Energie-efficiëntie bij gebouwen beleidskader, potentieel en valkuilen. Prof.dr.ir.-arch. Dirk Saelens Afdeling Bouwfysica, KU Leuven Energyville

Energie-efficiëntie bij gebouwen beleidskader, potentieel en valkuilen Prof.dr.ir.-arch. Dirk Saelens Afdeling Bouwfysica, KU Leuven Energyville

Inhoud • Inleiding – Aandeel en belang van gebouwen – Energie-efficiëntie

• Energiebeleid – Energiebeleid in Europa – Energiebeleid in Vlaanderen

• Potentieel en valkuilen – Capita selecta

• Besluiten 2

Inleiding • Aandeel en belang van gebouwen in België – TPES (2011) = 59 Mtoe (= 2470 PJ) (bron IEA World Energy Outlook) TPES gebouwen in België: 940 000 000 000 000 000 J TRANSPORT: 28 %

Transport: lucht 4%

Transport: binnenscheepvaart 1%

Transport: spoor 1% Transport: weg 22%

Industrie 34%

INDUSTRIE: 34 % Gebouwen: overige 2% Gebouwen tertiair 10%

GEBOUWEN: 38 %

Gebouwen: residentieel 26%

3

Inleiding • Energie-efficiëntie? – Energievraag versus energiegebruik Trias Energetica

gebruik van efficiënte technologieën

gebruik van hernieuwbare bronnen

verminderen van de energievraag

4

Inleiding • Energie-efficiëntie? – Verminderen van de energievraag is essentieel! • • • •

Het vermindert het energiegebruik Het laat toe om hernieuwbare bronnen in te zetten Het laat toe om efficiënte traditionele technologieën in te zetten Het vermindert ook de piekbelasting

– Energie-efficiëntie speelt in op: • Energievraag = hoeveel heeft het gebouw nodig om comfort te kunnen leveren: aandacht voor bouwkundige parameters. • Energiegebruik = houdt rekening met het rendement van de installatie die de energievraag van het gebouw levert: aandacht voor installaties. 5

Energiebeleid • Energiebeleid in de Europese context – Ratificatie (2002-05-31) van het Kyoto-protocol (tegen 2008 – 2012 vermindering CO2-uitstoot met 7.5 % voor België tov 1990)

6

Energiebeleid • Energiebeleid in de Europese context – Gebouwencontext: • Energieprestatieregelgeving EPBD: 2002/91/EU (2002) (Energy performance of buildings directive) – Methode om de energieprestaties van gebouwen te berekenen – Eisen m.b.t. onderhoud van installaties – Eisen m.b.t. comfort (oververhitting en ventilatie)

• EPB heeft wel degelijk invloed: Tov 2003 is in 2012 het finaal energiegebruik in de residentiele sector in Vlaanderen gedaald met 15,6 % tot 212 PJ 7

Energiebeleid • Energiebeleid in de Europese context – Gebouwencontext: • Energieprestatieregelgeving EPBD: 2002/91/EU (2002) (Energy performance of buildings directive) – Methode om de energieprestaties van gebouwen te berekenen – Eisen m.b.t. onderhoud van installaties – Eisen m.b.t. comfort (oververhitting en ventilatie)

• Recast EPBD (2010/31/EU 2010) – Aandacht voor effectieve implementatie + bestaand patrimonium – Introductie van kost-optimaal denken – bijna-energieneutrale gebouwen (BEN) (nZEB) tegen eind 2020 (2018 voor publieke gebouwen)

8

Energiebeleid • Energiewetgeving in de Vlaamse context – Energiecrisis: meer en meer aandacht voor isolatie. Resulteert in 1992 in K-peil regelgeving (K55 – K40) – Vertaling van de Europese regelgeving 2002/91/EU (2002) • Vlaanderen: EPB sinds 2006-01-01: E100, E80 vanaf 2010 (woningen), E70 vanaf 2012, E60 vanaf 2014 Berekening voor woningen: EPW

Berekening voor niet-residentiële gebouwen: EPU

9

Energiebeleid • Energiewetgeving in de Vlaamse context Recast EPBD (2010/31/EU 2010)

• Vanaf 2014: E60 • Eis aan netto-energiebehoefte: 70 kWh/m²a • Eisen om hernieuwbare energie te implementeren: – 10 kWh/jaar energie per m² bruikbare vloeroppervlakte uit hernieuwbare energiebronnen – één van de zes maatregelen toepassen 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Zonneboiler Warmtepomp Aansluiting op warmtenet PV Biomassa Participatie

10

Energiebeleid • Energiewetgeving in de Vlaamse context – Continue evolutie van de eisen

tegen eind 2020: bijna-energieneutrale gebouwen (BEN) (nZEB) (eis: E30 woningen, E40 tertiair)

11

Energiebeleid • Wat met bestaande gebouwen? – Focus bij regelgeving ligt vooral op nieuwbouw – Energiegebruik in het bestaand patrimonium is zeer groot – De vervanggraad van gebouwen is zeer laag (typisch 1 tot 1.5 % per jaar)

12

Energiebeleid • Wat met bestaande gebouwen? – Eisen opgelegd bij renovatie: • Minimale isolatiekwaliteit nieuw te bouwen delen • Minimale ventilatievoorzieningen (bij vervanging van ramen)

– Energieprestatiecertificaat (EPC) • EPC verplicht bij verkoop en verhuur van woongebouwen • EPC verplicht voor publieke gebouwen – Toekomst: – Energiebeleidsovereenkomst – BEN voorloper

13

Potentieel en valkuilen •

Huidige eisen: moeilijk haalbaar? – E-peil • Basis = database van 85 werkelijk gebouwde woningen • Nieuwe EPB-software 2014 • Verschillende technieken-combinaties toegepast op de database • >85% van de woningen <E60 of <E30 => eis E-peil voldaan

– Betaalbaarheid • Basis : 1 vrijstaande woning waarvan alle prijzen gekend (zie plannen) • Alle gekozen maatregelenpakketten worden hierop toegepast • Evaluatie of totale kostprijs (excl. BTW) binnen bouwbudget 250000-300000€ 14

Potentieel en valkuilen Lezing Agoria

Maatregelenpakketten 2014 (E60) Variant 1

Variant 2

Variant 3

Variant 4

Warmte-isolatie: K-peil

35

35

35

35

Benutting thermische massa

x

x

x

x

Luchtdichtheid V50

4

4

4

4

Vloerverwarming Radiatoren

x x

x x

x x

x x

Opwekkingstoestel

Condensatieketel Condensatieketel Condensatieketel Condensatieketel

Beperken lengte tapleidingen Ventilatie

x A vraaggestuurd (P3) (fDC=0,80)

x A vraaggestuurd (P3) (fDC=0,80)

x C vraaggestuurd (P3) (fDC=0,40)

x D (WTW 79%) (fDC=1,00)

x

x

x

x

x

x

x

x

Koeling via opengaande ramen Passieve koeling Zonwering PV-panelen Zonneboiler Hernieuwbare Energie E-peil Binnen budget 250000 - 300000 €

1500Wp 4,78m² ja

4,78m² ja

ja

4,78m² neen

ja

neen

55 (60) 54 (60) 53 (60) 51 (60) 49 (60) 53 (54) 49 (60) 54 (54) 280 000 €

275 000 €

280 000 €

280 000 €

15

Potentieel en valkuilen Maatregelenpakketten 2014 (E60)

Lezing Agoria

Variant 5

Variant 6

Variant 7

Variant 8

Warmte-isolatie: K-peil

35

35

35

35

Benutting thermische massa

x

x

x

x

Luchtdichtheid V50

4

4

4

4

Vloerverwarming

x

x

Radiatoren

x

x

x Pref: WP (l/w) COP = 3,7 SPF=3,26 SPF=4,00 Pref: WP (l/w) COP=3,7 Niet-pref: SPF=4,12 Condensatieketel Niet-pref: elektr. Weerst.

Pref: WP (l/w) COP=3,7 SPF=4,12 Niet-pref: elekt. weerst.

Pref: WP (l/w) COP=3,7 SPF=4,12 Niet-pref: elekt. weerst.

x A vraaggestuurd (P3) (fDC=0,80)

x C vraaggestuurd (P3) (fDC=0,65)

x C vraaggestuurd (P3) (fDC=0,65)

D (WTW 79%) (fDC=1,00)

x

x

x

x

x

x

x

x

ja

ja

E-peil

43 (60)

43 (60)

51 (54) 45 (60)

Binnen budget 250000 - 300000 €

285 000 €

285 000 €

280 000 €

Opwekkingstoestel

Beperken lengte tapleidingen Ventilatie Koeling via opengaande ramen

x

Passieve koeling

Zonwering PV-panelen Zonneboiler Hernieuwbare Energie

neen

ja

ja 42 (60) 285 000 € 16

Potentieel en valkuilen Maatregelenpakketten 2021 (E30)

Lezing Agoria

Variant 1

Variant 2

Variant 3

Warmte-isolatie: K-peil

35

35

35

Benutting thermische massa

x

x

x

Luchtdichtheid V50

2

2

2

Vloerverwarming

x

x

Radiatoren Opwekkingstoestel

Beperken lengte tapleidingen Ventilatie

Koeling via opengaande ramen

Pref: WP buitenlucht / water COP=3,7 SPF=4,12 Niet-pref: elektrische weerst.

WP grond / water COP=4,6 SPF=4,98

x Pref: WP menglucht / water COP = 3,7 SPF=4,0 SPF=3,26 Niet-pref: Condensatieketel

x A vraaggestuurd (P3) (fDC=0,80)

x C vraaggestuurd (P3) (fDC=0,65)

x C vraaggestuurd (P3) (fDC=0,40)

x

x

x

Passieve koeling

x

Zonwering

x

x

PV-panelen

1800Wp

1500Wp

Zonneboiler

4,78m²

Hernieuwbare Energie

x

x 1800Wp

3500Wp

4,78m²

ja

ja

E-peil

26 (30)

28 (30)

Binnen budget 250000 - 300000 €

295 000 €

300 000 €

ja 26 (30)

27 (30)

290 000 € / 285 000 €

17

Potentieel en valkuilen Maatregelenpakketten 2021 (E30)

Lezing Agoria

Variant 4

Variant 5

Variant 6

Warmte-isolatie: K-peil

35

35

35

Benutting thermische massa

x

x

x

Luchtdichtheid V50

2

2

2

Vloerverwarming

x

x

Radiatoren

x

Opwekkingstoestel

Condensatieketel

Condensatieketel

Condensatieketel

Beperken lengte tapleidingen Ventilatie

x A vraaggestuurd (P3) (fDC=0,80)

x C vraaggestuurd (P3) (fDC=0,40)

x D (WTW 79%) (fDC=1,0)

x

x

x

Zonwering

x

x

x

PV-panelen

4500Wp

3500Wp

3800Wp

Zonneboiler

7,20m²

4,78m²

4,78m²

ja

ja

ja

E-peil

26 (30)

26 (30)

26 (30)

Binnen budget 250000 - 300000 €

290 000 €

290 000 €

290 000 €

Koeling via opengaande ramen Passieve koeling

Hernieuwbare Energie

18

Potentieel en valkuilen •

Huidige eisen: moeilijk haalbaar? – Huidige regelgeving stelt steeds strengere eisen – We kunnen hieraan op economische eisen voldoen door: • Goed, maar niet overdreven te isoleren • Goede technieken toe te passen • Aan te vullen met hernieuwbare bronnen

19

Potentieel en valkuilen • Is dit nu realistisch? – Vergelijking met gemeten verbruiken (BEP 2020)

http://bep2020.pxl.be/Resultatenenergieverbruik

20

Potentieel en valkuilen • Is dit nu realistisch? – Vergelijking met gemeten verbruiken (BEP 2020)

http://bep2020.pxl.be/Resultatenenergieverbruik

21

Potentieel en valkuilen • Is dit nu realistisch? – Vergelijking met gemeten verbruiken (BEP 2020) – Bepaalde aannames in EPB dienen in vraag gesteld • Constante rendementen van de installaties

22

Rendement? • Simulatie van een vrijstaande woning – Gebouw • 3 energie-niveaus: K14 (n50 = 0.6 h-1); K24 (n50 = 2.3 h-1); K34 (n50 = 4.0 h-1) • 2 bouwwijzen: massiefbouw – houtskeletbouw

– hydronische installatie zonder thermische opslag (boiler)

23

Rendement • Rendement sterk afhankelijk van isolatiekwaliteit 100% 90%

HSB K14

80% Massief K14

Totale efficiëntie

70% 60%

HSB K24

50% Massief K24

40%

rendement elektrische verwarming 30% HSB K34 20% 10%

Massief K34

0% jan

feb

mrt

apr

mei

jun

jul

aug

sep

okt

nov

dec

24 24

Rendement • Klein verschil tussen houtskeletbouw en massiefbouw 45.0

Primair energieverbruik (kWh/m²a)

40.0

39.1

39.7

HSB K34

Massief K44

35.0

30.0 25.0

24.3

24.5

HSB K24

Massief K24

20.0 15.0 11.2

11.4

HSB K14

Massief K14

10.0 5.0 0.0

25

Potentieel en valkuilen • Is dit nu realistisch? – Vergelijking met gemeten verbruiken (BEP 2020) – Bepaalde aannames in EPB dienen in vraag gesteld • Constante rendementen van de installaties • Interactie met andere gebouwen

26

Beschrijving technieken • Stel we gaan volop voor nulenergiegebouwen • Lage energievraag • Verwarming en sanitair warm water • Koeling  niet nodig • Integratie hernieuwbare energie

Q

actueel

nZEB

27

Nulenergiegebouwen • Stel we gaan volop voor nulenergiegebouwen • Logische keuze: combinatie van warmtepomp en BIPV • Toch enkele problemen, … ~2.2 kWe ~2.8 kWe ~7.2 kWe ~6 kWe

~4.2 kWe ~3.2 kWe

~2.4 kWe

~4.2 kWe

∑ 32.2 kWe

28

Nulenergiegebouwen

• Ontwikkelen van simulatie-omgeving •

•

simulatie van elektrisch energieverbruik: • klimatisatie met warmtepomp • stochastisch gebruik van elektrische apparaten jaarlijkse opbrengst BIPV is gelijk aan totaal jaarlijks verbruik R. Baetens, R. De Coninck, J. Van Roy, B. Verbruggen, J. Driesen, L. Helsen, D. Saelens, Assessing electrical bottlenecks at feeder level for residential net zero-energy buildings by integrated system simulation, Applied Energy, Volume 96, August 2012, Pages 74-83, ISSN 0306-2619, 10.1016/j.apenergy.2011.12.098.

29

Nulenergiegebouwen

• IDEAS Integrated District Energy Assessment by Simulation

R. Baetens, R. De Coninck, J. Van Roy, B. Verbruggen, J. Driesen, L. Helsen, D. Saelens, Assessing electrical bottlenecks at feeder level for residential net zero-energy buildings by integrated system simulation, Applied Energy, Volume 96, August 2012, Pages 74-83, ISSN 0306-2619, 10.1016/j.apenergy.2011.12.098.

30

Nulenergiegebouwen • Zonneparadox: verschil tussen vraag en aanbod

Reynders, G., Nuytten, T., Saelens, D. (2013). Potential of structural thermal mass for demand-side management in dwellings. Building and Environment.

31

Nulenergiegebouwen • Zonneparadox: verschil tussen vraag en aanbod • Virtuele opslag in het net OPERATIEVE TEMPERATUUR (°C)

NETTO VERMOGENUITWISSELING (KW)

BOILER TEMPERATUUR (°C)

SPANNING IN DE FEEDER (V)

Baetens, R., Saelens, D. (2013). Multi-criteria grid impact evaluation of heat pump and photovoltaic based zero-energy dwellings. Proceedings of Building Simulation 2013. International Conference of the International Buildings Performance Simulation Association. Chambéry, France, 25-28 August 2013

32

Nulenergiegebouwen • Effectieve nZEB-graad uitgezet ten op zichte van de ontworpen nZEB-graad op gebouwniveau (grijs) en geaggregeerd wijkniveau (zwart).

R. Baetens, R. De Coninck, J. Van Roy, B. Verbruggen, J. Driesen, L. Helsen, D. Saelens, Assessing electrical bottlenecks at feeder level for residential net zero-energy buildings by integrated system simulation, Applied Energy, Volume 96, August 2012, Pages 74-83, ISSN 0306-2619, 10.1016/j.apenergy.2011.12.098.

33

Slimme netten • Oplossing: slimme netten “Intelligent Energy Efficient Buildings & Cities” Hoe te integreren in de huidige wetgeving die op individuele gebouwen focust?

34

Besluiten • Energie efficiëntie blijft belangrijk! • Huidige regelgeving stelt steeds strengere eisen – We kunnen hieraan voldoen maar dienen voldoende aandacht te hebben voor: • Bestaande patrimonium en niet alleen nieuwbouw • Realiteit versus berekening: oppassen met resultaten die uit EPB en andere vereenvoudigde berekeningen komen

• Geïntegreerde aanpak is belangrijk! – Gebouwen zijn niet langer individueel te beoordelen – Slimme energienetten bieden een deel van de oplossing

35

Afdeling Bouwfysica, KU Leuven Kasteelpark Arenberg 40, bus 2447, 3001 Leuven (Heverlee) Energyville Dennenstraat 7, 3600 Genk [email protected], www.energyville.be