'Eco Passiefhuis' Onderzoek naar een ecologisch verantwoorde woning die een hoog comfort biedt voor de gebruiker
Auteurs:
Ron van Genechten, BTO Stefan Poppeliers, BTO
Onderwijsinstelling: Opleiding
Avans Hogeschool Tilburg Bouwkunde
Bedrijf: Plaats: Datum:
Keeris Architecten bna Eersel 13-06-2013
Voorwoord Deze afstudeeropdracht heeft zich gevormd door een goede samenwerking en gezamenlijke interesses op het gebied van duurzaamheid. De afstudeeropdracht is uitgevoerd in samenwerking met Keeris Architecten bna uit Eersel. Samen met Willem Keeris (begeleider vanuit het bedrijf) waren er wekelijkse voortgangsgesprekken. Er is met veel plezier aan deze scriptie gewerkt en we hebben het afgelopen half jaar enorm veel geleerd.
Graag willen wij iedereen bedanken die ons geholpen heeft tijdens onze afstudeerperiode. In het bijzonder de volgende personen:
Dhr. ir. W.J.P. Keeris
Dhr. J.M.H. Habraken
Dhr. O.M. Boom
Plaats: Tilburg Datum: 13-06-2013
Stefan Poppeliers
………………………………………………………………
Ron van Genechten
………………………………………………………………
Samenvatting In 2020 wil de Europese Unie dat de uitstoot van broeikasgassen met 20% wordt verminderd ten opzichte van 1990. Daarnaast moet er ook 20% van de gebruikte energie worden gehaald uit duurzame energiebronnen en moet er een toename zijn van de energie-efficiëntie met 20% (http://www.rijksoverheid.nl). Nederland streeft naar een goede duurzame ontwikkeling binnen de Europese Unie. Volgens het Wereld Natuur Fonds (WNF) scoort Nederland op dit moment slecht op het gebied van schone technologie. Vele Europese en niet-Europese landen steken Nederland de loef af. De bouw speelt een grote rol in deze eis van de EU. Het wordt steeds aantrekkelijker om ‘duurzaam’ te bouwen. Om werkelijk duurzaam te bouwen wordt er een andere mindset vereist in alle stadia van het bouwproces. Er is onderzoek gedaan naar de toepassing van duurzame energiebronnen en bouwmaterialen. Als casestudy is een woning geselecteerd die gerealiseerd dient te worden in Collectief Particulier Opdrachtgeverschap (CPO) in Ede te midden van een woonwijk bestaande uit 30 woningen.
De onderzoeksvraag die hierbij gesteld is: ‘Hoe kan men een woning ontwerpen waarbij men het ecosysteem zo min mogelijk belast en de bewoner een hoog comfort geeft?’
In het eerste deel is onderzoek verricht op twee verschillende gebieden namelijk: duurzame energiebronnen en bouwmaterialen. Welke duurzame energiebronnen zijn er op dit moment en in de toekomst voorhanden in Nederland en hoe kunnen deze het best worden toegepast in de woningbouw? Het tweede deel richt zich op bouwstoffen en –materialen en heeft inzicht gegeven in de keuzes voor materialisatie. Naast de literatuurstudies die zijn uitgevoerd is er een praktisch referentieonderzoek gedaan naar passief- en ecologische woningen
In dit afstudeerrapport wordt uiteengezet welke criteria zijn voortgekomen uit het verrichte onderzoek voor het ontwerpen van een Eco Passiefwoning. Het afstudeeronderzoek is een bruikbaar model dat zich confronteert met de bovengenoemde problematiek. Een ‘gereedschapskist’ waarmee men een woning kan ontwerpen met een minimale milieubelasting en die een hoog comfortniveau kan bieden voor de bewoner(s).
Bij het ontwerpen van een Eco Passiefwoning is het aan te bevelen gebruik te maken van lokaal beschikbare materialen met een geringe CO2 afdruk uit de biosfeer. Tevens moet er aandacht geschonken worden aan de randvoorwaarden die gesteld worden aan passiefhuizen. Dit wil zeggen; gebruik maken van passieve zonneenergie en warmteaccumulerende bouwdelen. Het laatste belangrijke aandachtspunt op het gebied van ecologie is dat de woning visueel gezien zoveel mogelijk in haar omgeving past.
In de bijlagen van dit afstudeerrapport zijn onder andere de uitgebreide literatuurstudies te vinden, referentieonderzoek, bouwkundig tekenwerk, berekeningen (EPW, GPR, GreenCalc+), 3D-visualisaties, etc.
Summary In the year 2020 the European Union wants the emission of CO2 to be reduced by 20% towards the year of 1990. Also 20% from the fossil fuels must be extracted from durable energy and there must be an increase by 20% from the energy efficiency (http://www.rijksoverheid.nl). The Netherlands also strive towards a sustainable development within the European Union. According to World Wide Foundation (WWF), The Netherlands currently scores low in the area of clean technology. Many other European and non European countries are scoring way above our country. The building industry plays an important role in these demands of the EU. It’s getting more and more attractive to build “sustainable”. To truly build environmental friendly (sustainable), another mindset is necessary in all the stages involved in the building industry. As case study, a property is selected that is located in the middle of a residential area consisting of 30 homes in a collective private principal community (CPO) in Ede.
The main research question is: “How can one design a house that affects the ecosystem as little as possible and give the resident a high level of comfort?”
Research had been carried out on two different areas, namely; building materials and renewable energy sources. In the first study research has been done at available renewable energy sources in The Netherlands and how we can use those sources in the best possible way in Dutch housing. The second study researched the usage of building materials. In addition to these 2 studies there is a reference research aimed at the possibilities of passive and ecological houses.
In this final report, criteria derived from our research are set put to design an eco passive house. This graduate research acts as a useful model that confronts with similar intrinsic problems. This report can act like a ‘toolbox’ that prescribes how to build a house with a very low environmental load and gives a high level of comfort for the occupant(s). When designing an eco passive house it’s strongly recommended to make use of local materials with a low CO 2 footprint. Consideration should also be given attention to the preconditions given to passive houses. That is to say; usage of passive solar energy and heat accumulating building components. The last major concern in the field of ecology is that the house may not stand out too much in its surroundings.
In the attachments of this final report things as the literature study, reference research, architectural drawings, calculations (EPW, GPR, GreenCalc+), 3D visualizations, etc. can be found.
Inhoud Inleiding ................................................................................................................................................................... 1 Aanpak ................................................................................................................................................................. 1 Projectsituatie ...................................................................................................................................................... 2 Uitgangspunten van de woning ............................................................................................................................... 5 Architectuur .......................................................................................................................................................... 6 Bouwtechniek....................................................................................................................................................... 9 Constructie ....................................................................................................................................................... 9 Materialisatie .................................................................................................................................................. 11 Installatietechniek .............................................................................................................................................. 14 Financieel........................................................................................................................................................... 20 Toetsing van het energieverbruik en de CO2 emissie ........................................................................................ 23 EPW-berekening ............................................................................................................................................ 23 GPR- berekening ............................................................................................................................................ 25 GreenCalc+ berekening ................................................................................................................................. 26 Conclusie & Aanbevelingen. .................................................................................................................................. 27 Conclusie ........................................................................................................................................................... 27 Aanbevelingen ................................................................................................................................................... 27 Bronnen ................................................................................................................................................................. 29 Literatuur: ........................................................................................................................................................... 29 Internet: .............................................................................................................................................................. 29
Inleiding Aanpak Probleemstelling In 2020 wil de Europese Unie dat de uitstoot van broeikasgassen met 20% wordt verminderd ten opzichte van 1990. Daarnaast moet er ook 20% van de te gebruiken energie worden gehaald uit duurzame energiebronnen en moet er een toename zijn van de energie-efficiëntie met 20% (http://www.rijksoverheid.nl). Nederland streeft naar een goede duurzame ontwikkeling binnen de Europese Unie. Volgens het Wereld Natuur Fonds (WNF) scoort Nederland op dit moment slecht op het gebied van schone technologie. De bouw speelt een grote rol in deze eis van de EU. Het wordt steeds aantrekkelijker om “duurzaam” te bouwen. Om echter werkelijk duurzaam te bouwen wordt er een andere mindset vereist in alle stadia van het bouwproces. Vanuit Keeris Architecten bna hebben we een opdrachtgever aangereikt gekregen met een project waarbij sociaal en duurzaam bouwen de essentie is. Het CPO-project genaamd ‘Boddegat’ in Ede is een sociaal en technisch duurzame woonwijk van ca. 30 woningen.
De hierboven genoemde probleemstelling is in de beginfase van dit afstudeertraject geformuleerd. Bij het samenstellen van het Plan van Aanpak zijn naast deze probleemstelling ook een onderzoeksvraag en een aantal daarbij horende deelvragen geformuleerd.
Onderzoeksvraag Hoe kan men een woning ontwerpen waarbij men het ecosysteem zo min mogelijk belast en de bewoner een maximaal comfort geeft?
Deelvragen 1. Welke materialen zijn het meest geschikt om een woning te bouwen die het ecosysteem zo min mogelijk belast? 2. Welk installatieconcept is het meest geschikt voor een woning die het ecosysteem zo min mogelijk belast?
Probleemanalyse Het begrip “duurzaam bouwen” wordt in de hedendaagse Nederlandse bouwwereld steeds vaker gebruikt. Echter wordt het begrip “duurzaam” op verschillende manieren benaderd. Vaak wordt een gebouw als duurzaam beschouwd als het lage energiekosten heeft of wanneer het een kleine CO 2 voetafdruk heeft. Een duurzaam gebouwde woning moet meer zijn dan een woning met een lage energierekening. Het is noodzakelijk dat in het gehele bouwtraject rekening wordt gehouden met de efficiëntie en duurzaamheid van dit traject. Van productieproces tot transport en van de verwerking tot het gebruik. Het traditioneel ‘Nederlands’ bouwen is niet geschikt om een woning op een duurzame manier te bouwen.
1
Projectsituatie Het project genaamd “Boddegat” is een plan om in Ede een sociaal en technisch duurzame woonwijk van ca. 30 woningen te realiseren in CPO verband. Toekomstige bewoners zijn samen opdrachtgever en hebben een grondpositie verworven waarbij de toekomstige bewoners een vereniging oprichten die optreed als ontwikkelaar. Bij het Boddegat is een groep van enthousiaste mensen ontstaan die op een duurzame en ecologische wijze een woonwijk aan de rand van de Veluwe willen realiseren. Doordat de rol van projectontwikkelaar opgenomen wordt door de vereniging, kunnen particulieren die bouwen in Collectief Particulier Opdrachtgeverschap zelf bepalen met welke architect en aannemer men in zee gaat. Bovendien kunnen bouwmaterialen of zelfs eventueel zonnepanelen samen ingekocht worden waardoor schaalvoordeel ontstaat. Een woning kan op deze wijze geheel naar eigen wensen tegen kostprijs worden gerealiseerd. Naast de voordelen die het CPO traject voor- en tijdens de bouwfase opleveren kan het voor mensen die in CPO verband iets realiseren, interessant zijn om op collectief niveau energie te gaan opwekken. Het collectief inkopen van een energiebronnen binnen een CPO groep kan bewoners minder afhankelijk maken van grote energieleveranciers. Eigen stroom opwekken en de woonwijk transformeren naar een energiemaatschappij. In de toekomst kan elk huis zijn eigen energiecentrale worden. Slimme netwerken kunnen energiestromen alle kanten op laten gaan. Het Boddegat is het schoolvoorbeeld voor decentrale energieopwekking en moet een voorbeeldfunctie gaan vervullen voor toekomstige te bouwen woonwijken.
2
Van vooronderzoek naar concept Het is dus duidelijk dat de bouw een duurzame ontwikkeling zal moeten ondergaan om aan de wensen van de EU te kunnen voldoen in het jaar 2020. Uit het onderzoek is gebleken dat hier op de volgende manier mee kan worden omgegaan:
Met een ecologisch verantwoord gebouwde woning die een hoog comfort niveau biedt voor de gebruiker en een geringe CO2-voetafdruk heeft. De woning moet energie neutraal zijn. Primaire energiebehoefte van de woning wordt gewonnen uit duurzame energiebronnen, denk hierbij aan zonne-energie en aardwarmte. Zonne- energie en aardwarmte komen uit het vooronderzoek als meest geschikte duurzame energiebronnen naar voren. Het gebruik van de constante aardwarmte zal de warmtevraag in de woning verlagen. De combinatie van zonneenergie en het gebruik van aardwarmte zal voor het hele jaar door in de warmtevraag van de woning kunnen voorzien. Architectonisch gezien zal zich dit vertalen naar een gebouw dat zijn oriëntatie afstemt op het zuiden. De zuid gevel zal veel glas bevatten om zo maximaal passief gebruik te maken van zonnewarmte. De overigen gevels zullen zoveel mogelijk gesloten moeten zijn. Geveldelen worden geïsoleerd met stro omdat het een hernieuwbare grondstof is met een hoge isolatiewaarde enerzijds en een goed warmteaccumulerend vermogen anderzijds.
De verschijningsvorm van de woning moet in het landschap passen. Dit houdt in dat er rekening gehouden moet worden met vorm, kleur en materiaalgebruik. Vanaf de noordzijde gezien valt de woning nauwelijks op in het landschap, denk hierbij aan een aardewal doorlopend naar een groen dak. Hout en leem zullen veel teruggezien worden in het gevelbeeld om een knipoog te geven naar de ecologische denkwijze. Hout als hernieuwbare en lokaal beschikbare grondstof is het meest voor de hand liggend als constructiemateriaal voor de draagstructuur. Wordt er gekozen voor leem dan bieden strobalen voor de houten draagconstructie een thermisch goed isolerend alternatief. Om opgewekte energie zo efficiënt mogelijk te benutten zal de woning een aantal technische consequenties opgelegd krijgen. Een aantal van deze consequenties zijn; een zeer goed geïsoleerde thermische schil, bij voorkeur een luchtdichte schil om luchtlekken te beperken, koude brug vrij uitgevoerde constructie en zowel de kozijnen als beglazing moeten goed isolerend worden uitgevoerd. Als casestudie wordt een vrijstaande 4 kamerwoning getoetst aan de bovenstaande voorwaarden.
3
Opbouw scriptie De scriptie is onderverdeeld in drie delen.
1. Vooronderzoek (Bijlage 3, 4 en 5) Het vooronderzoek bestaat uit twee literatuurstudies gebaseerd op de 2 deelvragen die zijn gesteld. In deze literatuurstudies wordt dus uiteengezet welke materialen uit de biosfeer het meest voor de hand liggen, anderzijds wordt er inzicht gekregen in de duurzame energiebronnen die in Nederland tot onze beschikking zijn en hoe deze het best kunnen worden gebruikt in de woningbouw. Naast de 2 literatuurstudies ligt er een referentieonderzoek. Dit referentieonderzoek dient een praktische benadering te geven op de 2 theoretisch georïenteerde literatuurstudies.
2. Casestudy Het onderzoek richt zich op de volgende onderdelen:
Uitgangspunten van de bio-ecologische woning; o
Architectuur
o
Bouwtechniek
o
Installatietechniek
o
Financiën
Bouwkundige uitwerking van de woning;
Toetsing van het energieverbruik en de CO2 emissie;
3. Conclusies & aanbevelingen In dit onderdeel zal een antwoord worden gegeven op de probleemstelling. Daarnaast worden er verschillende aanbevelingen gedaan om zo een terugkoppeling te geven op het verrichte onderzoek.
4
Uitgangspunten van de woning Energie-efficiënte bouwmethoden Uitkomsten van het vooronderzoek geven de volgende uitgangspunten voor het Eco Passiefhuis:
Verder kijken dan alleen duurzaam zijn op het gebied van CO 2- en energiereductie;
Maatregelen die benodigd zijn om het energiegebruik te reduceren, mogen niet ten kosten gaan van het comfort van de gebruiker(s).
Het binnenklimaat moet bevorderend zijn voor de gezondheid van de gebruiker(s).
Warmteverliezen beperken door zeer hoge isolatie waardes;
Warmteverliezen beperken door een zeer goede luchtdichtheid van het gebouw;
Warmtewinsten optimaliseren door gebruik te maken van passieve energie;
Zeer kleine energievraag benodigd om de woning te verwarmen;
Laag energiegebruik door efficiënte apparatuur;
Zo veel mogelijk hergebruikte, nagroeibare of onuitputtelijke grondstoffen gebruiken;
Materialen zo veel mogelijk lokaal beschikbaar (binnen een straal van 150 km);
Zo veel mogelijk gebruik maken van materialen uit de biosfeer tenzij het wegens technische mogelijkheden of comfort eisen niet mogelijk is, dan mag gekozen worden voor materialen uit de technosfeer;
Efficiënt ruimtegebruik.
Vanaf het schetsontwerp zal er goed moeten worden nagedacht over architectuur, materiaal, mens en energie. Van belang hierbij is dat de verschillende partijen al in een vroeg stadium mee beslissingen kunnen nemen. Het is daarnaast belangrijk dat in het project goed te zien is welke criteria van de woning prioriteit moeten krijgen. Zodoende kan men in toekomstige projecten gemakkelijk afleiden waar extra aandacht moet worden besteed. Hieronder zal nader worden omschreven aan welke criteria zich moet houden, als men kijkt op de vakgebieden; architectuur, bouwtechniek en installatietechniek.
5
Architectuur Oriëntatie Uit onderzoek is gebleken dat de woning gebruik moet maken van passieve zonne-energie. Dit heeft consequenties op zowel de oriëntatie van de woning als het gehele ontwerp. De wijk waarop dit afstudeeronderzoek gericht is zal bestaan uit 30 vrij staande woningen geplaatst in een beboste omgeving. Omdat elk van deze 30 woningen op het zuiden zijn georiënteerd en ze vrijwel dezelfde indeling krijgen zal men moeten spelen met de architectonische verschijningsvorm om zoveel mogelijk variatie te krijgen binnen de wijk. Een mogelijkheid zou zijn om wisselend om te gaan in het materiaalgebruik van de verschillende woningen.
Figuur 1; Stedenbouwkundig schetsontwerp van de wijk.
6
Zongerichtheid en gebruik van passieve zonne-energie. De ligging van het gebouw bepaalt uiteindelijk hoeveel licht er de woning binnenvalt en de mogelijkheid tot het benutten van zonne-energie. Zoals bekend komt het meeste licht en warmte vanuit het zuiden. De zuidgevel van het gebouw dient dus met aandacht worden ontworpen. Er is voor dit ontwerp gekozen voor een zuidgevel die in zijn geheel bestaat uit glas. Om oververhitting te voorkomen is het overstek zo ontworpen dat de zomerzon op het warmst van de dag buiten wordt gehouden en de winterzon zoveel mogelijk de woning in schijnt (zie ook bijlage 6 zonnestudie). Daarnaast kan men kiezen om verschuifbare lamellen voor de ramen plaatsen om verdere oververhitting in de zomer te voorkomen. Om zonnewarmte zo effectief mogelijk te kunnen gebruiken moet een deel van de zonnewarmte worden opgeslagen in bijvoorbeeld vloer, wand of gevel. Hiervoor is veel massa nodig, meer massa heeft namelijk een beter accumulerend vermogen. Omdat in de woning met veel lichte materialen wordt gewerkt moet er een alternatief worden gevonden om de zonnewarmte op te kunnen slaan. Een goede oplossing is om boven op de begane grondvloer een zandpakket te storten. Dit zandpakket van 20 cm dik versterkt het accumulerend vermogen van de gehele begane grondvloer. In de zomer kan men met een goede spui voorziening ’s nachts de woning drastisch koelen. Hierbij wordt ook de massa van de vloer worden gekoeld. De vloer kan dan overdag d weer worden gebruikt om de woning te koelen. Door ventilatie kan geaccumuleerde warmte of koude gedistribueerd worden naar verschillende ruimtes in de woning. Dit verminderd de warmtevraag. in de winter en de koellast in de zomer.
Figuur 2; Doorsnede woning; overstek ontworpen om zomerzon buiten te houden. Aarden wal Een van de voorwaarden van een bio-ecologische woning is dat deze zo veel mogelijk in zijn omgeving moet passen. De locatie van de casestudy die wordt gebruikt om deze woning uit te werken bevindt zich midden in de Veluwe. Dit is een van de redenen waarom er gekozen is om een aarden wal te plaatsen aan de achterzijde (noordzijde) van de woning. Het hellend dak zal worden uitgevoerd als een sedum dak waardoor de overgang van hellend dak naar de aardewal nauwelijks opvalt. Vanaf de noordzijde gezien zal men dan grotendeels een groene heuvel zien. De wijk ‘Boddegat’ moet een groene en natuurlijke overgang zijn tussen de stad en het natuurgebied de Veluwe. De aarden wal biedt naast een esthetisch voordeel ook een aantal andere voordelen. In de zomer zullen de ruimtes geplaatst tegen de aardewal koeler blijven.
7
Ruimtelijke relaties Alle ruimtes worden ontsloten vanuit een centrale gang. Hierdoor zijn er maar weinig directe relaties tussen de ruimtes. Alleen de woonkamer zal samen met de (leef) keuken één ruimte vormen. Men kan hier nog een scheiding maken tussen keuken en woonkamer door gebruik te maken van kleurverschillen of hoogteverschillen in vloer of plafond. Vanwege de grote glazen pui op het zuiden hebben de woonkamer en keuken niet alleen een relatie onderling maar ook met buiten. Het is van belang dat de vlonder op gelijke hoogte ligt met de bovenkant vloer en netjes op elkaar aansluit om zo het “buiten naar binnen” gevoel te versterken. In de uitwerking van de casestudy is gekozen voor deze indeling van de woning, maar omdat drager los van de inbouw staat zijn er uiteraard meerdere mogelijkheden (zie tekening nr. 406 in bijlagen tekenwerk).
Figuur 3; Ruimte indeling begane grond.
8
Bouwtechniek
Constructie De locatie van de case studie is gelegen in Ede. De wijk Boddegat ligt in een overgangsgebied van rivier kleigrond naar zandgrond. Het is hier noodzakelijk dat er gefundeerd wordt op palen. Dit is helaas in strijd met de ecologische gedachte waarin de woning wordt ontworpen. Er is namelijk meer beton nodig om de palen te kunnen storten. Vanuit deze gedachtegang wil men het gebruik van beton zoveel mogelijk vermijden. Om toch een realistisch beeld te schetsen nemen we de paalfundering mee in het ontwerp. Er zal een stroken fundering op palen worden toegepast die verbreedt wordt ter plaatse van de houten kolommen. Om het ecosysteem ook tijdens de bouw zo min mogelijk te belasten, worden de palen trillingvrij aangebracht in de grond doormiddel van een gevormde grondverwijderende betonpaal. Op het maaiveld wordt de paal afgewerkt en vervolgens wordt hierop de strokenfundering met een verloren bekisting toegepast van EPS. Dit heeft als voordeel dat de koudebrug tussen de funderingsstrook en het oplegpunt van de vloer vermeden wordt.
De draagconstructie zal bestaan uit een houten skelet van kolommen en liggers. Op de betonnen keerwand na wordt geen enkele wand dragend uitgevoerd. Om de stabiliteit te garanderen worden knopen tussen ‘hoofd’ ligger en kolom momentvast uitgevoerd. Daarnaast zullen windverbanden worden aangebracht. Dit wordt verduidelijkt in de volgende afbeeldingen. Op deze manier is de constructie in alle richtingen ‘stabiel’.
Figuur 4; Boven aanzicht Constructie, in rood aangegeven de stabiliteitsvoorzieningen.
Figuur 5; Voor aanzicht Constructie, in rood aangegeven de stabiliteitsvoorzieningen.
9
De grondruk die plaatsvindt aan de achterzijde van de woning wordt opgevangen door de stabiliteitswanden van de keerwand (U-vorm). Deze wanden staan loodrecht op de keerwand. Om stabiliteit in beide richting te realiseren worden de knopen tussen ligger en kolom momentvast gemaakt (zie figuur 6), en wordt er in een richting windverbanden aangebracht. Kolommen en liggers zijn gedimensioneerd op basis van vuistregels. In een volgende fase zal de constructie door een constructeur worden gecontroleerd.
Figuur 6; Linker zijaanzicht Constructie, in rood aangegeven de hoofdligger.
Figuur 7; Rechter zijaanzicht Constructie, in rood aangegeven de hoofdligger.
De eis ten aanzien van de brandwerendheid met betrekking tot bezwijken van de hoofddraagconstructie bedraagt voor een niet in een woongebouw gelegen woonfunctie 60 minuten mits geen vloer van een verblijfsgebied hoger ligt dan 7 meter boven het aansluitende terrein. De houten hoofddraagconstructie heeft zoals eerder aangegeven 3
een volumieke massa van 510 kg/m . Hiermee krijgt het hout een brandweerstand volgens EN 13501-1 van D-s2do. Hiermee heeft het hout van zichzelf voldoende brandwerendheid.
Figuur 8; ISO aanzicht van de houten draagconstructie met keerwand.
10
Materialisatie Om ecologisch verantwoord te bouwen moet er uiterst zorgvuldig worden omgegaan met de materiaalkeuze. Toegepaste materialen moeten zo veel mogelijk lokaal beschikbare grondstoffen zijn die een geringe CO2voetafdruk hebben. Daarnaast moet gebruik worden gemaakt van hernieuwbare materialen waar mogelijk.
Lokaal beschikbare grondstoffen kunnen afvalproducten zijn van een lokaal afvalverwerkingsbedrijf, maar het kan bijvoorbeeld ook lokaal Nederlands hout zijn. Het uitgangspunt is dat de gekozen materialen zoveel mogelijk uit de biosfeer komen tenzij het wegens technische mogelijkheden of door comfort eisen niet anders mogelijk is. In deze gevallen wordt er dan gebruik gemaakt van materialen uit de zogenaamde technosfeer. De woning zal dus sterk afwijken van de traditionele Nederlandse bouwmethoden. Houten draagstructuur Uit het vooronderzoek is naar voren gekomen dat als men een ecologisch verantwoorde woning wil bouwen de constructie uit een lokaal beschikbare grondstof moet bestaan die hernieuwbaar is. Hierin is hout als constructie materiaal naar voren gekomen. In het beeldkwaliteitplan van de gemeente Ede staat dat er gebruik gemaakt moet worden van inheemse en streekeigen bomen. In het ontwerpproces dient daar rekening mee gehouden te worden.
De woning is zeer gunstig gelegen wat betreft de voorradigheid van constructiehout in de nabije omgeving. De wijk waar het Boddegat gerealiseerd gaat worden grenst direct aan de Veluwe. De Veluwe mag zich het grootste natuurgebied van Nederland noemen. De bossen van de Veluwe strekken zich uit over diversen gemeenten en partijen. Een toonaangevende partij die bemiddelt in het duurzaam bosbeheer is ‘Veluws hout.’ Het gebied bestaat voornamelijk uit bomen van de grove den (pinus sylvestris). Het hout van deze boomsoort wordt grenen genoemd en is goed toepasbaar als zijnde constructiehout. Deze valt onder het genormaliseerde Nederlandse bouwhout in de sterkteklasse C18. Dit inlands Grenen valt binnen de duurzaamheidklasse III en is daarom matig duurzaam. Doordat de constructie volledig binnen de thermische schil geplaatst wordt zal deze een langere 3
levensduur kennen. De volumieke massa van het Grenen hout is 510 kg/m . Zoals te zien op de kaart (afbeelding 9), ligt het Boddegat op de scheiding van klei- en zandgrond. Op deze scheiding heeft de grove den het grootste 3
aandeel in de bebossing. Over de gehele Veluwe gezien is dit hout met een aandeel van 20.000 m grenen per jaar het grootste van alle houtsoorten. Zoals gezegd wordt het hout lokaal verwerkt en toegepast in de directe omgeving. Dit is zeer gunstig voor de reductie in de uitstoot van CO 2. Bovendien is het transport minimaal. Om in te springen op de 2020-eis van de EU is het belangrijk dat Nederland meer in zijn houtbehoefte kan gaan voorzien. Nu voorziet Nederland nog slechts voor 8% in zijn houtbehoefte. Met deze maatregel wordt daarnaast ook de sterke ontbossing in andere landen in onze wereld tegengegaan.
11
Wel geldt de regel dat er duurzaam moet worden omgegaan met onze bosbouw, dat wil zeggen dat er voor elke boom die gekapt wordt er minimaal een terug geplaatst dient te worden. Om binnen het lokale karakter te blijven wordt er zoveel mogelijk lokaal hout op locatie gekapt en door de mobiele zaagdienst ter plaatse tot kolommen, liggers en balkhout verwerkt. Daar waar het niet mogelijk is uit technische eisen wordt bouwhout elders vandaan gehaald. Naast het feit dat het omgaan met lokale grondstoffen goed is voor het milieu is het ook nog een mooie manier om een woning te bouwen.
Afb. 9: Grondkaart Nederland.
Afb. 10: Grove den.
Afb. 11: Mobiele zaagdienst (lokaalhout).
Beton (Fundering) Men wil in een bio-ecologische woning uiteraard zo min mogelijk beton gebruiken. Beton stoot namelijk in het productieproces een aanzienlijke hoeveelheid CO2 uit. Helaas kan beton niet worden vermeden in de woning. Er zal nog steeds met beton moeten worden gefundeerd. Ook de keerwand die wordt toegepast in de woning zal worden gestort in beton. Om de ecologische voetafdruk zo klein mogelijk te houden wordt er gekozen voor een betonmortel op basis van recyclingmaterialen zoals betongranulaat of spoorwegballast. Toevoeging van hoogovenslak zorgt voor substantiële verlaging van de CO2-uitstoot. PS-isolatievloer Er is gekeken naar de mogelijkheid om de begane grondvloer in een gedeeltelijk houten constructie uit te voeren. Dit om de hoeveelheid beton die gebruikt wordt tijdens de bouw te verminderen. Om de vloer een hoge sterkte te geven moet echter erg veel hout worden gebruikt en daarnaast moet de vloer ook nog goed worden geïsoleerd. Mede hierdoor is er gekozen voor een PS isolatievloer. Hiermee wordt met relatief weinig beton een hoge sterkte 2
bereikt en met de harde PS isolatie (210 mm) wordt een Rc-waarde van 4,0 m K/W behaald. Polystyreen kan 100% worden gerecycled en is in deze zin dus ook ecologisch verantwoord omdat het hernieuwbaar is.
De PS-isolatievloer is binnen een straal van 80 km beschikbaar. Op de Isolatie wordt een betonnen- vloer gestort van 50 mm dik. Op de betonnen vloer wordt vervolgens een zandpakket aangebracht van 200 mm dik. Dit om het warmteaccumulerend vermogen van de vloer te verhogen. Vervolgens wordt op het zandpakket de vloerverwarming aangebracht waarop daarna een anhydriet gietvloer wordt gestort van 70 mm.
Afb. 12: PS-isolatievloer principe
12
Stro Een groot gedeelte van de gevels zal bestaan uit stro. Stro is een product dat duurzaam wordt verbouwd, gewonnen en kan worden toegepast. Stro bevat 20 tot 40% koolstof, dus door stro in gebouwen te gebruiken slaat men al een hoeveelheid CO2 op. Daarnaast is stro ook uitstekend recyclebaar. Men kan stro composteren wanneer de gebruikerstijd afloopt. De strobalen kosten zo’n €2, - to €5, - per stuk en hebben afmetingen van b x h 2
x l;500 x 360 x 800 mm. Door de strobalen plat te stapelen kan men een R-waarde behalen van 8,0 m K/W. Van alle ‘biobasedmaterialen’ die zijn onderzocht heeft stro de hoogste warmteweerstand gecombineerd met een warmteaccumulerend vermogen. Dit betekend wel dat men en vrij dikke gevel krijgt van ± 550 mm. Ten slotte heeft een strobalen wand gecombineerd met leemstuc (tegen sommige verwachtingen in) een uitstekende brandwerendheid van >B90. Stro is een ademend materiaal. Het laat vocht en lucht door. Als het stro wordt dichtgeplakt/verzegeld met een waterkerende laag zal het uiteindelijk gaat rotten. Stro heeft dus goede ventilatie nodig om rotting te voorkomen. De meest ideale afwerking is een op leem gebaseerd pleisterwerk. Leem heeft namelijk een ademende werking waardoor het stro niet kan gaan rotten.
HSB Een klein gedeelte van de buitenwanden zal bestaan uit een dubbele Houtskeletbouw (HSB) wand gevuld met 2
Isovlas isolatie. Om de hoge Rc-waarde van 8,0 m K/W te behalen moet men wel een dubbele HSB wand gebruiken. Er is gekozen voor deze wandopbouw om wat meer variatie te krijgen in het gevelbeeld. De HSB wand wordt van buiten afgewerkt met gepotdekselde houten delen. Deze gepotdekselde delen worden behandeld met een oliebeits van bijvoorbeeld ‘Galtane’. Deze beits is geheel op basis van natuurlijke vernieuwbare grondstoffen. Hierdoor krijgen de gepotdekselde houten delen een langere levensduur. Binnenwanden De binnenwanden zullen opgebouwd zijn als enkele houtskeletbouw wanden gevuld met Isovlas vlaswol. Beide zijden worden afgewerkt met 15 mm multiplex. Binnenwanden aangrenzend aan slaapkamers worden akoestisch ontkoppeld met de constructie. De optie om stampleem te gebruiken als binnenwanden is ook bekeken. Het grote nadeel van stampleem als binnenwand is dat men niks aan deze wand kan hangen. Dit is dan ook de reden waarom stampleem niet wordt toegepast.
Dak Het dak zal bestaan uit een dubbelschalig dakelement van Isovlas. Het dakelement zelf zal maar liefst 402 mm 2
dik zijn. Hiermee wordt de voorafgestelde Rc-waarde eis van 9,0 m K/W behaald. De dakelementen worden vastgezet op de dakliggers (te zien in de constructie tekening afb. 9). Het dakelement wordt geïsoleerd met vlas. Vlas (afkomstig van de vlasplant)
wordt in Nederland verbouwd. Het is 100% her te gebruiken en als het wordt
opgenomen in de natuur dan is het 100% afbreekbaar.
Afb. 13: Opbouw dakelement Isovlas (Bron: www.Isovlas.nl)
13
Installatietechniek Inleiding Een zeer goed geïsoleerde schil (R-waarde van 8,0) en een luchtdicht gebouw zijn een pre voor een hoogwaardige energiehuishouding. Dit principe is gebaseerd op het passiefhuis concept. Het enige verschil bij de ecologisch verantwoorde woning is het feit dat de isolatie van de schil op natuurlijke basis is ontworpen. De vraag naar energie voor ruimteverwarming is minimaal door de relatief grote hoeveelheid energie die binnenvalt door zonnestraling. Warmteverliezen worden maximaal beperkt en een uitgekiende ventilatie zorgt voor een gezond binnenklimaat. De ambities voor de energievraag vertalen zich naar een primaire energievraag voor 2
ruimteverwarming van 15 kWh / m GBO / jaar de primaire energie- vraag voor de totale woning ligt op 120 kWh / 2
m GBO jaar. De minimale energievraag wordt bereikt door een zeer goede thermische isolatie; de isolatiewaarde 2
van de schil is Rc = 8 m K/W, drievoudig glas en geïsoleerde kozijnen en een uitstekende luchtdichting van 0,15 3
2
dm /s•m minimaliseren de verliezen. De (passief) ecologische verantwoorde woning kan in theorie nagenoeg zonder een conventioneel verwarmingssysteem zoals we die in de traditionele woningbouw kennen. Tijdens het stookseizoen zorgt de WTW en de vloerverwarming voor de afgifte van warmte binnen de woning, voor warmteopwekking zijn twee wezenlijk verschillende bronnen uiteengezet. Het eerste installatieconcept omvat het verwarmen doormiddel van een pelletketel met cv-systeem individueel per woning. Bij het tweede installatieconcept gebeurt verwarmen collectief middels een WKO opslag, deze zal verderop toegelicht worden. Uiteindelijk wordt vanuit de uitkomsten van Greencalc+ en EPW berekeningen, het meest verantwoorde installatieconcept gekozen.
Het installatieconcept wordt opgedeeld in 6 verschillende functies:
Verwarmen
Koelen
Ventilatie
Warm tapwater
Waterhuishouding
Elektriciteit gebruik
14
Installatieconcept(en)
Figuur 14; Installatieconcept 1: Individuele energievoorziening
Figuur 15; Installatieconcept 2: Collectieve energievoorziening.
15
Verwarmen
Concept 1: Verwarmen gebeurt met een individueel geplaatste pelletketel met cv-systeem. De pelletketel levert warm water voor het LTV-systeem (vloerverwarming). Deze kan de woning op een gelijkmatige en constante manier verwarmen en op temperatuur houden dit gecombineerd met een uitstekende isolatiewaarde van vloer, gevel en dak ontstaat een gebalanceerd verwarmingssysteem. Deze ketel werkt op dezelfde wijze als een gewone cvketel, is ook volledig geautomatiseerd en levert een behoorlijke besparing op in de stookkosten. Het voorraadvat voor de pellets zal uit het zicht in de aardewal geplaatst worden en is van buiten af te vullen door het toepassen van een te openen element. (Pelletketel cv-systeem LING; (www.verwarmenmetpellets.be). Met een pelletmachine is het mogelijk zelf pellets te maken uit houtafval, houtkrullen, zaagsel, mest, bladeren, papier, karton, hooi, stro, gassen, dennenappels enz. Ideaal om bijvoorbeeld ongewenst tuinafval om te zetten in een brandstof. Met pelletketels kan tot 40% bespaard worden in stookkosten t.o.v. een traditioneel installatiesysteem.
Figuur 16: Pelletketel met cv-systeem.
Figuur 17: LING pelletketel met cv-systeem.
Concept 2: Verwarmen vindt plaats doormiddel van een collectieve warmte koude opslag installatie (wko). Binnen de wijk worden twee bronnen geslagen. Een bron verzorgt het warmwater toevoer, de andere bron is voor het afvoeren van het afgekoelde water. De bronnen worden geboord tot een diepte van ongeveer 2000 meter. Het grondwater heeft hier een temperatuur van ± 75 °C. De bronnen zijn centraal gelegen in de wijk geslagen. Via een klein leidingnet wordt de warmte verdeeld over de woningen. Indien het te koud wordt in de woning zorgt de thermostaat in de woning er voor dat de collectieve warmtepomp gaat draaien. Daardoor komt voorverwarmd water ook wel bronenergie genoemd, via het distributienet van de wijk de woning binnen. Door de zonneboiler in de woning kan het water dat vanuit de centrale technische ruimte naar de woning wordt getransporteerd verder opgewarmd worden indien nodig. Dit is echter alleen het geval op ‘extreem’ koude winterdagen. Indien nodig kan er in de zomer extra gekoeld worden met dit systeem. Omdat het om kleinschalige woningbouw gaat is dit meestal niet nodig omdat de koudevraag van de woning minimaal is en gemakkelijk opgevangen kan worden d.m.v. zomernachtventilatie.
16
Koelen
Concept 1: Koeling vindt plaats doormiddel van zomernachtventilatie.
Concept 2: Er bestaat de mogelijkheid om te koelen doormiddel van koude opslag in de bodem. De consequentie hiervan is goed te zien in de EPW-berekening. Koelen met het WKO systeem in zomerbedrijf resulteert naar een lagere EPC-waarde.
Ventilatie
Concepten 1&2: De aanvoer van ventilatielucht vindt plaats met een grondbuisventilatie. De aardewal biedt plaats voor het buizensysteem t.b.v. de grondbuisventilatie. In de zomer wordt aangevoerde buitenlucht in de aardewal gekoeld ( ± 10°C). In de zomer vindt het tegenovergestelde plaats, de lucht wordt dan iets verwarmd door de aardewal. Omdat de toevoerkanalen een langere afstand moeten overbruggen zal de ventilator meer vermogen nodig hebben. De consequentie hiervan is dat er geluidsoverlast van de ventilator of eventuele tochtklachten kunnen ontstaan. Er wordt aangeraden om de dimensies van de toevoerkanalen te vergroten. Dit vermindert namelijk het geluidniveau van de ventilator. De ventilatievoorziening in de woning is gebaseerd op gebalanceerde ventilatie met mechanische aanvoer van lucht in de verblijfsruimten en afvoer via de keuken, badkamer, toilet, berging en de technische ruimte. De afgevoerde lucht geeft zijn warmte grotendeels af aan de toevoerlucht, waardoor deze wordt opgewarmd volgens het WTW-principe. Om in de warme zomernachten de woning te koelen zal er gebruik worden gemaakt van zomernachtventilatie door middel van thermische trek. Er worden inbraakwerende luiken in de gevel aangebracht waar ’s nachts koele lucht de woning kan binnendringen. In de raampartijen onder de dakrand kan de lucht weer ontsnappen. Dit idee is afgeleidt van een termietenheuvel. Deze staan zeer warme omgevingen maar zijn van binnen toch koel. Dit is mede te danken door de hoeveelheid tunnels waar lucht doorheen spuit en vervolgens bovenin de termietenheuvel verlaat.
Warm tapwater
Concept 1: Warm tapwater wordt geheel verzorgd door de pelletketel met cv-systeem.
Concept 2: Omdat er geen verwarmingstoestel in de woning aanwezig is, moet er op een oplossing gevonden worden voor de warmtapwaterbereiding. Een zonneboiler biedt hierbij een uitkomst. De zonneboiler bestaat uit een collector en een opslagvat in de woning. De collector is ingebouwd in het schuine dak aan de voorzijde van de woning en zet zonlicht om in warmte. Die warmte wordt, via een gesloten vloeistofcircuit en een warmtewisselaar, afgegeven aan leidingwater in een opslagvat. Het water uit het opslagvat stroomt via een elektrische naverwarmer naar de tappunten in de woning. Deze elektrische naverwarmer haalt zijn elektriciteit uiteraard uit de PV-panelen.
17
Waterhuishouding Ook met de waterhuishouding zal duurzaam moeten worden omgegaan. Hierbij kan men denken aan de toepassing van waterbesparende maatregelen,
zoals het opvangen van hemelwater en gebruiken voor
toepassingen waar geen drinkwater voor nodig is.
Waterbesparende maatregelen:
Allereerst zal gebruik worden gemaakt van een waterbesparende douchekop. Het watervolume wordt door de douchekop verminderd maar het “nat-makende” vermogen van het water wordt hierbij niet verminderd.
Daarnaast worden op alle kranen een doorstroombegrenzer en een schuimstraalmondstuk gezet. De doorstroombegrenzer zorgt ervoor dat er minder water per minuut door de kraan komt, zonder dat dit ten koste gaat van het comfort. De schuimstraalmondstukken voegen lucht toe aan de waterstraal, zodat de straal wat voller lijkt.
Het toilet kan uit 2 verschillende opties bestaan, namelijk; o
Composttoilet. Voor het composttoilet is geen water nodig. De nieuwste innovaties in composttoiletten gaan niet ten koste van het comfort. Wel moet er eens in de 2 tot 4 weken de compostbak worden geleegd.
o
Een 6L spoelbak met spaarknop en spoelonderbreking.
Gebruik van hemelwaterafvoer:
Men kan hemelwater gebruiken voor het doorspoelen van het toilet, besproeien van de tuin of voor de wasmachine. Het is goed mogelijk om een kunststof regenwatertank achter de woning in te graven. Door middel van de zwaartekracht zal regenwater vanuit de hemelwaterafvoer de tank inlopen. Bij het vollopen van de tank wordt overtollig regenwater afgegeven aan het riool of door middel van infiltratie weer afgegeven aan het grondwater. In de woning zal een kleine pomp benodigd zijn om het (licht gezuiverde) regenwater op te pompen voor gebruik.
Figuur 18: Hemelwateropvang( bron: GEP)
18
Elektriciteit Het gemiddelde elektriciteit gebruik van de woning bedraagt 5421 kWh/jaar. Dit is bepaald vanuit de resultaten verkregen uit de EPW berekening. Er is dus een PV- installatie benodigd die 5421 kWh per jaar kan opbrengen. In Nederland kan men er van uit gaan dat één wattpiek een opbrengst kan leveren van 1 kilowattuur stroom per jaar. De PV-cellen van Bisol Premium series (monokristallijne) © hebben een wattpiekvermogen van 265. Uitgegaan van het vooraf gestelde gegeven dat 1 wattpiek, 1 kWh is mag het totale elektriciteit gebruik gedeeld worden door het wattpiek vermogen van 1 paneel. Bij de berekening voor het gemiddelde energiegebruik van de ontworpen woning op jaarbasis is rekening gehouden met de zogenaamde best-of-class apparatuur binnen in de woning (Greenem 2010).
Aantal panelen benodigd: 5421 / 265 = 20,46 panelen Afmetingen paneel:
1.692 mm x 1.016 mm x 29 mm (lxbxh)
Benodigd oppervlakte:
1,692 m x 1,016 m x 20,46 = 35,17 m panelen.
2
19
Financieel Vergelijking energiekosten Bij duurzaam en ecologisch bouwen denkt men aan het verstandig omgaan met grondstoffen en het reduceren van afval. Met een minimale energievraag en maximale isolatieschil van de woning. Vanuit de gebruiker gezien wil deze bovendien een hoog comfortniveau binnen de woning. Naast het feit dat een woning die bestempeld is als duurzaam simpelweg beter verkoopt, zijn de maandlasten voor energiekosten nul. Met behulp van EPW berekeningen is het energiegebruik berekend voor een referentiewoning en het eigen ontwerp. In de tabel verderop zijn het energiegebruik en de kosten (o.a. terugverdientijd) weergegeven van de woningen.
Referentiewoning De referentiewoning waaraan getoetst wordt is een traditioneel gebouwde jaren ’30 (stijl) woning die opgeleverd is in 2011. Kenmerkend aan deze woning is dat deze gebouwd is volgens de huidige traditionele bouwpraktijk zoals we die nu veelal zien in Nederland. De woning heeft een vloer op zand, gevels met een binnenblad van kalkzandsteen, een buitenblad van traditioneel rood metselwerk en een hellend dak met standaard dakplaat. De Rc waardes voor vloer, gevel en dak zijn respectievelijk: 3,3 voor de vloer en 4,0 voor zowel gevel als dak. De woning wordt verwarmd doormiddel van een individueel centraal verwarmingstoestel; een HR-107 Ketel. Afgifte van warmte vindt plaats via een hoog temperatuursysteem (HT) op basis van traditionele radiatoren. Er wordt geventileerd middels een gebalanceerde mechanische luchttoe- en afvoer met voorverwarming door warmteterugwinning. De energieprestatiecoëfficent van de woning bedraagt 0,82.
Figuur 19: De referentiewoning waaraan het energiegebruik wordt getoetst.
20
Energieverbruik referentiewoning Primair energieverbruik Gas Verwarming
31536 MJ = 897 m
3
Warm tapwater
17219 MJ = 490 m
3
Subtotaal gasverbruik (referentiewoning)
48755 MJ = 1387 m
3
Elektriciteit Verlichting
9014 MJ = 2504 kWh
Ventilatie
6195 MJ = 1720 kWh
Hulpenergie
3748 MJ = 1041 kWh
Verbruik apparatuur*
4986 MJ = 1385 kWh
Subtotaal elektriciteit (referentiewoning)
23940 MJ = 6650 kWh 3
Tabel 1: Energiekosten referentiewoning (uitgaande van een bovenwaarde van 35,17 MJ/m voor NL aardgas).
Energieverbruik eco-passiefhuis Primair energieverbruik Elektriciteit Verwarming
3892 MJ = 1081 kWh
Warm tapwater
----------------------------
Verlichting
6769 MJ = 1880 kWh
Ventilatie
4652 MJ = 1292 kWh
Hulpenergie
1218 MJ = 338 kWh
Verbruik apparatuur*
4986 MJ = 1385 kWh
Subtotaal elektriciteit (ontworpen woning)
19517 MJ = 5421 kWh
Tabel 2: Energiekosten ontworpen woning (*energiegebruik energiezuinige apparatuur vlgs. www.greenem.nl) De totale hierboven berekende energiekosten omvatten het primaire energieverbruik (energie die benodigd is voor verwarming, warm tapwater, verlichting, ventilatie en hulpenergie) en het secundaire energieverbruik (verbruik door apparatuur volgens www.greenem.nl). Het gemiddelde energieverbruik van een huishouden voor apparatuur bedraagt 1385 kWh/jaar. Ondanks het feit dat de ecologisch verantwoorde woning weinig energie nodig heeft voor verwarming ligt het totale elektriciteitsverbruik nog relatief hoog, dit komt doordat alles elektrisch wordt opgewekt. Uit de berekening van het aantal zonnepanelen volgt dat er 21 panelen benodigd zijn om de woning geheel zelfvoorzienend te laten zijn. De investeringskosten voor zonnecellen, een klein collectief bodemwarmtepomp en een zonneboiler inclusief installatiekosten bedragen € 24200,-. De vaste energiekosten voor de ecologische woning op jaarbasis zijn nul. Voor de referentiewoning zijn de kosten voor gas op jaarbasis € 3
901,55 (€ 0,65 / m ) en voor elektriciteit € 1463,00 (€ 0,22 / kWh). De komt neer op € 2364,55 aan energiekosten op jaarbasis voor de referentiewoning. De eenmalige investering die gedaan moet worden bij energieneutrale woning ligt op € 24200,00. Als deze investering op de bank zou worden gezet zou er in plaats van winst op energiekosten, rente over dit bedrag gewonnen kunnen worden. In de volgende berekening zijn een aantal aannames gemaakt; Vermogensbelasting = 1,2% Rente na aftrekking vermogensbelasting = 3,8% Stijging energieprijzen per jaar = 2% Tijdsbestek = 10 jaar. Inflatie is niet meegenomen in de contante berekening! (Zie grafiek 1). 21
Contante berekening € 50000,000 € 45000,000 € 40000,000
Euro
€ 35000,000 € 30000,000 € 25000,000
Winst door rente
€ 20000,000
Investering
€ 15000,000 € 10000,000 € 5000,000 € ,000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Grafiek 1: Contante berekening Investering in duurzame energie.
Uit de contante berekening kan geconcludeerd worden dat men na ongeveer 17 jaar de investering terug gaat verdienen. De investeringskosten voor energie zijn nu nog vrij hoog waardoor de terugverdientijd nog redelijk lang is. De prijs van elektriciteit die met zonne-energie wordt opgewekt is in hoog tempo aan het dalen. We zijn bijna op het omslagpunt waar zonne-energie minder duur is dan conventionele energie. Bovendien verbeteren de energieopbrengsten van de zonne-energiesystemen enorm. In de GreenCalc+ en GPR-berekeningen is te zien dat pv-cellen slecht scoren op materiaalniveau. Hier staat echter tegenover dat de energieprestatie cijfers zeer hoog scoren. Conclusie: de terugverdientijd wordt in de nabije toekomst korter omdat prijzen van duurzame energie technieken jaarlijks dalen.
22
Toetsing van het energieverbruik en de CO2 emissie
EPW-berekening De EPW-berekening wordt in Nederland meestal gebruikt als bouwbesluittoets. Voor nieuw te bouwen woningen is de EPC eis 0,60. De EPW-berekening is echter niet uitgevoerd als bouwbesluittoets omdat vooraf al bekend is dat deze eis zeer gemakkelijk behaald kan worden met de vooraf gestelde ambities. Uitkomsten uit de EPWberekening worden gebruikt om een vergelijking te kunnen maken tussen de referentiewoning zoals eerder beschreven en de eigen ontworpen woning. In de staafdiagrammen hieronder is deze vergelijking weergegeven. Primair energiegebruik Het primair energieverbruik aangegeven in megajoule (MJ) is met maar liefst 75% lager ten opzichte van de referentiewoning (zie staafdiagram 1).
70000 60000 50000 40000 30000
Referentiewoning
20000
Ecologisch verantwoorde woning
10000 0
Totaal Verwarmen Tapwater Hulpenergie Ventilatie Verlichting (MJ) Referentiewoning Ecologisch verantwoorde woning
31536
17219
3748
6195
9014
67712
3892
0
1218
4652
6769
16531
Staafdiagram1 Primair energieverbruik Referentiewoning t.o.v. Ecologisch verantwoorde woning Om meer inzicht te krijgen in de verlaging van het primair energieverbruik worden de waardes in megajoule 3
omgerekend naar m gas en kWh elektriciteitsverbruik. Zo wordt het duidelijk hoeveel er nu precies bespaard kan worden. (zie staafdiagram 2)
23
Gas m³
Elektriciteit (kWh)
CO2 emissie (kg)
8000 6000 Referentiewoning 4000
Ecologisch verantwoorde woning
2000
Verschil
0 -2000 -4000
Gas m³ Referentiewoning 1387 Ecologisch verantwoorde woning 0 Verschil - 1387
Elektriciteit (kWh) 6650 5421 -1229
CO2 emissie (kg) 3629 184 -3445
Staafdiagram 2: Primair energieverbruik Referentiewoning t.o.v. Ecologisch verantwoorde woning / CO 2 Emissie per jaar In bovenstaand staafdiagram is duidelijk te zijn dat zowel het gasverbruik als het elektriciteitsverbruik flink gedaald is. Het gasverbruik is uiteraard met 100% gedaald omdat men niet meer afhankelijk wil zijn van fossiele brandstoffen. Elektriciteitsverbruik is met 18% gedaald. De CO2-emissie is met maarliefst 95% verminderd. Uit de EPW-berekening is het volgende resultaat gekomen; EPC- berekening EPC- waarde Energielabel
Referentiewoning 0,82 A
Eco passiefhuis 0,04 A++++
Tabel 3: Labelklasse op basis van EPC-waarde. Zie bijlage 7 en 8 voor de volledig ingevulde EPW van zowel de Ecologisch verantwoorde woning als de referentie woning.
24
GPR- berekening De woning moet niet alleen op energetisch niveau uitblinken, maar ook op materiaalgebruik en comfortniveau. De bewoner en het milieu spelen hierbij de hoofdrol. Om een inzicht te krijgen hoe met deze punten rekening is gehouden in het gebouw is er gebruik gemaakt van het programma “GPR gebouw”. In dit programma kan men de woning toetsen op DUBO- ambities. Na invoer van de ecologisch verantwoorde woning worden prestaties in 5 verschillende
modulen
weergegeven.
Namelijk;
Energie,
Milieu,
gezondheid,
gebruikskwaliteit
en
toekomstwaarde. Voor elk van deze thema’s wordt een kwaliteitsoordeel gegeven op schaal 1 tot 10. Elk thema begint op de beginwaarde van 6,0. Dit staat gelijk met het Nederlands bouwbesluit (nieuwbouw). Hier wordt het bouwbesluit uit 2003 aangehouden. Het kan zijn dat er ergens negatief gescoord wordt, in dit geval voldoet het thema niet aan het bouwbesluit. Hoe hoger het cijfer, hoe lager de milieubelasting is. Omdat gebruik is gemaakt van een demo versie van GPR gebouw, kan men de ingevoerde woning slechts vergelijken met een 2 onder een kap woning. In Bijlage 9 is de volledig ingevulde GPR berekening te zien. In de GPR berekening heeft het thema ‘Milieu’ een zeer grote invloed op de uiteindelijke GPR score. Omdat niet alle gebruikte materialen daadwerkelijk kunnen worden ingevuld in GPR gebouw is de score niet helemaal op waarheid gebaseerd. Mede hierdoor wordt er onder het gemiddelde gescoord op het thema milieu. Het gebruik van PV-cellen en driedubbel glas hebben ook een negatieve werking op deze score.
Figuur 20: Duurzaamheidtabel Ecologisch verantwoorde woning Van link naar rechts: Energie, Milieu, Gezondheid, Gebruikskwaliteit en Toekomstwaarde.
25
GreenCalc+ berekening Om een beeld te vormen wat het Eco Passiefhuis nu met het milieu doet, is er een GreenCalc+ berekening gemaakt van de woning. Met GreenCalc+ kan men de duurzaamheid van een gebouw in kaart brengen. De woning wordt getoetst op 3 thema’s, namelijk; materiaalgebruik, watergebruik en energiegebruik. Deze thema’s worden vertaald in een score genaamd; de milieu-index. Deze index geeft snel weer of een gebouw duurzaam is of juist niet.
De MIG (Milieu-Index Gebouw) wordt berekend door de duurzaamheid van het pand te vergelijken met duurzaamheid van een standaard gebouw uit 1990. Het standaard gebouw heeft een MIG waarde van 100. Alles boven de 100 is dus duurzamer dan het gebouw uit 1990. Het standaard gebouw dat Greencalc+ zelf invoert was qua oppervlakte niet te vergelijken. De oppervlakte van de referentiewoning is daarom aangepast om een realistischer beeld te krijgen. Hierdoor mag de uitkomst niet meer een MIG score worden genoemd, maar men moet het een ‘eigen-index’ noemen. In tabel 4 zijn de uitkomsten van het Eco Passiefhuis te zien.
Milieukosten per jaar
2
Milieukosten/m BVO
Eigen-index
Ontw.
Ref.
Ontw.
Ref.
Materiaal
€ 223,-
€205,-
€ 1,62
€ 1,49
92
Energie
€ 57,-
€ 747,-
€ 0,41
€ 5,42
1317
Water
€ 34,-
€ 72,-
€ 0,24
€ 0,52
214
Totaal
€ 313,-
€ 1.024,-
€ 2,27
€ 7,44
327
Tabel 4 Milieukosten totaal [eco passiefhuis] In bijlage 10 is de volledige GreenCalc+ berekening te vinden. Onze ‘eigen-index’ komt uit op 327. Dit houdt in dat de woning 3,27 keer beter is dan de referentiewoning uit 1990. Weer wordt er op energie enorm goed gescoord en op materiaal gebruik minder. In GreenCalc+ kan men op een meer uitgebreide manier de materialen invoeren, maar nog steeds kan men niet elk materiaal toekennen. Ook hier zien we terug dat zonnepanelen en HR+++ glas erg nadelig zijn voor de materiaalindex.
26
Conclusie & Aanbevelingen. Conclusie Wil men een woning bouwen die het ecosysteem zo min mogelijk belast en de bewoner een maximaal comfort kan bieden dan moeten tijdens het ontwerpproces de volgende uitgangspunten worden aangehouden;
Materialen gebruikt in de woning zijn lokaal beschikbaar, hernieuwbaar en hebben een geringe CO 2 voetafdruk, tenzij het wegens technische- of comfort eisen niet mogelijk is dan mag er gekozen worden voor materialen uit de technosfeer.
De woning moet zelfvoorzienend zijn in haar energiebehoeften;
De woning moet in haar omgeving passen om het plaatselijke ecosysteem zo min mogelijk te belasten;
De woning moet een hoog comfort bieden voor de gebruiker(s).
Uit het onderzoek en bouwkundige tekenwerk kan tevens geconcludeerd worden dat het in de praktijk vaak erg lastig is om enkel materialen uit de biosfeer toe te passen omdat technische- en comforteisen in de weg liggen. Als men het energieverbruik voor ruimteverwarming vergelijkt met die van een traditionele vrijstaande woning dan blijkt dat deze maar liefst 75% lager ligt en conventionele energie niet langer benodigd is. De CO2 emissie van de woning is nihil, slechts 184 kg. Uit zowel de GPR-berekening als de GreenCalc+ berekening blijkt dat de woning nog niet goed scoort op materiaalgebruik terwijl bij het gehele ontwerptraject hier in zeer sterke mate aandacht aan besteed is. Dit is te wijten aan het feit dat dergelijke rekenprogramma’s nog niet ingespeeld zijn op de excentrieke materialisatie van deze woning en de mate van toegepast gerecycled materiaal voor pv-cellen en glas niet meegenomen kan worden. Het toepassen van duurzame materialen in de woning is dus zeker een vereiste. Met het verrichte onderzoek en technische uitwerking is het mogelijk een aantal cruciale aanbevelingen te geven.
Aanbevelingen Aanbeveling 1: Materiaalgebruik Om concreet aan te kunnen geven wanneer materialen nu daadwerkelijk ecologisch verantwoord zijn, is een GPR of GreenCalc + berekening dus niet afdoende. Als er behoefte is naar een gestructureerde methode om de milieu-impact van materialen te meten, wordt er aangeraden om op elk gebruikt materiaal een Levens Cyclus Analyse (LCA) toe te passen. De informatie uit een LCA kan men gebruiken om te bepalen waar in de keten de meeste milieu (of energie) belasting plaatsvindt.
Aanbeveling 1: Gebruik wanneer mogelijk lokale materialen uit de biosfeer Het is aan te bevelen materialen met een geringe CO2-voetafdruk te gebruiken die lokaal gewonnen en gefabriceerd worden. Hierdoor wordt recyclage van materialen gemakkelijker en de CO2 emissie minimaal.
27
Aanbeveling 2: Maak gebruik van passieve zonne-energie en warmteaccumulerende bouwdelen De zuid gevel van het gebouw is een glazen gevel. De ruimtelijke indeling binnen het gebouw zorgen er voor dat laagstaande winterzon zo ver mogelijk het gebouw in kunnen vallen. In de zomer dient de warme zomerzon buitengehouden te worden door een overstek op het zuiden. De vloer dient extra massa te krijgen middels een vast zandpakket voor warmteaccumulatie. Net als gevels van stro die het behaaglijkheidniveau in de woning verhogen zodat de wanden op en een gelijkmatige manier warmte af kunnen geven aan het gebouw.
Aanbeveling 3: Laat de woning opgaan in haar omgeving Als laatste is aan te bevelen dat een Eco Passiefhuis zo veel mogelijk moet passen in haar omgeving. Dit kan men bereiken door op een juiste manier om te gaan met kleur en materiaalgebruik. In combinatie met een aarden wal dient de woning een overgang te zijn tussen openbare ruimte en natuurgebied.
28
Bronnen Literatuur: Balcomb, Douglas J.(1992). Passive Solar Buildings, MIT Press.
Duffie, J., Beckman W.( 1991). Solar Engineering of thermal processes, 2nd edition, J.Wiley and Sons, New York.
Friedemann, Mahlke; Gernot, Minke (2005), Building with straw: design and technology of a sustainable architecture. Basel: Birkhäuser.
Hastings, R., Wall, M., & Hastings, S. R. (Eds.). (2006). Sustainable Solar Housing: Two Volume Set. Routledge.
Noord, G.J. (1994) Milieuvriendelijk bouwen. TU Delft Ouwehand, J., Papa, T.J.G., Gilijamse, W., Geus, J. (2005). Toegepaste Energietechniek deel 2. Den Haag: Sdu Uitgevers.
Roaf, S., Fuentes, M., & Thomas, S. (2007). Ecohouse 3: A Design Guide. Architectual Press.
Spiegel, R., & Meadows, D. (2010). Green building materials: a guide to product selection and specification. Wiley.
Internet: www.activehouse.info www.isovlas.nl www.knmi.nl www.nibe.info www.nulwoning.nl www.passiefhuisplatform.be www.passivhausfenster.at www.pavatex.nl www.rijksoverheid.nl www.sbr.nl www.vibe.be www.vnp-betonmortel.nl
29
