de volgende aspecten: o Vraagsturing o Verhoogde ventilatie efficiëntie. o Het energiegebruik door ventilatoren en o Optimalisering waarbij de volgende parameters moeten worden geoptimaliseerd:  luchtkwaliteit  binnentemperatuur  luchtbeweging  luchtvochtigheid  energiegebruik  kosten

-

Doorontwikkelen van het ‘Thermosensatie model (ThermoSEM) (EOSLT10033), waardoor het mogelijk wordt om op basis van fysiologische kenmerken van bewoners, het gewenste comfort aan te bieden, gedrag te beïnvloeden en om energiegebruik en energiebesparingen beter te kunnen voorspellen.

-

Doorontwikkelen van klimaatactieve bouwcomponenten, als onderdeel van, en geïntegreerd in bouwdelen en woningconcepten. Dit samen met de bouwen installatie-industrie en de aanbieders op de woningmarkt (projectontwikkelaars en corporaties)


46

-

Uitwerken en in de praktijk toetsten van de ontwerpstrategie en vertalen van theoretisch ontwikkelde concepten tot door marktpartijen op de markt te brengen concepten.

-

Ideale snel reagerende verwarmingssystemen. Zoals aangeduid in hoofdstuk 7 is het ideale verwarmingssysteem snel reagerend en regelbaar per verblijfsruimte, zodat het op ieder moment direct warmte kan leveren als de gebruiker daar om vraagt. Van de thans beschikbare systemen is een luchtverwarmingssysteem het snelst reagerend, maar voor duurzame installatieconcepten heeft lage temperatuur verwarming de voorkeur. Het veelgebruikte vloerverwarmingssysteem heeft als nadeel dat het verre van snel reagerend is. Er is al productontwikkeling gaande op het gebied van snel reagerende stralingsverwarming en convectoren, maar begeleidend onderzoek en experimenten op dit gebied is noodzakelijk.

-

Exergetische optimalisatie door geavanceerde opslagtechnieken. Geavanceerde opslagtechnieken die het mogelijk maken de warmtevraag over een periode van meerdere weken gecontroleerd te doseren, hebben een grote besparingspotentie uit het oogpunt van exergie. Onderzoek en productontwikkeling op het gebied van opslagtechnieken en bijbehorende regelsystemen is gewenst.

-

Duurzame comfortinstallaties voor ouderen Ouderen vormen een steeds belangrijkere doelgroep, ook wanneer het gaat om het ontwikkelen van op hun behoefte aansluitende duurzame comfortinstallaties. Zoals aangeduid in hoofdstuk 4, worden voor ouderen specifieke eisen gesteld: o Ouderen ervaren de thermische omgeving anders dan jongeren als gevolg van fysiologische, gedragsmatige en psychologische verschillen. o Eenduidige eisen voor temperaturen voor ouderen zijn moeilijk te geven. Hierdoor is regelbaarheid van temperaturen voor ouderen van extra groot belang. o Voor toekomstige woningen voor ouderen worden passieve, architectonische oplossingen voorgesteld voor het beheersen van het binnenklimaat, aangevuld met technische systemen in de vorm van automatisch sluiten van ramen, individuele temperatuurprofielen per kamer en airconditioning voor extreme weersomstandigheden.


47

Duurzame projectontwikkeling na 2015: adaptieve renovatieconcepten

Recommend Documents