Energieprestatie van een CO2-neutrale woonwijk: commissioning van de uitvoeringskwaliteit en het gebruik van het gebouw en de installaties Stijn Van de Putte
Promotor: prof. dr. ir. Arnold Janssens Begeleiders: ir.-arch. Eline Himpe, ir.-arch. Marc Delghust, Jelle Laverge Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de ingenieurswetenschappen: architectuur
Vakgroep Architectuur en Stedenbouw Voorzitter: prof. dr. Pieter Uyttenhove Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2013-2014
Energieprestatie van een CO2-neutrale woonwijk: commissioning van de uitvoeringskwaliteit en het gebruik van het gebouw en de installaties Stijn Van de Putte
Promotor: prof. dr. ir. Arnold Janssens Begeleiders: ir.-arch. Eline Himpe, ir.-arch. Marc Delghust, Jelle Laverge Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de ingenieurswetenschappen: architectuur
Vakgroep Architectuur en Stedenbouw Voorzitter: prof. dr. Pieter Uyttenhove Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2013-2014
TOELATING TOT BRUIKLEEN
De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef.
The author gives permission to make this master dissertation available for consultation and to copy parts of this master dissertation for personal use. In the case of any other use, the limitations of the copyright have to be respected, in particular with regard to the obligation to state expressly the source when quoting results from this master dissertation.
Stijn Van de Putte, augustus 2014
|v
VOORWOORD De keuze voor een scriptieonderwerp is nooit een gemakkelijke beslissing. Waar wil ik ieder vrij moment van mijn afstudeerjaar tot het behalen van mijn diploma burgerlijk ingenieur-architect dag in dag uit aan spenderen? Wat boeit me genoeg om mijn hoofd over te breken voor het slapen gaan, om ’s anderendaags weer als eerste door mijn hoofd te spoken? En dan is er dat steeds terugkomende dilemma: hoe ga ik daar een volwaardige, zinvolle thesis over kunnen schrijven? De keuze om me onder te dompelen in de wereld van de bouwfysica en de installatietechniek en te werken op het unieke Europese project van de Venningwijk bleek een zeer leerrijke ervaring. Het was een behoorlijk intensief jaar: de vele reizen richting Kortrijk en terug lieten
zich voelen en mijn computer heeft de vele Excel-tabellen en TRNSYSsimulaties meermaals vervloekt. Maar de voldoening om op zo’n concreet project te mogen werken en ook daadwerkelijk een meerwaarde te kunnen betekenen voor het functioneren van de gebouwinstallaties, is groot gebleken. Niet alleen de kennismaking met het veld van wetenschappelijk onderzoek en de immense hoeveelheid beschikbare informatie maar vooral de continue terugkoppeling naar een concrete situatie en de eerste kennismaking hoe al die theorieën door de bouwwereld in praktijk worden omgezet, maakte dit werk en het lange, intense proces dat eraan vooraf gaat tot een zeer waardevolle ervaring.
DANKWOORD Dit woord van dank wil ik in de eerste plaats richten aan mijn begeleiders, Eline Himpe, Marc Delghust en Jelle Laverge, voor de intense samenwerking afgelopen jaar. De intense begeleidingssessies, de verrijkende gedachtewissels, het continue mailverkeer en vele hulpmiddelen waren een ongelooflijke meerwaarde. De vele tochten richting de verre uithoek van het Technicum hebben hun nut bewezen om het onderwerp van dit werk af te bakenen tot wat nu voor u ligt. Ook veel dank aan mijn promotor professor Arnold Janssens voor de regelmatige samenkomsten en de waardevolle bijsturingen om de focus van dit werk steeds scherp te houden. vi |
Tevens een oprechte bedanking voor Elien Van Gestel voor de vlotte en zeer aangename samenwerking tijdens het afgelopen jaar. Dank aan de bewoners van de Venningwijk voor de steeds vriendelijke medewerking bij onze vele bezoeken aan Kortrijk. Voor de aanmoediging, interesse en het kritische oog op dit - uiteindelijk toch wel lijvige - werk, wil ik ook Mathieu erg bedanken. Tot slot nog een bedanking voor mijn studiegenoten, verenigd onder de naam Teamtesteron en aanverwanten, voor de voortdurende steun en om af en toe mijn gedachten te verzetten en even niet aan deze thesis te hoeven denken - of toch tenminste te doen alsof.
OVERZICHT Energieprestatie van een CO2-neutrale woonwijk: commissioning van de uitvoeringskwaliteit en het gebruik van het gebouw en de installaties Stijn Van de Putte Promotor: prof. dr. ir. Arnold Janssens Begeleiders: ir.-arch. Eline Himpe, ir.-arch. Marc Delghust, Jelle Laverge Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de ingenieurswetenschappen: architectuur Vakgroep Architectuur en Stedenbouw Voorzitter: prof. dr. Pieter Uyttenhove Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2013-2014
SAMENVATTING Door middel van een uitgebreide analyse van een reële woonwijk, bestaande uit vier appartementsblokken uitgevoerd tussen 2010 en 2013, wordt er gezocht naar defecten en inefficiënties in de uitvoering en de werking van het ventilatiesysteem. Daarvoor vonden in-situ metingen en een bevraging van de bewoners plaats tijdens de winterperiode van november 2013 tot en met april 2014. In het eerste deel van dit werk wordt aan de hand van een grondige literatuurstudie het begrip commissioning verklaard en verder omkaderd. Veel aandacht gaat daarbij uit naar de methodieken die kunnen gehanteerd worden om fouten op te sporen.
Het tweede deel handelt over de analyse zelf. Na een uiteenzetting van de methodische aanpak en het schetsen van de gevalstudie, worden de bevindingen uit de meetdata besproken. Hierbij gaat de focus uit naar de uitvoeringskwaliteit en vooral het ventilatiesysteem. Simulaties helpen om de energetische en comfortgerelateerde gevolgen van deze bevindingen in beeld te brengen en om finaal een vergelijking te maken tussen het ontwerp en de reële situatie. Trefwoorden: commissioning, gebouwbeheer, energieverbruik, foutdetectie, ventilatie-installatie, sociale woonwijk | vii
EXTENDED ABSTRACT Energy performance of a carbon neutral neighbourhood: commissioning of the workmanship and the use of the building and its installations Stijn Van de Putte Supervisors: prof. dr. ir.-arch. A. Janssens, ir.-arch. E. Himpe, ir.-arch. M. Delghust, dr. ir.-arch. J. Laverge Abstract: Installations in buildings become more and more integrated. It is therefore unavoidable that certain faults and problems will occur during operation. The scope of this study is exploring these discrepancies in a newly built, low energy housing complex in Courtray. Keywords: commissioning, energy consumption, fault detection, ventilation, social housing, low energy dwellings
I. INTRODUCTION A building is a very complex entity. Lots of systems, HVAC-installations in particular, interact with each other. By pursuing an ambitious level of building performance and energy consumption, the importance of an optimized building services design increases significantly. Nevertheless, the possibility of an error in one or more elements of the system should not be underestimated. It becomes clear why the practice of commissioning gains in importance year after year.
viii |
Lots of research has been spent on the development of a detailed commissioning process. Who fulfills the task of commissioning authority and which responsibility does he have? Depending on the type of commissioning, i.e. initial, re-, retro- or ongoing commissioning, his ability to intervene in the
Interesting examples of automatically commissioning are the Key Factors methodology of A. Costa, based on calibrated simulations and building information models (BIM) [2], and the monitoring and targeting strategy of Braga, which relies in particular on statistical process control (SPC) techniques for signaling alarms or
installations of a project changes. A functional performance testing (FPT) is executed for the detection of a possible malfunction and for its diagnosis [1], as a well designed system and construction does not guarantee a flawless operation. This practice of fault detection and diagnosis (FDD) can be done both manually and automatically. A manual commissioning uses mainly data visualization
reporting interpreted faults [3]. Despite the vast amount of literature available, a notable gap of research on commissioning in residential buildings can be observed. By analyzing the operation of the installations and there efficiencies in a specific case study, this study aims to contribute to the contemporary research on the commissioning of buildings.
techniques such as a time series plot or a scatter plot. This method will be more intuitive but also appears to be very labor-intensive. In contrast, as technology continues to evolve, the trend is for more systems to come under the action of automatic control. This development offers certain advantages, such as an increased processing speed, the ease for the commissioning authority and a dynamic approach.
II. METHOD A. Measurements To make an accurate analysis of the actual energy use and the temperature and humidity profiles in winter conditions, in-situ measurements were needed. The indoor temperature and relative humidity were measured every five minutes in each room of the
seventeen apartments that are part of the sample. Logging the CO2-concentrations only happened in the living room and the master bedroom. This was done twice, for a period of about three weeks or longer between November 2013 and April 2014. Simultaneously the outdoor temperature was measured. Other important logging devices were installed in the three air handling units and in the supply duct of certain apartments. To determine the air tightness of the dwellings, some blowerdoor tests were executed. Another important test is measuring the flow rate of every supply and exhaust valve in the apartment. This test was done two to three times. These own measurements were complemented with previous quality assurance tests and with data stored by the monitoring system which is integrated in the apartment blocks. This includes for example information about the temperature of the supply air just before it enters the heating battery.
B. Enquiry Certain important information cannot be measured. That’s why a survey was done in order to distinguish the occupant’s behavior and his appreciation of the comfort of the indoor climate. The questions concerned heating, ventilation, cooking, domestic hot water and general energy consumption. To outline the context of the occupants, some information about family situation and background was asked.
III. ANALYSIS AND RESULTS A. Workmanschip In order to meet the Passive House Standard, the infiltration must be limited to 0,6 ACH. This project wants to accomplish this very though goal, so special attention to the workmanship is very important. Previous quality assurance tests assured that almost all the apartments fulfill this requirement. But the blowerdoor tests of this study, executed after the first occupation of the quarter, show a higher rate of air changes every hour.
B. Ventilation A careful study of the data of the mechanical ventilation system indeed did reveal some inefficiencies and certain dissimilarities with design conditions. In two of the three air handling units the rotary heat exchangers failed to operate. As a result, simulations indicate that the total energy consumption during one year can at least double for most of the apartments. Luckily the winter of 2014 was rather exceptional warm. Furthermore, in the air handling unit where the heat wheel did function, a risk of significant infiltration was observed. The consequences for the transferred heat and for the quality of the supply air are potentially severe, but unfortunately the measurement of more parameters is necessary to formulate a definitive conclusion.
Another result of the measurements was the observation of the very low flow rates in the apartments. Initially, the flow rates were less than a quarter of the design values in one of the apartment blocks. Therefore the settings of the air handling units were changed by raising the frequency and the ventilation was rebalanced. The remediation learned that adjustments to the ventilation system can bring complex acoustic problems. This must be a very important focus in future projects. Although the energy consumption will strongly decrease because less cold air has to be heated, there is an important impact of this malfunctioning on the indoor environment. Not only will the quality of the indoor air fall, but the temperature in the apartment will greatly increase, according to simulations even by 5°C. The risk of overheating is real. A third detected peculiarity is the high setpoint temperature of the heating battery in every dwelling: the supply air is heated to 21°C instead of 19°C. This increases the energy consumption up to 35% for certain apartments, but the inhabitants have no control at all over this energy waste. Especially for those residents who set their thermostat on 21°C or less, this means an unrequested additional consumption. Moreover, the heating battery will function at full power whole winter, because it was not designed for this amount of heating.
| ix
IV. CONCLUSIONS The simulations predict a lower consumption of 25% for ventilation and heating as a result of the total effect of all these failures. Hence, it is not possible to evaluate the installations only by monitoring the different calorimeters. Designing a detailed monitoring system and performing commissioning tasks regularly, have proven to be particularly useful - even necessary - for a low energy residential building. The HVAC-installations are so complex to the extent that the slightest error of one component will affect both the energy consumption and the comfort of the dwelling. When more errors occur, the parameters can drastically change and it is difficult to indicate the different sources of the problem. Simulations are a helpful tool to estimate the impact on the energy balance.
REFERENCES [1] VISIER J.C., Annex 40: Commissioning tools for improved energy performance, International Energy Agency, 2004 [2] COSTA A. et al., Building operation and energy performance: Monitoring, analysis and optimisation toolkit, Applied Energy 101, 2013 [3] BRAGA L.C. et al., On the characterization and monitoring of building energy demand using statistical process control methodologies, Energy and Buildings 65, 2013
x|
INHOUDSOPGAVE
AFKORTINGEN EN ENGELSTALIGE BEGRIPPEN
XIV
SYMBOLEN EN EENHEDEN
XVI
1
DOELSTELLING
1
DEEL 1 COMMISSIONING LITERATUUR 2
COMMISSIONING: DOEL EN DEFINITIE
3.2 Types commissioning 3.2.1 Initiële commissioning
18
3.2.2 Achterafcommissioning
19
3.2.3 Hercommissioning
19
3.2.4 Permanente commissioning
19
3.3 Organisatie
5
17
20
3.3.1 Verantwoordelijken
20
3.3.2 Structuur
21
2.1 Inleiding
5
2.2 Definitie
5
2.3 Ontwikkeling
6
4.1.1 Energiemonitoring en gebouwbeheer
25
2.3.1 Kansen
7
4.1.2 Functionele testen
27
2.3.2 Uitdagingen
9
4.2 Manuele commissioning
29
3
COMMISSIONINGPROCES
3.1 Fases van bouwproces
13 13
3.1.1 Productie
13
3.1.2 Werking en onderhoud
15
4
COMMISSIONING: METHODIEK
4.1 Foutdetectie en diagnose
4.2.1 Visualisatietechnieken 4.3 Geautomatiseerde commissioning
25 25
30 33
4.3.1 Monitoring and Targeting Strategie van Braga
33
4.3.2 Key factors methodologie van Costa
44
4.4 Besluit
49
| xi
DEEL 2 ANALYSE IN SITU 5
AANPAK
6
GEVALSTUDIE
6.1 Ontwerp
55
7.2 Luchtdichtheid
59 59
6.1.1 Masterplan
59
6.1.2 Appartementen
60
6.1.3 Technieken
61
8
79
7.2.1 Luchtinfiltratie
79
7.2.2 Impact op verbruik en temperatuur
83
VENTILATIE
85
8.1 Ventilatieontwerp
85
8.2 Luchtgroep
88
63
8.2.1 Luchtgroep B/C
6.2.1 Beschikbare data
63
8.2.2 Luchtlekkage
117
6.2.2 Eigen data
64
8.2.3 Luchtgroepen A en D
123
8.2.4 Beschouwing
126
6.2 Datavergaring
6.3 Bewoners
69
6.3.1 Enquêtes
69
6.3.2 Populatie
70
6.4 Simulaties
8.3 Ventilatiemonden
UITVOERINGSKWALITEIT
7.1 Bezoek ter plaatse
8.3.1 Debieten
130
8.3.2 Naverwarmingsbatterij
145
SYNTHESE
159
10 REFERENTIES
165
11 LIJST VAN FIGUREN
171
12 LIJST VAN TABELLEN
177
77 77
7.1.1 Klachtenmanagement en comfort
77
7.1.2 Gebreken en slijtage
78
xii |
130
71
9 7
90
BIJLAGE A, SIMULATIEMODEL
179
16 januari 2014, 16u00
194
A.1 Multizone building
180
06 januari 2014, 14u30
195
A.2 Luchtverwarming
184
A.3 Ruimteverwarming
186
A.4 Beschaduwing
186
BIJLAGE E, SIMULATIERESULTATEN
BIJLAGE B, ENQUÊTE
BIJLAGE C, MOLLIERDIAGRAMMEN
189
191
Technische fiche, berekening winter
191
Technische fiche, berekening zomer
192
12 januari 2014, 06u00
193
197
Oorspronkelijk verbruik
197
Aanpassing infiltratievoud n50 = 0,71
198
Aanpassing infiltratievoud n50 = 2
198
Aanpassing effectiviteit
199
Aanpassing debieten
199
Aanpassing naverwarmingsbatterij
202
Aanpassing totaal
202
| xiii
AFKORTINGEN EN ENGELSTALIGE BEGRIPPEN
Afkorting
Engelstalig begrip
Nederlandstalig begrip
Afkorting
Engelstalig begrip
Nederlandstalig begrip
BAS
building automation system
gebouwbeheersysteem
CxP
commissioning process
commissioningproces
BES
building energy simulation
energiesimulatie
DO
working design
definitief ontwerp
BIM
building information model
bouwwerk informatie model
FDD
fault detection and diagnosis
foutdetectie en diagnose
BMS
building management system
gebouwbeheersysteem
FPT
functional performance testing
functionele testen
CxA
commissioning authority
commissioningverantwoordelijke
GBS
building management system
gebouwbeheersysteem
HVAC
heating, ventilation and air conditioning
verwarming, ventilatie en koeling
IDA
indoor air quality
binnenluchtkwaliteit
IEA
International Energy Agency
Internationaal Energieagentschap
Kf
key factors
-
Cx I-Cx Ongoing Cx
commissioning initial commissioning ongoing commissioning
initiële commissioning permanente commissioning
Re-Cx
re-commissioning
her-commissioning
Retro-Cx
retro-commissioning
achteraf-commissioning
xiv |
Afkorting
Engelstalig begrip
Nederlandstalig begrip
Afkorting
Engelstalig begrip
Nederlandstalig begrip
M&T
monitoring and targeting
-
SMCxP
standard models of commissioning plans
-
MQC
model for quality control
model voor kwaliteitscontrole
SPC
statistical process control
statistische procesbeheersing
MTS
monitoring and targeting system
-
SO
pre-design
schetsontwerp
OPR
owner’s project requirements
programma van eisen
VO
preliminary design
voorontwerp
PFT
performance framework tool
prestatiekader
V(VMV)
validated measured value
geldige gemeten waarde
PvE
owner’s project requirements
programma van eisen
V(VU)
validated uncertainty
geldige onzekerheid
QAT
quality assurance test
kwaliteitstest
RMV
raw measurement value
ruwe meetwaarde
RU
raw uncertainty
ruwe onzekerheid
| xv
SYMBOLEN EN EENHEDEN
Symbool
xvi |
Betekenis
Eenheid
specifieke warmtecapaciteit
Symbool
Betekenis
Eenheid
J / kg K
vermogen
W
capacitief debiet
W/K
warmte , verbruik
J , kWh
voelbare doelmatigheid
-
gasconstante
J / kg K
latent doelmatigheid
-
warmtedoorgangscoëfficiënt
W / m² K
enthalpie
J / kg
volumetrisch debiet
m³ / h
geluidsniveau
dB(A)
specifieke vochtigheid
kg / kg
massadebiet
kg / s
concentratieverschil
ppm CO2
infiltratievoud
h-1
temperatuurverschil
°C , K
atmosferische druk
Pa
voelbare effectiviteit
-
verzadigingsdruk
Pa
latente effectiviteit
-
dampdruk
Pa
temperatuur
°C
Symbool
2|
Betekenis
Eenheid
luchttemperatuur
°C
temperatuur van de koude stroom
°C
buitentemperatuur
°C
temperatuur van de warme stroom
°C
operatieve temperatuur
°C
watertemperatuur
°C
soortelijke massa
kg / m³
absolute vochtigheid
kg / m³
volumieke warmtecapaciteit
J / m³ K
relatieve vochtigheid
-
warmtestroom
W
1 DOELSTELLING
Commissioning is een begrip dat de laatste jaren sterk aan populariteit heeft gewonnen in de wereld van de installatietechniek. Gestuurd door de problematiek van de klimaatdoelstellingen en het toenemende milieubewustzijn treedt deze praktijk steeds meer naar de voorgrond in de bouwsector. Onvermijdelijk brengt dit het gevaar met zich mee dat het woord soms ten onrechte in de mond wordt genomen. Want het begrip dekt veel meer dan louter het zorgvuldig ontwerpen van de technieken in een gebouw of het installeren van een monitoringsysteem. Energiemanagement, optimalisatie, kwaliteitsbewaking, energie-efficiëntie, duurzaamheid en systeemverificatie zijn slechts enkele begrippen die in deze context aan bod komen. Het eerste deel van dit werk tracht aan de hand van een studie van beschikbare literatuur concreet vorm te geven aan de betekenis van het concept commissioning. Het aanhalen van een definitie kan daarbij niet ontbreken. De voornaamste drijfveren die de ontwikkeling van commissioning sturen en de voordelen en mogelijkheden die deze praktijk biedt, komen aan bod. Maar ook de potentiële valkuilen mogen niet over het hoofd gezien worden. Vervolgens spitst het onderzoek zich toe op de plaats die commissioning kan innemen binnen het bouwproces. Op basis van dit criterium blijkt dat men een aantal types van elkaar kan onderscheiden. In het proces is ook het organisatorische luik van belang. Wie neemt welke verantwoordelijkheid op zich en op welk moment gebeurt dit? De focus komt niet zozeer te liggen op een eindeloze opsomming van het
bijhorende takenpakket maar eerder op de mogelijke structuur die daarbij kan gevolgd worden. Tenslotte krijgt de lezer een beeld van de wijze van aanpak mee. Er wordt een antwoord gezocht naar vragen als ‘op welke manier wordt de kwaliteit van het systeem geverifieerd en in stand gehouden’ en ‘hoe kan men de energiehuishouding van een gebouw optimaliseren tot een duurzaam project’. Twee meer automatische methodieken op basis van het werk van L. Braga en A. Costa worden bij wijze van illustratie nader besproken. Het leidmotief van dit eerste deel is steeds de terugkoppeling naar de toepassingen binnen de residentiële sector. De meeste literatuur is immers geschreven in functie van kantoorgebouwen; hier zijn de economische motieven veel nadrukkelijker aanwezig. Zowel op organisatorisch als methodologisch vlak wordt daarom de vraag gesteld in welke mate de behandelde aspecten doorgetrokken kunnen worden naar de commissioning van woonwijken. Men zal daarbij oog moeten hebben voor specifieke aanpassingen die inspelen op de eigenheid van sociale woonprojecten. In het tweede deel wordt met de verworven kennis uit het literatuuronderzoek aan de slag gegaan om de installaties van een concrete woonwijk van naderbij te analyseren. Het onderzoek maakt gebruik van een steekproef met zeventien woningen uit een zeer recente wijk, bestaande uit vier appartementsblokken die sinds juli 2013 in gebruik werden genomen. De werkwijze en de beschikbaarheid van metingen worden nader geschetst, evenals het installatietechnische ontwerp en het algemene bewonersprofiel van de steekproef, om vervolgens aan de slag te gaan met de verzamelde meetdata.
|1
Door middel van een grondige studie van de gegevens en door het samenbrengen van verschillende parameters wil dit werk een aantal aandachtspunten van de gevalstudie determineren. In de eerste plaats wil dit onderzoek omgaan met de huidige toestand waarbij de bewoners de appartementen in gebruik hebben genomen. Worden er fouten ontdekt in de werking van het systeem en is het mogelijk die op een accurate manier te neutraliseren? Of kan hoogstens nog een mediërende oplossing uit de brand gesleept worden? Wat waren hun gevolgen tot op dat moment? Ten tweede met betrekking tot het bouwproces: welke ontwerp- en monitoringkeuzes waren vooraf beter ietwat bijgesteld en wat kan interessante feedback betreffende uitvoering zijn? Het is zeker niet de bedoeling het ontwerp van de installatieparameters opnieuw allemaal in vraag te stellen. Maar op basis van waargenomen fouten kunnen mogelijks wel een aantal bijsturingen in voorgaande stadia onder de aandacht gebracht worden. Deze punten vormen de lakmoesproef van dit werk waaruit zal moeten blijken hoe zinvol deze commissioningoperatie is. Wat levert het op voor deze woonwijk? Welke aspecten bleken cruciaal om na te gaan en waaraan is het eerder overbodig tijd te besteden? Naast de meerwaarde die deze analyse kan bieden voor de concrete gevalstudie, wordt ook afgetast wat de bijdrage van deze bevindingen kan betekenen voor het onderzoek in het algemeen. Enerzijds ontstaat op basis van de verkregen ervaring een duidelijker beeld van welke installatiecomponenten in de toekomst beter als eerste van naderbij dienen opgevolgd te worden en welke metingen daarvoor absoluut niet mogen ontbreken. Daaruit volgt onwillekeurig een antwoord op de kwestie welke meetapparatuur slechts secundair nuttig is en dus dient om een veel gedetailleerdere studie door te voeren. Anderzijds gaat het onderzoek uit naar methodieken die ook in andere residentiële 2|
projecten kunnen toegepast worden. Is het mogelijk op basis van enkele vaststellingen om snel een oorzaak aan te duiden of op zijn minst om een afbakening te maken van mogelijks disfunctionerende elementen? Deze bevindingen kunnen onderzoekers helpen om op een efficiëntere manier een strategie uit te stippelen. Een appartementblok is een ongelooflijk complex gegeven waarop vele randcondities hun invloed uitoefenen. Klimaat, gebruikersgedrag, uitvoeringskwaliteit, grote technologische problemen, lokale gebreken, enzovoort maken ieder meetpunt tot uniek stukje informatie. Focussen op elk van de vele aspecten van de talrijke installaties zou te ambitieus zijn als doelstelling binnen de context van dit werk. Een proces van steeds nauwere afbakening en diepgaandere studie is dit werk vooraf gegaan.
DEEL 1
COMMISSIONING LITERATUUR
4|
2 COMMISSIONING: DOEL EN DEFINITIE
2.1 INLEIDING De laatste twee decennia heeft veel onderzoek zich toegespitst op het ontwikkelen van HVAC-systemen die zo energie-efficiënt mogelijk functioneren. Vele nieuwe producten en systemen werden op de markt gebracht en hebben langzamerhand hun plaats weten te veroveren in het dagelijkse leven. De warmteopwekking in woningen en bedrijven gebeurt steeds vaker met condensatieketels of warmtepompen. Centrale verwarmingssystemen op lage temperatuurregimes zijn al lang geen uitzondering meer. Koelsystemen worden ontworpen met een zo laag mogelijk energieverbruik voor ogen. Fotovoltaïsche panelen vormen een steeds vertrouwder beeld in het Vlaamse landschap. Ventilatievoorzieningen hebben hun plaats ondertussen ook in de residentiële sector opgeëist. Daarbovenop vereist de toegenomen complexiteit steeds meer regeling van deze grote verscheidenheid aan systemen. Dit impliceert dat de gebruiker minder vat krijgt op de installaties in zijn directe omgeving. Het opsporen van situaties waarin een installatie niet of niet optimaal werkt en het herstellen van dit malfunctioneren vormt een steeds grotere uitdaging. De verschuiving van op zichzelf staande, laagefficiënte producten naar grote, geïntegreerde systemen met een hoge efficiëntie vergt bijzondere aandacht voor de samenwerking, afstemming en flexibiliteit van de verschillende onderdelen. Dit brengt vanzelfsprekend een enorm toegenomen complexiteit met zich mee. De moeilijkheidsgraad
ligt niet enkel in het ontwerpen en installeren van een volledig systeem met een groot aantal onderdelen. De verregaande interacties en de doorgedreven controle van het geheel vergen heel wat ervaring en continue bijscholing van installateurs en beheerders. Bovendien zullen de gebruikers vooraf hun verwachtingen veel duidelijker moeten specificeren. Zij hebben steeds meer de mogelijkheid om de werking van HVAC-elementen aan te passen aan hun specifieke wensen en keuzes op ieder moment. Hier ligt echter een grote uitdaging, namelijk het ontwikkelen van gebruiksvriendelijke interfaces die de werking van gebouwsystemen snel en accuraat kunnen aansturen. Deze evolutie van de technologie gaat gepaard met de toenemende eisen van gebouwgebruikers. De verwachtingen van een comfortabel en gezond binnenklimaat liggen steeds hoger; lokale ongemakken worden niet langer zonder meer getolereerd. Tegelijkertijd wordt door de actuele klimaatproblematiek en de steeds stijgende energieprijzen verwacht dat excessief energieverbruik en de daaraan gekoppelde milieuvervuiling tot een minimum worden herleid. Het met elkaar stroken van de soms strijdige eisen van comfort en verbruik vormt een hele uitdaging. Het is binnen deze problematiek van complexiteit en verwachtingen dat het belang van commissioning zich opdringt.
2.2 DEFINITIE Commissioning valt erg moeilijk onder één noemer samen te brengen. Zowel de objectieven van dit werkwoord als de precieze acties die ermee samen vallen, kunnen uit een heel breed gamma bestaan. Afhankelijk van de context en de perceptie van de auteur kan de invulling van dit begrip dan ook sterk verschuiven. Visier definieert commissioning als “het verduidelijken van de prestatie-eisen van de |5
gebouwtechnieken zoals vooropgesteld door de eigenaar, het controleren door de met commissioning gerelateerde partijen van de gemaakte keuzes en de verschillende maatregelen teneinde de gewenste prestaties te verwezenlijken, het neerschrijven van de noodzakelijke, adequate documentatie en het verifiëren of het systeem in staat is een correcte werking en een goed onderhoud te garanderen”. Commissioning wordt uitgevoerd om de betrokken partijen “te verzekeren dat gebouwsystemen ontworpen, geïnstalleerd en getest zijn en kunnen ingesteld en onderhouden worden om tegemoet te komen aan de projecteisen van de eigenaar op vlak van milieu, energie en dagelijks gebruik. Zo wil de eigenaar een binnenomgeving met gezonde en comfortabele omstandigheden handhaven, de hoeveelheid verbruikte en verloren gegane energie minimaliseren, het lokale en wereldwijde milieu beschermen, het onderhoud van de systemen in het gebouw garanderen en een lange levensduur van deze systemen veilig stellen”[1]. Het is niet vanzelfsprekend om voor dit oorspronkelijk uit het Engels afkomstige begrip een sluitende vertaling te formuleren. Mogelijkheden als ‘beheer’, ‘het op punt stellen’ of ‘opvolging’ zijn te strak afgelijnd. In de commerciële en wetenschappelijke wereld neemt men daarom vaak het woord ‘commissioning’ over. In sommige werken en op het web worden de termen ‘prestatieborging’ of ‘inbedrijfstelling’ gehanteerd. Deze losse vertalingen dekken echter slechts een deel van de acties die in de voornoemde definitie vervat zit. Om de uitgebreide betekenis van het begrip niet uit het oog te verliezen zal in onderhavig werk steeds consequent de Engelse term ‘commissioning’ gebruikt worden. De term ‘gebouwprestatie’ in bovenstaande definities kan breed opgevat worden. Het gaat verder dan de prestaties van louter de verwarmings- en koelinstallaties. De zogenaamde building enclosure
6|
commissioning (BECx) handelt over de gebouwschil en focust zich in het bijzonder op de luchtdichtheid en de warmtetransmissieeigenschappen ervan. Ook daglichttoetreding en haar relatie tot de verlichtingsapparatuur kan onderwerp van studie vormen. Om na te gaan of ventilatiesystemen functioneren zoals gewenst, kunnen bijvoorbeeld de luchtdebieten zowel in verhouding tot de warmtevraag als in functie van de luchtkwaliteit bestudeerd worden. Op een gelijkaardige manier kan men aandacht besteden aan het opvolgen van de werking van electronica en hardware. Iedere vorm van commissioning vergt zijn eigen aanpak, specialisatie, meetapparatuur en methodiek tot analyse. De focus in onderhavig werk zal liggen op HVAC-systemen. In het bijzonder zal de aandacht in dit eerste deel hoofdzakelijk gaan naar de distributie en afgifte van warmte, koude en verse lucht. Dit werkt spitst zich toe op commissioning in de residentiële sector, in het bijzonder op collectieve en sociale woongebouwen. Over dit domein is echter (voorlopig nog) weinig literatuur voor handen. Regelmatige zijsprongen naar en parallellen met kantoorgebouwen zijn daarom onvermijdelijk. Om evidente redenen staat het onderzoek in deze tertiaire gebouwen veel verder: ze worden intenser gebruikt, op dit moment ligt de complexiteit van de installaties hier vaak veel hoger en de economische motivatie is explicieter aanwezig.
2.3 ONTWIKKELING Volgens Visier heeft commissioning de laatste jaren aan belang gewonnen en zal het zich in de toekomst verder ontwikkelen door drie belangrijke redenen [1]. In de eerste plaats zijn er de drijfveren die teruggaan op energie en milieu. Door de opwarming van de aarde en
de daaraan gekoppelde Europese 2020-doelstellingen stijgt de politieke en maatschappelijke druk om het energieverbruik drastisch te reduceren. Om in Europa tegen het jaar 2020 20% - 15% voor België [2] - minder broeikasgassen uit te stoten dan in 1990 is het noodzakelijk om bijzondere aandacht te besteden aan het energieverbruik binnen de bouwsector. Anno 2011 werd hier immers maar liefst 41,0% van de totale primaire energie geconsumeerd; in datzelfde jaar nam de residentiële sector in het bijzonder 24,7% voor zijn rekening [3]. Wetende dat HVAC-systemen goed zijn voor bijna 50% van het energieverbruik in gebouwen, betekent dit dat 10 tot 20% van de totale energieconsumptie naar deze post gaat [4]. Samen met de continue kwantitatieve en kwalitatieve toename van deze systemen is het potentieel erg groot om energie te besparen met behulp van een systematisch energiemanagement dat nagaat of gebouwensystemen naar wens functioneren. Verder zijn er redenen die verband houden met de ontwikkeling van de technologie. Geautomatiseerde systemen behoren vandaag de dag tot de standaarduitrusting van vele nieuwe gebouwen, maar ook in het oudere gebouwenpark worden ze steeds vaker geïnstalleerd. Deze systemen verzamelen automatisch operationele data over het gebouw en zijn installaties en bieden de kans om het geheel te commissionen. Innovativiteit staat hier centraal. Gestuurd door financiële beweegredenen is dit fenomeen in de eerste plaats merkbaar in kantoren waar ruimtes volgens een te plannen regelmaat intens gebruikt worden door een groot aantal werknemers met minstens evenveel comfortwensen. Maar evenzeer ontplooit deze trend zich stilaan in huizen en appartementsgebouwen, zij het volgens andere principes en doelstellingen. In welke mate de residentiële van de
tertiaire sector verschilt, wordt in het verdere verloop van dit eerste deel geïllustreerd. Ten derde zijn er zakelijke motieven die de ontwikkeling van commissioning aansturen. In een samenleving die voor een belangrijk deel wordt voortgestuwd door economische drijfveren, blijven bedrijven natuurlijk niet blind voor de veranderingen die zich voordoen in bovenstaande domeinen, de vooruitgang van de technologie en toenemende aandacht voor milieu. Vele bedrijven moeten inpikken op deze actuele trends om concurrentieel te blijven en richten daarom nieuwe dochterondernemingen op of breiden bestaande diensten uit. Zo diversifiëren ze hun activiteiten in de energie- en bouwindustrie. Ze zien commissioning als een manier om nieuwe bedrijfszaken te ontwikkelen ten voordele van hun klanten. Dankzij de vele voordelen die deze aanpak biedt, loont het de moeite zoveel onderzoek aan de ontwikkeling van commissioning te spenderen. Tegelijkertijd moeten bepaalde risico’s voortdurend in het oog gehouden worden. Deze voor- en nadelen zijn sterk afhankelijk van de mate waarin en de tijdsperiode waarover gecommissiond wordt. Daarom staat hieronder een globale opsomming van de belangrijkste kansen en uitdagingen die mogelijk worden dankzij commissioning. Verder, in 3.2 Types commissioning, worden de voordelen eigen aan iedere soort commissioning specifieker aangehaald. 2.3.1 Kansen Het belangrijkste voordeel van de commissioningactiviteiten schuilt in hun mogelijke energiebesparingen. Volgens Miner kan achterafcommissioning (zie verder 3.2.2 Achterafcommissioning) 10 tot 20 % van de operationele kosten van een niet-residentieel gebouw |7
besparen [5]. Zich baserend op het Europese BuildingEQ-project bij een reeks kantoor-, overheids- en schoolgebouwen in Finland, Duitsland en Italië [6] spreekt Costa dan weer over een bredere marge van 5 tot 30 % potentiële energiebesparingen door een aangepast management van de werking van een gebouw [4]. Afhankelijk van de mate waarin gemeten en gemonitord wordt, zijn deze besparingen natuurlijk meer uitgesproken en permanent. Vooral in grote commerciële gebouwen is commissioning reeds rendabel gebleken: daar kan de totale energiebesparing oplopen tot 5 kWh/m² per jaar [5]. De vroegtijdige vaststelling van gebreken via metingen en trendanalyse bij een eerste toepassing van commissioning kan besparingen verder optimaliseren. Door continue monitoring kunnen nieuwe problemen die zich voordoen na een eerste commissioning voortdurend opgemerkt worden.
Figuur 2-1 toont het temperatuurgecorrigeerde jaarlijks energieverbruik van een multifunctioneel gebouw in Stuttgart. In 2005 werd een commissioningoperatie doorgevoerd wat leidde tot een minder verbruik van ca. 37 % ten opzichte van de gemiddelde trend van voorgaande jaren. In deze gevalstudie springt de stijgende trend van het energieverbruik in de jaren na 2005 in het oog. Er was in dat jaar immers enkel sprake van een eenmalige commissioning zonder de installatie van een geïntegreerd energiebeheersysteem. Plotse verspillingen en inefficiënties na de commissioning werden niet tijdig opgemerkt en verhoogden daarom het verbruik stelselmatig in de daaropvolgende jaren [7]. Commissioning biedt bovendien de kans om in te zetten op feedback over de werkelijke gebouwprestatie en het gebruikersgedrag jegens eenieder die het gebouw in gebruik neemt. Deze energiefeedback is
Figuur 2-1: Jaarlijks energieverbruik van een Building EQ-gevalstudie te Stuttgart [7]
8|
slechts één mogelijke output van een commissioningproces maar is meestal geen vanzelfsprekend objectief, laat staan een doelstelling op zichzelf. De persoonlijke terugkoppeling gaat immers nog een stap verder dan daar waar de meeste commissioningprocessen stoppen en vergt dus heel wat extra inspanning van de gebouwbeheerder. Toch helpt het bij het motiveren om het gebruikersgedrag aan te passen en zo energie trachten te besparen. Zodus kan het jaarlijks energieverbruik niet enkel dalen door een doorgedreven optimalisatie maar mogelijks ook door de bewustwording die ermee gepaard gaat. Naast het vermijden van nodeloze energieverliezen, heeft dit een grote impact op de comfortparameters van een gebouw. In combinatie met een persoonlijke terugkoppeling laat de invloed zich mogelijks zelfs gelden op de psychologische comfortervaring van de gebruiker. Commissioning gaat trouwens vaak gepaard met een grotere mate aan controle; er zijn meer mogelijkheden tot aanpassing van de verschillende parameters. Zo kan de gebruiker het binnenklimaat beter afstemmen op zijn persoonlijke eisen en verlangens, weliswaar mits een gebruiksvriendelijke interface [5]. Uit onderzoek blijkt dat duurzame gebouwen vaak heel wat meer energie verbruiken dan er gecommuniceerd wordt in publicaties. Vooropgestelde of ingeschatte energiebesparingen zijn dus onderhevig aan significante onzekerheden, met het risico dat de doelstellingen niet gehaald zullen worden tot gevolg. Deze vaststelling is ondertussen al in menig publicatie aangetoond, onder meer Sunikka-Blank [8] en Majcen [9] hebben dit van naderbij onderzocht, maar meer data over de werkelijke prestatie van gebouwen is nodig om aan deze bevindingen ook gevolg te kunnen geven. Via willekeurige steekproeven kunnen deze duurzame gebouwen met behulp van commissioning vergeleken worden met andere standaard bouwwerken
met dezelfde functie. Zo kunnen onderzoekers instrumenten ontwikkelen die helpen bij het beter inschatten van het verbruik van een gebouw en bij het aantonen of technologieën en technieken de moeite lonen om in te zetten.. 2.3.2 Uitdagingen Door de mogelijks grote impact van commissioning op comfort en energieverbruik zal er in de komende jaren zonder twijfel nog heel wat onderzoek uitgaan naar dit thema. Een aantal voorlopig nog moeilijk te omzeilen hinderpalen zorgen ervoor dat de toepassing ervan vandaag echter nog relatief beperkt is. Commissioning wordt klaarblijkelijk nog niet gebruikt als een geroutineerd proces voor elk gebouw door de hoge kosten die het met zich meebrengt. Zoals verder in dit werk zal blijken, vergt een dergelijke nauwkeurige opvolging immers veel kostbare tijd en aandacht van een al dan niet professionele arbeidskracht. Een volledig onderzoek ligt nog open naar nieuwe hulpmiddelen en methodes die de nodige kosten kunnen reduceren. Opvolging is een ander aandachtspunt dat de betrokken sector niet uit het oog mag verliezen. Een nadrukkelijke inspanning om voortdurend te monitoren is nodig opdat de besparingen blijvend zouden zijn. Een eenmalige commissioning is erg kwetsbaar voor aanhoudende problemen en bepaalde commissioningsmogelijkheden komen pas aan het oppervlak door continue metingen toe te passen. Ook geregeld communiceren en informeren naar de gebruikers toe zou tot het takenpakket kunnen behoren, in het verlengde van de commissioningsopdracht. Een project dashboard, zoals weergegeven in figuur Figuur 2-2, is een uitstekend hulpmiddel voor deze energiefeedback maar de waarde ervan is maar zo groot als de tijd die mensen er aan wensen te spenderen en hun vermogen om dergelijke |9
grafische weergaves te begrijpen. Enkel met een grondige expertise ter ondersteuning van dergelijke visualisaties kan voorkomen worden dat gebruikers terugvallen in oude gewoontes [5]. Daarnaast heerst er vaak een gebrek aan kennis in de sector. Het doel en de middelen voor het commissioningproces zijn vaak onbekend en het nut ervan durft al eens in twijfel getrokken worden. Deze kritische houding is enerzijds toe te juichen: het potentiële doel moet immers steeds bedachtzaam afgewogen worden tegenover de nodige middelen die ingezet moeten worden. Dit moet steeds gebeuren in functie van de omvang en de doelstellingen van een project. Anderzijds moet er de komende jaren sterk ingezet worden op voorlichting en het demonstreren van de voordelen die bereikt kunnen worden na het uitvoeren van commissioning. Annex 40 is een dergelijk voorbeeldproject dat gelanceerd werd in 2001 na twee internationale workshops onder aansturing van het Internationaal Energieagentschap [1]. Het IEA organiseert al decennia lang projecten om het ontwerp en de werking van gebouwen te verbeteren en om instrumenten te ontwikkelen die helpen bij foutdetectie en diagnose zodat die vervolgens geïmplementeerd kunnen worden. Annex 40 focust zich op HVAC-systemen en de daarmee geassocieerde controlesystemen. De betrokkenheid in bestaande projecten wereldwijd vormt de basis voor de uitwerking van richtlijnen over commissioningprocedures. Aandacht voor een uitgebreide voorlichting heeft echter ook haar keerzijde. Het is vandaag helaas geen onbestaande praktijk dat men zich gemakkelijk de commissioningeisen van de hand doet door snel een standaard checklist in te vullen om een attest of certificering binnen te halen. Een dergelijk attest is dus een ontoereikend alternatief voor een reële verificatie door een onafhankelijke derde partij. Een stap
10 |
Figuur 2-2: Een project dashboard die de uitgespaarde energiekosten uitzet in functie van de tijd. verder nog gaat de praktijk waarbij een eigenaar betaalt voor twee energiemodellen. Eén energiemodel wordt opgesteld om een geïdealiseerde prestatie te voorspellen en een zo gunstig mogelijk certificaat te verkrijgen, zodat meer subsidies aangevraagd kunnen worden en/of het project een betere reputatie krijgt naar de buitenwereld toe. Een ander model met meer realistische veronderstellingen over de bedrijfsomstandigheden moet een betere inschatting geven van de werkelijk verwachte energiekosten [5]. Dergelijke perverse drijfveren zijn helaas onlosmakelijk verbonden met zulke beloningsmechanismen en het vormt een hele uitdaging dit corrupt gedrag zoveel als mogelijk uit de markt te weren.
Een ander risico is het vastpinnen op de terugverdientijd en de zogenaamde return on investment (ROI), i.e. het rendement op de investering. Marketingstrategen toveren graag heel wat getallen uit hun hoed, wat de investering voor consumenten enigszins bevattelijker kan maken. Het is echter belangrijk te beseffen dat een ROI enkel precies voorspeld kan worden als men perfect op de hoogte is van wat er in de toekomst zou gebeurd zijn moesten bepaalde acties niet hebben plaatsgevonden of moesten bepaalde voorzieningen niet geïnstalleerd zijn. Omdat dit zo goed als onmogelijk is, moeten de ROI-getallen die op de markt vermeld worden met grote omzichtigheid gehanteerd worden [5]. Een eenvoudigere aanpak is een voorspelling met de oorspronkelijke situatie op basis van een voortzetting van een trendanalyse of door te werken met een gemiddelde waarde. Op deze laatste manier blijkt uit de gevalstudies van het BuildingEQ-project dat een terugverdientijd schommelend tussen 6 maanden tot 3 jaar realistisch lijkt voor energiebesparingen tot 30% [6].
| 11
12 |
3 COMMISSIONINGPROCES
gestelde organisatie en een duidelijke takenverdeling in de tijd te onderstrepen. Figuur 3-1 ondersteunt het overzicht over deze structuur. 3.1.1 Productie
3.1 FASES VAN BOUWPROCES Om de verschillende types commissioning die verderop besproken worden te kunnen situeren binnen het bouwproces, kan een korte beschrijving van de verschillende fases in een projectplanning verhelderend zijn. In grove lijnen valt de levensduur van een gebouw uiteen in twee blokken. Er is de periode van productie waarin het gebouw ontstaat uit enkele ideeën en eisen om daarna via een ontwerp ook daadwerkelijk gebouwd te worden. Van zodra het goed opgeleverd wordt, vangt vervolgens de lange periode aan waarin het gebouw zijn functie uitvoert en op die manier onderhouden wordt. Elke periode kan op zijn beurt opgedeeld worden in een aantal fases. Daarbij wordt iedere fase gekenmerkt door specifieke handelingen en zo ook door specifieke commissioningtaken. Wanneer er sprake is van een grondige renovatie zou men kunnen stellen dat de werking van het goed tijdelijk ophoudt en dat het terugkeert naar een zekere fase in de productieperiode. Onderstaande opsomming [1] geeft een overzicht van de mogelijke opdrachten die gekoppeld zijn aan die verschillende fases. Zij wenst geenszins volledigheid na te streven, aangezien een algemeen geldende takenlijst - voor zover die bestaat - eindeloos lang zou worden. Bovendien is zo’n takenlijst sterk projectafhankelijk. Deze opsomming wil veeleer een min of meer beknopt idee meegeven van de verwachtingen in iedere fase om het belang van een voorop-
a. Schetsontwerp De fase van het schetsontwerp (SO) is de eerste fase en kan grofweg in twee stappen opgedeeld worden. Ieder project begint met de stap van het programma waarbij de toekomstige eigenaar contact opneemt met professionele werkkrachten. Hij schetst het concept dat hij met zijn project voor ogen heeft en deelt daarmee zijn visie op de gebouwde omgeving en de prestaties die hij van het project verwacht. Zijn ambitieniveau en verwachtingspatroon bepalen in hoeverre hij een energiebesparing wenst na te streven en/of in welke mate hij de milieueffecten op de stad en de wereld wenst te verminderen. De volgende stap gaat meestal van start van zodra de commissioningautoriteit (CxA), zie verder 3.3.1 Verantwoordelijken, zich bij het project voegt. Als de verantwoordelijke die kennis heeft van de regel- en wetgeving, ontwikkelt hij samen met of in dienst van de opdrachtgever een concrete visie op het project en begeleidt hij de eigenaar bij het opstellen van het programma van eisen (PvE). Het is belangrijk om dit document zeer concreet neer te schrijven opdat het als basis kan dienen van een concreet ontwerp. Het vormt immers de kern van een commissioningplanning die de CxA uitwerkt waarbij hij zich baseert op het advies van verschillende partijen, met onder meer een financieel adviseur, het onderhoudspersoneel, de toekomstige gebruikers, de | 13
hoofdaannemer, etc. Een inschatting van de kosten ten gevolge van de integratie van het commissioningproces tijdens het ontwerp en de uitvoering is in deze stap ook opportuun. Net zoals in de hiernavolgende fases varieert de omvang van het commissioningwerk tijdens het SO heel sterk, afhankelijk van de grootte van het project en de eisen die de eigenaar aan de commissioning stelt. b. Ontwerp Van zodra programma en planning vast staan, kunnen de schematische planningsdocumenten opgesteld worden voor het voorontwerp (VO). De CxA zorgt ervoor dat de inhoud van dit papierwerk strookt met de van toepassing zijnde wet- en regelgeving. Bovendien fungeert hij voortdurend als controlerend orgaan. Zo herbekijkt hij onder meer het commissioningplan opdat hij de ontwerpintenties die uitgewerkt werden in de vorige fase, kan coördineren. Met de ontwerpintenties uit voorgaande stappen als basis wordt het VO daarna verder ontwikkeld tot een definitief ontwerp (DO). De CxA verifieert ook hier de accuraatheid van de finale ontwerpdocumenten en controleert de volledigheid ervan. Van zodra het papierwerk voorbij het kritische oog van de commissioningverantwoordelijke is gepasseerd, kan het overgedragen worden aan de eigenaar. Met die handeling wordt de ontwerpfase afgesloten. c. Uitwerking Als overgangsfase tussen de voltooiing van het DO en het begin van de effectieve realisatie wordt het ontwerp verder uitgewerkt door bestekteksten op te stellen en plannen uit te tekenen. Gedetailleerde uitvoeringsdocumenten en een preciezere 14 |
kostenraming kunnen hierbij niet ontbreken. De opdrachtgever van het project - of de projectmanager die in zijn naam werkt - neemt in deze fase het voortouw. Hij kiest (een) aannemer(s) voor de uiteindelijke constructie. Ook hier begeleidt de CxA hem door ervoor te zorgen dat alle informatie duidelijk en snel naar de verschillende betrokken partijen wordt gecommuniceerd. d. Realisatie Na het vervolledigen van al deze documenten kan de aannemer van start gaan met de constructie. Dit gebeurt onder toezicht van de architect en de commissioningverantwoordelijke, indien de architect deze laatste functie niet in zijn takenpakket opneemt. Tegelijkertijd controleert de aannemer de planning en de kwaliteit van de constructie. Hij is bevoegd voor de installatie van de eventuele leidingen, draden en andere uitrustingen die noodzakelijk zijn om het project te monitoren. Bouwen is een dynamisch gebeuren; ook in deze stap kunnen eventuele aanpassingen aan het ontwerp nog voorgesteld worden. Dit is niet altijd evident: een toetsing van de noodzaak en de bijdrage die de aanpassing zou leveren in functie van de gewenste prestatie is nodig. Dit verklaart waarom de regelmatige aanwezigheid van een toezichthouder op de werf erg belangrijk is. Bij de voltooiing van het project volgt de voorlopige oplevering. De as-built dossiers worden vervolledigd en gecontroleerd op hun volledigheid en correctheid. Vervolgens kan de aannemer de verantwoordelijkheid over het gebouw en zijn systemen overdragen op de eigenaar. Het is de taak van de toezichthouder om op dat moment de degelijkheid van het opgeleverde werk vast te stellen. Hij gaat na of de gebouwuitrusting en haar systemen naar behoren
werken en tegemoet komen aan de PvE. Eventueel is het nodig een lijst van gebreken op te stellen die tijdens deze stap aan de oppervlakte komen en zo spoedig mogelijk moeten weggewerkt worden door de aannemer en/of de architect. Bij specifieke, meestal zeer grote projecten is dit ook de stap waarin een planning wordt gemaakt voor de opleiding en training van het bedienings- en onderhoudspersoneel dat gebonden is aan dat specifieke project. Opdat het systeem in de toekomst optimaal zou gebruikt worden zoals het ontworpen werd, is het immers van zeer groot belang dat deze personen de werking van het systeem volledig begrijpen. Mogelijks wordt daarvoor een onderhoudshandboek opgesteld. 3.1.2 Werking en onderhoud a. Ingebruikname en beheer Na het voltooien van het gebouw en zijn systemen en na de overdracht van de verantwoordelijkheid aan de eigenaar, kunnen de gebruikers voor het eerst het gebouw betrekken. Wanneer de eerste ingebruikname plaatsvindt, wordt verondersteld dat de installaties allen naar behoren werken en dat het beheer- en onderhoudspersoneel voldoende is opgeleid. Moesten er nog fouten zijn opgemerkt bij de voorlopige oplevering is dit de fase waarin deze gecorrigeerd en bijgeregeld worden. Bepaalde aspecten van een installatie vereisen echter een seizoensgebonden commissioning als verificatie dat het projectontwerp op ieder moment van het jaar aan de verwachtingen voldoet. Voorbeelden hiervan zijn de werking van het ontwerp van een verwarmingsinstallatie bij een winterse piekbelasting, een bypass regeling van het ventilatiesysteem ’s zomers en de
afstemming van de airconditionings- en verwarmingsinstallatie in de tussenseizoenen. Een optimale werking in deze bijzondere situaties kunnen bij voorlopige oplevering onmogelijk helemaal gegarandeerd worden. Het is dus wenselijk dat het project gedurende minstens één jaar na oplevering verder opgevolgd wordt. Om die reden werd het concept van de definitieve oplevering ingevoerd. Op een doorsnee werf is dit de periode waarbij de verborgen gebreken gemeld worden. Maar het is niet omdat gebreken niet naar de oppervlakte komen, dat ze geen grote impact op bijvoorbeeld het energieverbruik kunnen hebben. Met de toename van de complexiteit van installaties geldt dit steeds meer. Daarom neemt het commissioningproces niet enkel in het ontwerpen bouwproces aan belang toe; ook in deze opleveringsstap speelt het een cruciale rol. De CxA evalueert de energieprestatie en de stabiliteit van de geautomatiseerde respons tijdens deze vastgelegde periode en maakt een finale rapportering voor de eigenaar op. Deze evaluatieperiode overlapt met de gebruikelijke garantieperiode van de constructie an sich: beiden eindigen bij de definitieve oplevering. Hierna kan eindelijk de stap van het normale gebruik en beheer van het gebouw aanvangen. Zoals verder in 3.2 Types commissioning zal blijken, stopt hier de initiële commissioning en start de hercommissioning of de permanente commissioning. Deze aanpassing van de commissioningsaanpak heeft tot doel onopgeloste kwesties, gewenste verbeteringen of veranderingen, opgemerkte pijnpunten, etc. te ontdekken. In het eerste geval worden fouten die zich na de oplevering voordoen regelmatig hersteld. De tweede aanpak houdt het gebouw voortdurend in optimale omstandigheden. Door monitoring en door correct | 15
onderhoud en beheer wordt op die manier getracht het optimaal functioneren van de installaties gedurende de gehele levensduur te waarborgen [10]. De situatie wordt een stuk complexer wanneer het gebruik van het project na zekere tijd drastisch veranderd. Bij kantoorgebouwen komt dit voor bij de overname van een bedrijf. Een veranderd gebruik, een toe- of afgenomen bezetting, het gebruik van nieuwe apparatuur, etc. kunnen het systeem grondig verstoren. Een dergelijke verandering is ook in residentiële gebouwen denkbaar: wanneer een jong vijfkoppig gezin een huis of appartement betrekt dat vroeger bewoond werd door een bejaard koppel, zullen de
optimale bedrijfsomstandigheden sterk veranderen. Deze andere gebruikers verlangen een andere comfortervaring, vereisen andere ventilatienoden, brengen andere warmtewinsten met zich mee, … In een dergelijke situatie is het aan te raden terug te keren naar het begin van de fase van ingebruikname en beheer waarbij de regeling van de installaties grondig herbekeken wordt, met daaropvolgend een evaluatieperiode van ca. één jaar. Zo kunnen seizoensgevoelige aspecten van het systeem andermaal precies afgesteld en gecontroleerd worden.
Werking en onderhoud
Productie Schetsontwerp Programma
Planning
• opstellen PvE • opstellen initieel commissioningplan • inschatten opbrengsten commissioningproces
Figuur 3-1: De types commissioning en een beperkte opsomming van de bijhorende taken in functie van de fases van het bouwproces [1]
16 |
Ontwerp Voorontwerp
Definitief ontwerp
Uitwerking Bestek en tekeningen
• herbekijken projectspecificaties • updaten commissioningplan • verifiëren basis van ontwerp
Realisatie Constructie
Voorlopige oplevering
• organiseren vergadering vòòr aanvang bouw • beoordelen oplevering van de aannemer • start-up checks • training • testen
Ingebruikname en beheer Definitieve oplevering
Normale werking
• definitief commissioningrapport • testen seizoenscondities • voortdurende training • herzien garantie • vergadering over opgedane ervaringen
Initiële commissioning
Permanente commissioning
Initiële commissioning
Her-commissioning Achterafcommissioning
Naar de zo zorgvuldig opgevolgde periode van productie, waarbij voortdurend teruggekoppeld wordt naar het PvE, kan men niet terugkeren bij veranderend gebruik. Tenzij nieuwe gebruikers drastische, bouwkundige ingrepen wensen uit te voeren, moeten de eerste fases van schetsontwerp tot realisatie als onvermijdelijke randcondities opgevat worden. De vraag rijst dus in hoeverre het zinvol is een gedetailleerd PvE op te stellen bij een per definitie onzekere toekomst. Hoe kan men inspelen op toekomstige veranderingen en tegelijk een systeem optimaal ontwerpen en inregelen? Voor ontwerper en commissioningverantwoordelijke leidt dit tot een moeilijke evenwichtsoefening tussen algemeen geldende principes en de specifieke gebruikersgebonden situatie. Een eenduidig antwoord hiervoor formuleren lijkt niet mogelijk. Het voornaamste is dat deze denkpiste reeds van bij de start van de ontwerpoefening wordt meegenomen zodat men in de toekomst niet voor onvolkomenheden komt te staan.
3.2 TYPES COMMISSIONING Al te vaak zien aannemers commissioning als een taak die de operationele prestaties moet controleren ná de constructie van het gebouw en vòòr de uiteindelijke oplevering in dienst van de eigenaar. Hier doet commissioning louter dienst als verificatie van de opleveringsfase. Dit brengt echter een aantal nadelen en moeilijkheden met zich mee: fouten uit voorgaande fases worden pas bij de oplevering ontdekt en kunnen mogelijks niet volledig of zelfs helemaal niet meer opgelost worden; bepaalde mankementen in de systemen worden niet ontdekt; deze momentopname biedt geen garantie voor een probleemloze werking in de verre en zelfs nabije toekomst; etc.
Een opengetrokken visie is dus opportuun. Een aanpak die start bij aanvang van het project tijdens de fase van het SO en die voortduurt tijdens de levensduur van het gebouw in de fase van ingebruikname dringt zich op. Deze visie beoogt een kwaliteitsgeoriënteerd proces die een uniforme, geïntegreerde en consistente aanpak verstrekt voor het opleveren van gebouwen die tegemoet komen aan de veranderlijke criteria van bewoners en eigenaars. Dit kan leiden tot minder herstelopdrachten, een soepelere oplevering, betere energieprestaties, een hogere systeembetrouwbaarheid en lagere kosten voor bediening en onderhoud [10]. De grote uitdaging bestaat hier uit het dichten van de kloof tussen de vier betrokken maar uiteenlopende visies: de verwachtingen van de gebouweigenaar, het project van de ontwerper, het geïnstalleerde systeem van de aannemer en het werkende systeem van de exploitant en de gebruiker. Het opstellen van een aantal documenten moet dit euvel zoveel mogelijk trachten te beperken. De eigenaar verduidelijkt zijn verwachtingen zo vroeg als mogelijk in het Programma van Eisen, vaak bijgestaan door een commissioningautoriteit, zodat ontwerper en eigenaar elkaar bij overleg ten volle begrijpen. Een professioneel ontwerper stelt de Ontwerpdocumenten samen, i.e. een bundeling van al het ontwerpwerk met onder andere het Document met Ontwerpintenties en de Gids voor Systeemcontrole en -bediening. Het eerste duidt de ontwerpintenties en geeft een overzicht van het ontwerp en zijn de basisuitgangspunten. Het tweede informeert de exploitanten en het onderhoudspersoneel over de intentie, structuur en controle van het ontworpen systeem en reikt richtlijnen aan voor de zijn werking. Rapporten op geregelde tijdstippen moeten toelaten dat de exploitant en de eigenaar kunnen nagaan of de werking nog steeds voldoet aan de gestelde eisen [1]. | 17
Deze kwestie vergt heel wat aandacht bij tertiaire gebouwen, zoals kantoren en scholen, maar wordt nog een stuk ingewikkelder bij grote woonprojecten. De verwachtingen en eisen van de gebruikers ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de huisvestingsverantwoordelijke liggen vaak verder uit elkaar. Om deze vele meningen samen te brengen is een duidelijk uitgewerkte organisatie nodig waarvan iedere speler op de hoogte is. Veel sterker nog dan de gebruikers van een kantoorgebouw verwachten de bewoners van een collectief woonproject een installatieontwerp dat afgestemd is op hun persoonlijke comfortperceptie en hun bijzondere noden. Moest iedere bewoner afzonderlijk voor zijn verlangens opkomen, zou dit resulteren in een inefficiënt overleg met een overdaad aan partijen. Doeltreffender is het verzamelen van klachten en opmerkingen van bewoners bij één centrale figuur of partij. Deze verdedigt de belangen van de gebruikers op overlegmomenten. Vaak wordt deze taak als meldpunt opgenomen door de gebouweigenaar, bv. de sociale huisvestingsmaatschappij. Maar deze partij is zelf reeds contractant binnen het overleg als eigenaar van het project. Men hoort zich daarom af te vragen in hoeverre de verwachtingen van de gebouweigenaar samenvallen met de visie van de gebruikers op het systeem in werking. Misschien kan de communicatie vlotter verlopen door een derde, onafhankelijke partij te betrekken die instaat voor het behartigen van de belangen van de gebruikers. Kan dit een nieuwe dimensie geven aan het beroep van conciërge? Met de toename aan gecommissionde woonprojecten zal de nood aan een antwoord op deze kwestie in de komende jaren zonder twijfel prangender worden. Binnen deze brede visie onderscheiden onder meer Houtsma [11] en Visier [1] vier types commissioning. De positie die ze innemen binnen het bouwproces en een beknopt takenpakket, is te zien op Figuur 3-1.
18 |
3.2.1 Initiële commissioning Initiële commissioning (I-Cx) is een systematisch proces toegepast bij een nieuw gebouw of bij een nieuwe installatie. Ook wanneer nieuwe apparatuur geïnstalleerd wordt in een bestaand gebouw, refereert men naar I-Cx. Deze vorm van commissioning vangt reeds aan bij het vastleggen van het programma in de fase van het schetsontwerp en eindigt van zodra het gebouw definitief wordt opgeleverd. Het laat toe de uitgangspunten van het PvE in de nazorgfase te vergelijken met de uitgangspunten tijdens het ontwerp. Hoever men tijdens de I-Cx wenst te gaan en welke acties men precies onderneemt, hangen af van de wensen en ambities van de eigenaar. Dit wordt nauwkeurig vastgelegd in een contract tussen de eigenaar en de commissioningverantwoordelijke. Hoewel het sterk aan te raden is te streven naar een consequent en zo geïntegreerd mogelijk I-Cx-proces, vindt men in de hedendaagse praktijk vooralsnog veel situaties terug waarbij commissioning in de schetsontwerp- en ontwerpfase over het hoofd wordt gezien. Ze wordt pas voorbereid vanaf de uitwerkingsfase om tijdens de realisatie werkelijk geïmplementeerd te worden. In dat geval spreekt men van partiële initiële commissioning. Meer nog dan in niet-residentiële gebouwen is het vooral in de woningsector van belang dit proces zo vroeg mogelijk aan te vatten. In dit soort van gebouwen is de prestatie van de ventilatie- en verwarmingssystemen immers nauwer gerelateerd aan de eigenschappen van het volledige gebouw [1]. Eens in de constructiefase wordt het moeilijk bepaalde gebrekkigheden of lacunes nog te mediëren.
3.2.2 Achterafcommissioning Wanneer voorheen geen I-Cx heeft plaats gevonden of wanneer elke documentatie daaromtrent ontbreekt, spreekt men over achteraf- of retro-commissioning (Retro-Cx). In dat geval is dit de eerste keer dat een bestaand gebouw gecommissiond wordt, namelijk in de fase van ingebruikname en beheer. Vaak ontbreken de ontwerpdocumenten of zijn deze niet meer in overeenstemming met de bestaande toestand. Afhankelijk van deze situatie kan Retro-Cx ingezet worden om het ontwerp te controleren, zoals dat in de I-Cx zou gebeurd zijn. Maar in deze benadering achteraf is het risico reëel dat het onmogelijk blijkt om opgemerkte inefficiënties, ontstaan tijdens de constructie of reeds bij het ontwerp, te herstellen. Bij een aanpak vanaf de start van het project had men mogelijks wel korter op de bal kunnen spelen. 3.2.3 Hercommissioning Indien het proces van de I-Cx of Retro-Cx heeft plaats gehad en de eigenaar de prestatie van zijn aanwezige technieken opnieuw wenst na te gaan, te verbeteren en/of te documenteren, voert men een her- of re-commissioning (Re-Cx) uit. Dit proces inspecteert de status van de oorspronkelijke commissioning in het gebouw om de prestatie van het systeem op peil te houden. Dit gebeurt tijdens de fase van beheer. De redenen om over te gaan tot een Re-Cx kunnen zeer divers zijn: de gebruikerseisen zijn veranderd, men heeft ontdekt dat de systeemprestatie niet voldoet aan de verwachtingen, men wenst de fouten die vastgesteld zijn bij de I-Cx te herstellen, etc. Opdat het systeem zijn oorspronkelijke prestaties kan blijven leveren, is het regelmatig uitvoeren van een Re-Cx aan te raden. Zoals Figuur 2-1 reeds aantoonde, biedt een eenmalige
aanpak immers geen garantie op een langdurige optimale werking. Door regelmatig een puntsgewijze controle uit te voeren kan men deze problematiek in zekere mate het hoofd bieden. 3.2.4 Permanente commissioning De meest intensieve en daarom een relatief beperkt voorkomende manier om gebouwen op te volgen, noemt men de permanente commissioning, ook wel naar verwezen onder de naam continuous of ongoing commissioning (Ongoing Cx). Dit is een continu proces om, na het uitvoeren van een I-Cx, een Retro-Cx of eventueel zelfs een Re-Cx, de prestatie van het gebouw en zijn installaties in stand te houden, bij te stellen en te optimaliseren. In tegenstelling tot een regelmatig uitgevoerde Re-Cx, die terugkoppelt naar de oorspronkelijke prestatie, legt de Ongoing Cx de nadruk op de optimalisatie van de prestatie. Dit successief proces vindt plaats tijdens de gebruiksfase en heeft als taak de operationele problemen op te lossen, het comfort te verbeteren, het energieverbruik bij te stellen en eventuele herstellingen te adviseren. Voor het uitvoeren van deze kwaliteitsborging van de gebouwprestatie is het belangrijk om voldoende informatie in het gebouwdossier op te nemen: het bouwbestek, tekeningen, berekeningen, de storingsgeschiedenis en het correctief en vervangingsonderhoud mogen niet ontbreken om een duurzaam beheer en onderhoud van het gebouw mogelijk te maken [11]. Costa omschrijft deze continue commissioning als een noodzakelijke voorwaarde om gebouwen gedurende een lange termijn energie-efficiënt te laten functioneren [12]. Om voldoende informatie voor handen te hebben teneinde tot een duurzaam beheer en onderhoud te komen, is een uitgebreide | 19
conditiemeting van het gebouw een must. De installatie van allerhande meetapparatuur, bij voorkeur aangestuurd door een softwaresysteem, biedt de mogelijkheid tot het opnemen en verzamelen van een grote hoeveelheid data op eenzelfde tijdstip zonder een al te grote inspanning te leveren. Deze evolutie naar automatisering van de monitoring vormt onderwerp van discussie bij de afweging tussen de investeringskost en het eruit te halen profijt. Omdat permanente commissioning nauwelijks los te koppelen valt van deze doorgedreven metingen, verwijst Miner vaak naar monitoring-based commissioning (MBCx) wanneer hij het over Ongoing Cx heeft [5]. Critici zien deze visie op een langdurig commissioningproces vaak als een idealistisch idee dat te ver van hun dagelijkse praktijk staat om in hun eigen projecten toegepast te worden. In hoeverre deze aanpak realistisch is, zal de toekomst moeten uitwijzen, maar vandaag kan alvast vastgesteld worden dat hij ver staat van de courante realiteit. In de praktijk past men heel vaak slechts een beperkt deel van dit volledige proces toe [1].
3.3 ORGANISATIE Een eerste probleem bij commissioning doet zich voor bij het kiezen van een commissioningorganisatie. Er bestaat geen eenduidige aanpak die beter is dan alle andere; de keuze moet afgestemd worden op het budget, de voordelen die een ver doorgedreven organisatie kan bieden en de kwaliteitsverwachtingen van een project. Men moet de afweging maken wie de verantwoordelijkheid van de commissioning op zich neemt, evenals welke structuur daarvoor gevolgd wordt.
20 |
3.3.1 Verantwoordelijken Wie de taak van commissioner op zich neemt hangt sterk af van de grootte van het project, van de wensen van de eigenaar, van lokale ervaringen en dergelijke meer. Het volledig overdragen van de commissioningtaken aan de commissioningverantwoordelijke vormt een eerste mogelijkheid. Deze gecertificeerde persoon wordt rechtstreeks door de eigenaar van het gebouw ingehuurd. Hij hoeft dus enkel rechtstreekse verantwoording af te leggen tegenover die eigenaar; ten opzichte van de andere betrokken functioneert hij volledig onafhankelijk. De CxA kan op die manier vanuit een volledig ongebonden standpunt alle aspecten van de werking en het onderhoud overschouwen. Zo kan hij de eigenaar een maximale garantie bieden dat het PvE gerealiseerd werd vanaf het opstellen van het programma tot de definitieve oplevering [1]. Van zodra de fase van ingebruikname van start gaat, vervoegen de gebruikers en/of de exploitant het overleg als doorwegende partij. Ondanks de rechtstreekse verantwoording die de CxA aflegt naar de eigenaar toe, is het belangrijk dat hij zijn verantwoordelijkheid tegenover de gebruikers over de volledige levensduur van het gebouw niet ontloopt. Zijn taak is onder meer het garanderen van een comfortabele leefomgeving. Over dit aspect kunnen bewoners natuurlijk het beste oordelen. Deze in principe tweeledige verantwoording van de CxA kan tot wrijving leiden. Bij grote woonprojecten is het immers erg moeilijk om de CxA met iedere bewoner een geschreven overeenkomst te laten sluiten. Het is aan de eigenaar om evenwichtige, neergeschreven akkoorden enerzijds met de huurder en anderzijds met de commissioningverantwoordelijke te sluiten.
Het is steeds de bedoeling dat de CxA en het projectteam het commissioningplan bespreken om de taken van de projectdeelnemers per fase te definiëren. Er bestaat echter een risico dat deze andere spelers, die een belangrijke bijdrage hebben tot de kwaliteit van het geheel, veel minder betrokken zullen worden. Bovendien zal men voor deze bijkomende activiteit extra budget moeten voorzien. Bij een gunstige kosten-batenverhouding, met andere woorden als deze uitgaven gecompenseerd worden door besparingen op een realistische termijn, valt deze keuze zeker te rechtvaardigen. Op deze manier zal commissioning in de toekomst een taak op zichzelf worden, uitgevoerd door specialisten. In een andere aanpak nemen de gebruikelijke partijen architecten, ingenieurs, installateurs, etc. - de commissioningtaken op zich. Op die manier zal het het CxP veel meer ingebed raken in hun dagdagelijkse praktijk. Hier sluipt het gevaar dat deze partijen de commissioningtaken zullen vermengen met de gebruikelijke taken van ontwerp, installatie, testen en uitbalanceren. Tegenover de eigenaar maar ook voor zichzelf is het belangrijk om aan te tonen dat deze taken ook werkelijk zijn uitgevoerd. Om het vertrouwen tussen beide partijen te vergroten kan een derde partij een certificaat uitreiken aan de betrokken spelers. Hier wordt commissioning geïntegreerd als een deel van de verwachte taken van iedere partij, zodat commissioning op termijn zal opgaan in de praktijk van alledag en dus zal verdwijnen als taak op zichzelf. Een derde manier van werken is vanzelfsprekend een intermediaire aanpak waarbij de gebruikelijke partijen het merendeel van de acties uitvoeren en een CxA inspecteert of ze ook werkelijk uitgevoerd zijn. De rol van de CxA wordt in dit geval
volledig gereduceerd tot kritisch controlerend orgaan zonder zelf deel te nemen aan het ontwerpproces [1]. 3.3.2 Structuur De belangrijkste uitdaging om een gebouw of systeem te commissionen is het volgen van een goed beheerd proces. Daarvoor definieert het commissioningplan de geplande acties in een centraal document om de verschillende spelers in te lichten over wat de commissioning in dat specifieke project inhoudt en hoe men dat wenst te bereiken. De globale inhoud van het commissioningplan wordt aan het begin van het project gedefinieerd en zal in de loop van het project verder verfijnd worden. Na afloop van iedere fase wordt een voortgangsrapportage opgesteld. De status van de bouwkundige en installatietechnische aspecten worden hier op een rijtje gezet en vergeleken met de ontwerpuitgangspunten. Hieruit moet blijken of de voortgang van het project eventueel moet worden bijgestuurd. De gegenereerde rapportage wordt geëvalueerd met de opdrachtgever en de overige projectteamleden [11]. Het toepassen van dit commissioningplan kan met behulp van verschillende hulpmiddelen ondersteund worden [1].
| 21
a. Controlelijst Deze minimale omschrijving van een commissioningplan definieert de zaken die men moet nazien tijdens het proces om zich ervan te verzekeren dat de kritieke acties daadwerkelijk werden uitgevoerd. Controlelijsten worden gekenmerkt door een grote eenvoud: speciale software of een grondige opleiding van de gebruikers is hier niet nodig. Deze werkwijze zal daarom vooral gehanteerd worden wanneer geen afzonderlijke commissioningverantwoordelijke bij de organisatie betrokken is. Het grootste nadeel dat ermee gepaard gaat, is het feit dat deze lijst louter doelen vastlegt maar geen methodes aanreikt. Documentatie van de verzamelde resultaten ontbreekt. Meer dan het afvinken van de verschillende punten op de lijst moet er niet gebeuren. De controlelijsten worden gebruikt door iedere partij die betrokken is bij het project. Zo bieden ze een minimale kwaliteitscontrole aan de projectmanager. Vooral bij de overgang van de ene fase op de volgende besteedt men extra aandacht aan deze controlelijsten. b. Standaard commissioningplanmodellen Wanneer men iets meer in detail te werk wenst te gaan, kan men gebruik maken van vijf standaardmodellen (SMCxP) als basis voor het vastleggen van commissioningplannen die op maat zijn voor een specifiek project. Ieder model is gekoppeld aan een karakteristieke takenlijst met een beschrijving van de inhoud van iedere taak. De keuze van het juiste model gebeurt door middel van een risico-evaluatie waarbij men rekening houdt met drie voorname zaken, zoals Figuur 3-2 illustreert. De grootte van het gebouw bepaalt voor een belangrijk deel de omvang van de installaties die voorzien zijn. Hoe groter het project, des te groter het risico op
22 |
storingen. Gekoppeld aan de functie en verwachtingen van het project legt men bepaalde specificaties op aan het HVAC-systeem. Bij gedistribueerde systemen stijgt de complexiteit, is het risico op een tekortschietend ontwerp groter en vereist men dus een intensievere commissioning. Uiteraard speelt ook het aanvaardbaar risiconiveau een rol. Dit hangt enerzijds af van de participatie van de toekomstige gebruiker. Wanneer hij vanaf het begin bij het project betrokken is, kan meer aandacht aan commissioning besteed worden omdat deze aanpak - die meer naar de toekomstige werking van het gebouw kijkt - vaak veel gedetailleerder is. Anderzijds hangt het aanvaardbaar risico af van de functie van het project: in een laboratorium zal een defect mogelijks grote economische gevolgen hebben. In zulke gebouwen verwacht men vanzelfsprekend een intensievere commissioning. De selectieprocedure wordt in onderstaande figuur verduidelijkt [1]. Een vierde invloedsparameter die niet in de figuur is opgenomen maar zonder twijfel een grote invloed heeft, is het beschikbaar budget. De investeerder zal zijn modelkeuze immers ook sterk laten afhangen van het bedrag dat hij aan commissioning wenst te spenderen, mogelijks ten koste van efficiëntie en comfort. Voor deze werkwijze werden ondertussen reeds een aantal tools ontworpen. Zij helpen bij het verduidelijken van het PvE, bij het raadplegen van de gebruikte dimensioneringsmethodes en bij het verzamelen van data in de schetsontwerp-, ontwerp- en uitwerkingsfase. Ze vormen vervolgens de basis voor het toepassen van commissioning tijdens de realisatiefase. Tot slot maken de tools het tijdens de fase van ingebruikname en beheer mogelijk om optimalisatieprocedures toe te passen.
programma
grootte gebouw klein
middelmatig
complexiteit HVAC groot
eenvoudig
normaal
risiconiveau
complex
laag
normaal
hoog
evaluatie van het commissioningniveau
keuze standaardmodel Type 1: klein gebouw met eenvoudig HVAC-systeem Type 2: middelmatig gebouw met onafhankelijke HVAC-eenheden Type 3: middelmatig gebouw met eenvoudig HVAC-systeem Type 4: groot commercieel gebouw met gecentraliseerd HVAC-systeem Type 5: complex en/of risicovol gebouw
commissioningplan
c. Kwaliteitscontrolematrix Voor een hoge graad aan detail gebruikt men het controlemodel (MQC) als een uitgebreid hulpmiddel om de kwaliteit van het hele project te managen. Deze methode verzekert een uitgebreide structuur voor het commissioningplan: ze controleert het volledige productieproces vanaf het ontwerp, over de bouw en oplevering, tot en met de ingebruikname. Het vermijden van storingen tijdens alle cruciale aspecten en fases in het proces staat centraal.
Figuur 3-2: Schematische voorstelling van de keuze voor een van de vijf standaardmodellen.
Op een aantal strategische punten in het bouwproces wordt geschat of het systeem tegemoet komt aan de doelstellingen en eisen zoals overeen gekomen in de programmafase. Deze informatie wordt samengebracht in een kwaliteitscontrolematrix die opgebouwd is uit verschillende aspecten: er wordt rekening gehouden met zowel technische, financiële, organisatorische als communicatieve kwaliteit. Het doel van deze matrix is in de eerste plaats alle vereiste acties en alle informatie nodig voor het commissioningproces gemakkelijk raadpleegbaar te maken. | 23
Op de horizontale as plaatst men de verschillende fases van het bouwproces, zoals hierboven in 3.1 Fases van bouwproces beschreven. Op de verticale as komen de elementen van de kwaliteitscontrole. Deze aspecten zijn heel verscheiden en kunnen afgestemd worden op de specifieke aspecten van ieder project, e.g. organisatie, eisen, middelen, financiering, documentatie, etc. Door te klikken op een van de cellen van de matrix komt men terecht in een onderwerpsheet die een oplijsting geeft van alle opgenomen onderwerpen en hun omschrijving. Van daaruit kan men verder navigeren naar een invoersheet waarin onder andere templates met technische informatie en links naar vereiste documenten, wetten en normen vervat zitten. Dit resulteert in een gelaagde, eenvoudige structuur die architecten en commissioners alle exacte informatie geeft die ze nodig hebben tijdens iedere stap van de productiefase. Een voorbeeld van een dergelijke matrix, MQC_JP, van een onderwerpsheet en van een invoersheet staan achtereenvolgens op Figuur 3-3 [13]. Dit hulpmiddel vereist een grotere inspanning van de commissioningverantwoordelijke maar brengt de voordelen van een globale kosten- en tijdsbesparing en betere communicatie met zich mee. Er is echter nog veel marge voor verbetering qua functionaliteit en gebruiksvriendelijkheid. Zo is het in sommige systemen niet mogelijk om de data te raadplegen vanuit meerder pc’s. Een functie om simultaan informatie in te voeren zou het documenteren van het proces nog een stuk efficiënter kunnen maken. Figuur 3-3: MQC-matrix met achtereenvolgens een onderwerpsheet en invoersheet [13]
24 |
4 COMMISSIONING: METHODIEK
4.1 FOUTDETECTIE EN DIAGNOSE 4.1.1 Energiemonitoring en gebouwbeheer Het monitoren, evalueren en opvolgen van energie blijkt bijzonder nuttig te zijn om een duidelijk beeld te krijgen op het energieverbruik. Zonder metingen kan er immers niet gemanaged worden en is een terugkoppeling over hoe processen verlopen in de werkelijke situatie onmogelijk. Bovendien vereenvoudigt het de pogingen om besparingsmogelijkheden te achterhalen en de resultaten van deze maatregelen na te gaan. Commissioning, in het bijzonder Ongoing Cx, gaat daarom heel nauw samen met het verzamelen van gedetailleerde informatie door middel van monitoringapparatuur. Ze maakt prognoses van het verwachte energieverbruik tijdens specifieke periodes of in nieuwe situaties bij veranderingen in gebruik. Ze heeft tot doel om fluctuaties en significante verliezen in het energieverbruik op te sporen, te identificeren en mogelijks zelfs te verklaren [14]. Dit gaat echter gepaard met een enorme hoeveelheid aan gegevensstromen, waarvoor een grote databasecapaciteit vereist is. Bovendien is de medewerking van professionelen noodzakelijk om veranderingen in energieverbruikmodellen te herkennen en te analyseren. Onder andere omwille van deze vereisten vormt monitoring op grote schaal vandaag de dag een enorme uitdaging. Ondanks het feit dat ondertussen een hele reeks recente gebouwen uitgerust is met
geautomatiseerde systemen, wordt de verzamelde data over het energieverbruik al te vaak louter opgeslagen om deze op een later tijdstip offline te analyseren. Een realtime-verwerking en -analyse van deze gegevens, om kort op de bal te kunnen spelen met een rapportage over het energieverbruik en/of met het formuleren van voorstellen die de efficiëntie kunnen bevorderen, blijft dus uit [15]. Een belangrijk begrip dat in deze context regelmatig terugkeert, is het gebouwbeheersysteem (GBS) [16], in Engelstalige literatuur building management system (BMS), building and energy management system (BEMS) [1] of in recentere terminologie building automation system (BAS) [4] genoemd. Dit computergestuurde controlesysteem wordt in een gebouw geïnstalleerd en aangewend om de installaties in dat gebouw centraal aan te sturen en te laten samenwerken. Het stemt de vraag naar en het aanbod aan energiestromen in een gebouw op elkaar af. Het HVAC-systeem is daarbij een belangrijke toepassing [4]. De installatie van een GBS maakt het mogelijk om alle informatie centraal af te lezen en installaties tijdelijk in- en uit te schakelen. Op die manier verloopt het beheer op een eenvoudige en overzichtelijke manier. Het systeem toont de regeling van de installatie en verifieert of de eisen die aan de installatie gesteld zijn, worden behaald. Indien nodig genereert het een alarmlijst met de gesignaleerde en de geaccepteerde meldignen. Het maakt daarvoor vaak gebruik van grafische weergaves van de verschillende installatiedelen [16]. De evenwichtsoefening tussen een grote hoeveelheid beschikbare informatie en een efficiënt werkbaar systeem maakt het noodzakelijk om reeds in de ontwerpfase goed na te denken over welke sensoren men in het project wenst te integreren. Iedere bijkomende sensor biedt de mogelijkheid om het gebouw beter te begrijpen en vergroot de kans om fouten te ontdekken, maar laat tegelijkertijd de complexiteit en de | 25
arbeidsintensiviteit van het project toenemen. Het opdrijven van het aantal meters in het gebouw heeft ook een beduidende financiële impact. De installatie gaat gepaard met een hoge kost die voornamelijk te wijten is aan de bekabeling. Bij een nieuwbouw neemt deze post een aandeel van net geen 50% van de totale kost in. De ontwikkeling richting draadloze sensortechnologie kan een oplossing bieden, maar vergt nog heel wat onderzoek [17]. Een grondige afweging van hoe ver mens wenst te gaan in deze monitoring is aan de orde. Welke foutencontroles zijn cruciaal om na te gaan en welke kleinere afwijkingen wegen niet op tegenover de investering die ervoor noodzakelijk is?
Figuur 4-1: Een performance framework tool [4]
26 |
De implementatie van een performance framework tool (PFT) in het project kan hierbij van dienst zijn. Figuur 4-1 toont hoe dit hulpmiddel de verschillende prestatietoetsingen structureert in parameters, doelstellingen, objecten, aspecten en scenario’s van de prestatie [18]. Op die manier worden de honderden mogelijke prestatiedoelstellingen gecategoriseerd in vijf specifieke prestatieaspecten zodat de CxA en de bouwheer een overzichtelijker beeld van het GBS krijgen. Alle geassocieerde doelstellingen die betrokken zijn op een specifieke dimensie van de werking van het gebouw worden verder verzameld in eenzelfde scenario [4]. Door het zorgvuldig opstellen van dit meetsysteem kan de CxA gebouwspecifieke informatie voor heel wat parameters verzamelen. Wenst hij bijvoorbeeld de verbruikspatronen nauwer te documenteren, dan kan hij CO2-toestellen of passieve infraroodsensoren inschakelen. Hoe meer parameters als input in een model kunnen fungeren, des te minder vooronderstellingen er noodzakelijkerwijs zullen moeten gemaakt worden [12]. Deze intensieve energiemonitoring en het uitgewerkte gebouwbeheer dat eraan gekoppeld is, staat onder meer in functie van de fault detection and diagnosis (FDD) in een latere fase. Deze FDD is een cruciaal onderdeel van het commissioningproces en heeft tot doel om grove fouten in de werking van het systeem op te sporen. Dit kan leiden tot een efficiënter energiegebruik en een meer gecontroleerde beheersing ervan, wat op hun beurt een verlaging van de energiekosten en de CO2-emissie met zich meebrengt. Dit kan een eenvoudige taak lijken maar door de sterk toegenomen complexiteit van HVAC-systemen, vooral in commerciële gebouwen, worden grove fouten al te vaak niet geïdentificeerd. Bovendien zijn de middelen die ter beschikking van de CxA staan vaak beperkt, vooral op vlak van het beschikbare tijdsbestek en de ondersteunende software. Een
grondigere studie van de prestatiedata is noodzakelijk. Typische problemen die door een FDD in bestaande gebouwen naar boven komen, zijn problemen met de tijdsregelingen, het simultaan opwarmen en afkoelen, gebrekkige besturingselementen, gedeactiveerde of fout ingestelde onderdelen, een gebrekkige aandacht voor sensorkalibratie of het handmatige opnieuw instellen van de setpunten door de gebruiker die de ontoereikende systeemwerking wenst te compenseren. De huidige evolutie naar het extensiever toepassen van deze FDD zal commissioningverantwoordelijken stelselmatig kunnen ondersteunen. De uitdagingen vandaag liggen vooral bij de evolutie naar de automatisering van de FDD-activiteiten, bij een uitgebreidere beschikbaarheid van meetdata en bij een geavanceerdere integratie van de FDD binnen een actief GBS [4]. 4.1.2 Functionele testen Binnen het enorme systeem van een HVAC-installatie heeft iedere component een duidelijk gedefinieerde functie. Iedere storing of defect bij een van die componenten kan de correcte werking van het volledige systeem beschadigen. Dit defect kan op iedere plaats en in ieder stadium van het bouwproces ontstaan. De oorzaak van dit malfunctioneren kan men vinden in ontwerpfouten, een foute dimensionering, een fabrieksfout of andere initiële beschadigingen, de keuze van een verkeerde component, een installatiefout, een foute afstemming, abnormale gebruiksomstandigheden, etc. De mogelijkheden zijn immens; het achterhalen van de oorzaak van de fout is daaraan omgekeerd evenredig. Om zulke fouten te ontdekken en te pogen een diagnose te stellen door de aanleiding van deze optredende verschijnselen te vinden, werd de functional performance testing (FPT) ontwikkeld. Om bepaalde
parameters van het gebouw bij te stellen en om de eisen van het gebouw nauwkeuriger te definiëren, bestaan verschillende experimentele procedures. Deze testen zijn zeer gevarieerd, met vele gradaties aan complexiteit. Een eenvoudige massa- en energiebalans kan al heel wat vertellen over de samenhang van de verschillende meetresultaten. Meer gesofisticeerde, grondig uitgewerkte methodieken met een hogere graad aan complexiteit worden geïllustreerd met twee voorbeelden verderop in 4.3 Geautomatiseerde commissioning. Afhankelijk van de manier waarop het gedrag van een component geanalyseerd wordt, kan deze structurele kwaliteitscontrole actief of passief, i.e. met of zonder een kunstmatige verstoring, gebeuren. De toepassing van actieve testen vindt meestal plaats bij I-Cx, in het bijzonder op het einde van de constructiefase. Hun werkwijze wordt gekenmerkt door een hoge impact op de werking van het gebouw. Ze mikken slechts op een monitoring op korte termijn, vergen gespecialiseerde kennis van de uitvoerders en vereisen een vrij hoog commissioningbudget. Een voorbeeld van een dergelijke actieve toetsing is de co-heating test, welke gebruikt wordt om de netto warmtevraag in werkelijk opererende condities na te gaan. Een andere mogelijke test is de pressurisatieproef, uitgevoerd met een blowerdoor meting en eventueel in combinatie met een tracergas. Deze gebeurt om de luchtdichtheidsprestaties van het gebouw te controleren en de berekening van de luchtinfiltratie te valideren. Beide testen zoeken een extreme situatie op om zo een gedetailleerder beeld van de gebouwprestatie te ontwikkelen [19]. De passieve benadering daarentegen zal de binnencondities niet verstoren, waardoor het comfort en de gezondheid binnen de bezette zones van het gebouw gewaarborgd blijft. Dergelijke testen worden meestal verkozen bij Re-, | 27
Retro- en Ongoing-Cx. Ze vertegenwoordigen een monitoring op lange termijn, vereisen slechts een matige kennis van de gebruikers en zijn soms met een relatief beperkt budget uitvoerbaar [20]. De plaatsing van talloze meters en sensoren die, als alles goed verloopt, operationele data verzamelen zonder het systeem te beïnvloeden, hoort thuis onder de noemer van passieve benadering. Deze functionele testen zijn dus onderdeel van het volledige commissioningproces. Op ieder moment van de levensduur van het gebouw kan zo’n toetsing plaatshebben. Een belangrijke voorwaarde alvorens het systeem te activeren of onmiddellijk volgend op zijn activering, zijn de verificatiecontroles. Deze controles gaan onder meer na of de geïnstalleerde componenten overeenstemmen met degene die beschreven staan in de as built dossiers, of de vele bekabeling goed is verbonden en aangesloten, tot op welke nauwkeurigheid de sensoren gekalibreerd zijn en of ze zich op alle locaties bevinden zoals voorgeschreven. Technische documentatie die de ontwerpers en/of de aannemers beschikbaar stellen en eventuele voorafgaandelijke testrapporten van commissioning in het verleden worden bestudeerd om alle beschikbare informatie en data op het moment van de FPT grondig te kunnen evalueren [19]. Deze veelvuldige en vaak tijdrovende controles zijn een belangrijke voorwaarde om vervolgens een doeltreffende FPT uit te voeren. Mogelijks is het zelfs nodig de data die het GBS logt en opslaat aan te passen om die relevante variabelen te verzamelen die nodig zijn voor de voor ogen zijnde FPT. Dit lijkt evident maar dat is het zeker niet. Het is vaak moeilijk in de voorbereidende fase te voorspellen welke data men precies nodig zal hebben, aangezien bij de opstart het precieze probleem meestal nog niet gekend is.
28 |
De FPT kan gerealiseerd worden op verschillende niveaus. Functionele testen kunnen gebeuren op schaal van het volledige systeem, van een subsysteem met een handvol componenten of van enkele componenten die als kritiek beschouwd worden. De keuze van het niveau gebeurt op basis van een risicoanalyse en houdt rekening met de vastgelegde aanvaardingscriteria. Zo ook kunnen HVACsystemen als geheel of als afzonderlijke systemen geanalyseerd worden. Dit is allemaal erg situatieafhankelijk: welke vragen dienen beantwoord te worden en welke variabelen worden gemeten? Op welk niveau de CxA ook wenst te werken, hij mag niet uit het oog verliezen dat de werking van het systeem in het bijzonder afhangt van de interacties tussen deze verschillende schaalniveaus. Daarom is het volgen van minstens een van volgende twee strategieën wenselijk. Men kan kiezen voor een top-down strategie die vertrekt vanuit het globale systeemniveau en via de subsystemen afdaalt naar het componentniveau. Eerst worden de functionele prestaties van het volledige systeem geverifieerd, om vervolgens de analyse uit te breiden naar steeds lagere niveaus, gestuurd door (een) geobserveerde storing(en). De uiteindelijke intentie van deze top-down benadering is niet zozeer het inspecteren of ieder component op zichzelf goed of slecht werkt, maar om na te gaan of een component correct geïntegreerd is in het betreffende systeem. De onderzoeker moet echter beducht zijn voor het risico dat bij deze rechttoe rechtaan strategie bepaalde energieverspillende situaties niet opgemerkt worden. Zo is het niet ondenkbaar dat het globale systeem schijnbaar naar behoren werkt aangezien het voldoet aan de comfort- en gezondheidseisen, maar dat er toch gebrekkigheden in de individuele componenten heersen. Deze paradox kan ontstaan doordat het ene component het defect van een ander camoufleert. Een concreet
voorbeeld hiervan is een ventilatiesysteem dat voortdurend wisselt tussen het voorverwarmen en vervolgens het vooraf afkoelen van de lucht, terwijl de binnentemperatuur nauwelijks varieert. Doordat de temperatuur rond het setpunt schommelt, blijft de fout verborgen. Een dergelijke fout kan op het niveau van het hele systeem enkel opgemerkt worden indien de energieverspilling ver genoeg afwijkt van de verwachte waarden. Daartegenover staat de bottom-up strategie. Deze start vanuit een elementair component een gaat stap voor stap terug tot ze het volledige systeem overschouwt. In tegenstelling tot een top-down strategie heerst hier een veiligere garantie dat lokale fouten uitgelicht worden. Past men deze strategie toe op ieder afzonderlijk component, dan heerst het gevaar dat de functionele testen economisch niet rendabel zijn. Het gebrek aan een overkoepelende visie op het probleem kan een immense verspilling van tijd en moeite betekenen. Daarom is deze benadering meer geschikt om tijdens de I-Cx tijdig fouten op te merken. Het zal efficiënter blijken om de bottom-up strategie te beperken tot een upstream analyse. Dan vertrekt men vanuit de observatie van een storing, e.g. een te hoge binnentemperatuur, gaat men via een aantal intermediaire subsystemen en componenten, e.g. het ventilatienetwerk en de luchtbehandelingskast, om zo tot de bron van de storing te komen, e.g. de koelinstallatie. Deze werkwijze laat toe om de belangrijkste knelpunten en flessenhalzen van het systeem te identificeren [19]. De top-down en bottom-up strategieën zijn twee tegengestelde benaderingen maar dit wil niet zeggen dat men ze niet parallel kan toepassen. Het ontdekken van fouten is natuurlijk slechts een deel van het volledige commissioningverhaal. Hier houdt het niet op. Na de FDD moeten corrigerende acties gespecificeerd worden en de
verantwoordelijkheid moet vervolgens toegewezen worden aan een persoon die de problemen gaat aanpakken. Een al dan niet geautomatiseerde foutendetectie op zichzelf is onvoldoende om de energie-efficiëntie van een gebouw en zijn systemen te verzekeren. Dit onderdeel moet geïntegreerd worden in een systematisch energiemanagement waardoor aandacht zal worden gespendeerd aan zowel de technische als de managementgerelateerde aspecten van rationeel energiegebruik. Zo’n aanpak moet de kloof dichten tussen het moment waarop de fout gedetecteerd wordt en het tijdstip waarop een sluitende oplossing voor het probleem wordt gevonden. Daardoor zullen ook de daarmee geassocieerde kosten door energieverspilling verkleinen. Op dit praktische, organisatorische aspect werd in hoofdstuk 3 Commissioningproces reeds ingegaan. Dit komt hier verder niet aan bod.
4.2 MANUELE COMMISSIONING Manuele commissioningprocedures gaan op zoek naar tools die toegepast kunnen worden zonder het gebruik een gebouwbeheersysteem [19]. Ze bestaan uit eenvoudiger te implementeren acties en geven het gevoel meer controle te hebben over wat er met de installaties gebeurt. Tegelijk is het op deze manier niet altijd mogelijk ten volle in te spelen op het dynamisch proces dat zich in de gebouwtechnieken afspeelt. Wegens de grote tijdsbesteding die eraan verbonden is, wordt deze methodieken gelinkt aan Re-Cx, eerder dan aan Ongoing Cx. In de residentiële sector is deze aanpak de meest gebruikelijke. In zijn meest minimale vorm gebeurt de commissioning door de bewoners zelf. Het is typisch voor de residentiële sector dat veelal ieder component bijna onafhankelijk van de andere werkt [1]. | 29
4.2.1 Visualisatietechnieken Een visuele analyse van de metingen is vooral bij manuele commissioning een prominente strategie tot het detecteren van fouten. Ze biedt een overzicht van de karakteristieke patronen van het energieverbruik en laat toe de werking van het systeem of van een component beter te begrijpen. Door te kijken naar de grafieken en ze grondig te bestuderen kan een malfunctioneren in de gebouwinstallaties onthuld worden. Er dient wel beklemtoond te worden dat deze standaard visualisatietechnieken niet zomaar visuele weergaves zijn van gemaakte vaststellingen met als enige doel een duidelijke boodschap te communiceren. Het zijn gegenereerde diagrammen die nog een grondige analyse vragen via een gedetailleerde studie en een vergelijking met andere diagrammen. Deze visuele observaties gebaseerd op standaard visualisatietechnieken zijn zeer effectief in het blootleggen van verscheidene fouten. Toch moet de CxA altijd de gegenereerde grafieken één voor één controleren en zich ervan verzekeren dat alles naar behoren werkt. Een automatisering van dit proces zou een erg effectieve manier van foutidentificatie kunnen zijn, in het bijzonder wanneer een grote meetreeks beschikbaar is en veel grafieken worden gegenereerd [4]. Om de vele data beter naar de hand van de CxA te kunnen zetten en achteraf preciezere conclusies te kunnen formuleren zijn er twee belangrijke aanvullende mogelijkheden binnen het domein van de visualisatietechnieken. De eerste is het toepassen van een filter. Dit is een selectie of combinatie van gemeten data volgens bepaalde variabelen. Zo kan met behulp van een filter het gedrag van een systeem bestudeerd worden onder specifieke omstandigheden door een selectie te maken van alle gemeten data boven een bepaalde buitentemperatuur. Een andere mogelijkheid is alle data waarop het
30 |
systeem niet in werking is weg te filteren. De tweede functie die men op de data kan loslaten is de groepering. Dit betekent dat de data onderverdeeld wordt volgens bepaalde voorwaarden. Dit kan eigenlijk zowel het samennemen als het opsplitsen van data betekenen. Een klassiek voorbeeld is de groepering volgens week- en weekenddagen. Op die manier kan men verschillende operationele momenten of manieren met elkaar vergelijken [6]. Hieronder worden vier technieken van naderbij bekeken en getoond wat deze filtering en groepering precies kan inhouden. a. Tijdreeksdiagram Om bij een onverwacht gedrag specifieke datastromen over een bepaalde tijdsperiode meer in detail te bestuderen, wordt een tijdreeksdiagram, of time series plot, ingezet. Het toont een klassieke grafiek van de gemeten data in functie van de tijd. Dit diagram dient om de aanwezigheid van mogelijke fouten te dubbelchecken en hun tijdsafhankelijkheid na te gaan [4]. Een tijdreeksdiagram toont vaak duidelijk of het gaat om een willekeurig fenomeen, dan wel om een verschijnsel dat zich op regelmatige tijdstippen herhaalt. Echter, hoe langer de periode, des te moeilijker om grip te krijgen op de vele randcondities. Om een goed beeld te krijgen van de gemeten data is het nodig om op zoek te gaan naar een geschikte meetfrequentie. Is een meetpunt iedere vijf minuten waardevol of ontstaat een duidelijker verband wanneer alle waarden gecumuleerd worden tot één waarde ieder uur? Een tijdreeksdiagram kan ook bijkomende informatie weergeven, zoals in Figuur 4-2 waar een 95%-betrouwbaarheidsinterval aan de meetdata wordt toegevoegd [6].
b. Spreidingsdiagram Een speidingsdiagram of puntdiagram, in de Engelse literatuur x-y plot of scatter plot, is een techniek die zich leent tot het ontdekken van trends. Binnen de grote puntenwolk die tussen de horizontale en verticale assen wordt geplot, is een verdere differentiatie mogelijk. Zo toont Figuur 4-3 een onderscheid tussen metingen op weekdagen en metingen tijdens het weekend. In tegenstelling tot de voorgaande techniek wordt een spreidingsdiagram voornamelijk ingezet voor de analyse van data aangezien ze een duidelijk karakteristiek patroon van de meetgegevens weergeeft [4]. Meestal gaat het hier om energieverbruiken en systeemtemperaturen. Zijn voornaamste doelstelling is het onderzoeken van de wederzijdse afhankelijkheid van twee variabelen. Er ontstaat een beeld in welke mate de ene variabele een andere beïnvloedt. Vandaar dat dit diagramtype soms ook correlatiediagram wordt genoemd. Figuur 4-3 toont hoe het elektriciteitsverbruik veel constanter is met de toenemende buitentemperatuur dan het verbruik voor verwarming. Spreidingsdiagrammen die de relatie tussen meer dan twee variabelen tonen, kunnen worden samengesteld tot een zogenaamde spreidingsdiagrammatrix. Deze matrices geven een duidelijk overzicht van de verschillende correlaties maar vergen heel wat meer ervaring om afgelezen te worden. Zo toont Figuur 4-5 dat de regelkleppen van de luchtbehandelingkast correct werken maar dat de twee temperatuursensoren voor de toevoerlucht opnieuw moeten gekalibreerd worden aangezien ze niet dezelfde temperaturen weergeven. Naast de verschillende spreidingsdiagrammen toont deze figuur in de rechterbovenhoek bovendien ook de gerelateerde correlatiecoëfficiënten [6].
Figuur 4-2: Een tijdreeksdiagram met statistische marges [6]
Figuur 4-3: Een spreidingsdiagram met een groepering van week- en weekenddagen [4] | 31
c. Tapijtdiagram Een minder voorkomende techniek is het tapijtdiagram, of carpet plot. Dit biedt de mogelijkheid om verschillende parameters snel met elkaar te vergelijken. Meestal bestaat de x-as uit een datumschaal en toont de y-as het moment van de dag om de tijdsafhankelijkheid van een variabele te onderzoeken. Zo toont Figuur 4-4 hoe de buitentemperatuur naast de verwarmingsvraag kan gelegd worden. Een dergelijk diagram bevat een zeer grote hoeveelheid aan data, waardoor gemakkelijk karakteristieke patronen te herkennen zijn, zoals een verschil tussen weekdagen en weekends of tussen de ochtend en de namiddag [4]. Daarbij is iedere pixel de meetwaarde over één uur op een specifieke dag. Precieze waarden zijn moeilijker af te lezen door het gebruik van gradaties in kleurencodes, maar die zijn van ondergeschikt belang: vooral het globale beeld vormt hier de essentie [6]. d. Doosdiagram Figuur 4-5: Een spreidingsdiagrammatrix [6]
Figuur 4-4: Een tapijtdiagram met een meetpunt ieder uur gedurende een zevental maanden [4]
32 |
Het doosdiagram, ook aangeduid als box plot, box-and-whisker diagram of kaarsgrafiek, toont het duidelijkst de statistische distributie van één enkele variabele, eventueel opgedeeld in een aantal groepen volgens een andere variabele. Het is de grafische weergave van de zogenaamde vijfgetallensamenvatting, i.e. de opsomming van de vijf kwartielen van een dataset die de data in vier delen deelt. Het toont achtereenvolgens het minimum, het eerste kwartiel, de mediaan, het derde kwartiel en het maximum van de waargenomen data. De maximale en minimale waarden worden soms vervangen door het 5%- en 95%-percentiel. Figuur 4-6 toont de grafische weergave van een statistische data-analyse van kamertemperaturen, gegroepeerd per uur van de dag. Het
geeft een sterk vereenvoudigde voorstelling van de vorm van de dataverdeling en helpt zo bij het visueel onderscheiden van verschillende types van datadistributies. Afwijkingen en asymmetrieën springen daarbij snel in het oog. De vermelde vijf punten worden soms uitgebreid met de weergave van eventuele uitschieters, zowel langs boven als langs onder [6].
4.3 GEAUTOMATISEERDE COMMISSIONING Wanneer wel degelijk een gebouwbeheersysteem tijdens de constructie werd voorzien, is een automatisering van bepaalde taken binnen het commissioningproces mogelijk. Alvorens commissioningmethodieken op de data los te laten om fouten te gaan opsporen, moet ook het GBS zelf eerst functioneel getest worden. Bij deze allereerste FPT zal bijzondere aandacht uitgaan naar de opmetende subsystemen, zoals sensoren, bekabeling, convertoren en dataopslag. Om een realistische inschatting van de foutenmarge en de onzekerheden van de toekomstige resultaten te kunnen maken is het essentieel een grondige kalibratie door te voeren. Deze eerste functionele test zal het de CxA bovendien toelaten een betere inschatting van de systeemgevoeligheden voor gebruiksomstandigheden, (gebrek aan) onderhoud, veroudering, etc. te maken [19]. De aanwezigheid van een GBS is volgens Visier vooral inzetbaar bij commerciële en institutionele gebouwen [1]. Residentiële toepassingen worden hier vaak stiefmoederlijk behandeld. In wat volgt worden twee commissioningmethodieken zorgvuldig besproken en beschouwd. De eerste methodologie is geïnspireerd op een artikel van de Braziliaanse onderzoekster Laura Braga. De andere keert terug op de artikelen van de Ierse onderzoeker Andrea Costa.
Figuur 4-6: Een doosdiagram waar de uiterste meetpunten afzonderlijk worden aangeduid [6] 4.3.1 Monitoring and Targeting Strategie van Braga Braga ontwikkelde een doeltreffend systeem dat automatisch gaat monitoren met continue metingen, analyse en rapportage van het energieverbruik op dat eigenste moment. Daarvoor maakt zij gebruik van een M&T-systeem gebaseerd op een online statistische procescontrole (SPC). Ze baseert zich hierbij op Lutzenhisers vaststelling dat, ondanks het feit dat de grootte van het totale energieverbruik van een huishouden sterk fluctueert gedurende de periode van een dag, de eindgebruiker en zijn onderliggend gedrag sterk geconditioneerd zijn volgens een patroon. Dagelijkse en wekelijkse verbruikersprofielen zijn vrij stabiel over de tijd ook al | 33
kunnen ze op vlak van hun energieverbruikpatronen ten opzichte van elkaar vaak sterk verschillen. In het bijzonder die variabelen die sterk gedetermineerd worden door het menselijk gedrag, bijvoorbeeld waterverbruik of gebruik van verwarming, karakteriseren vaak een intrinsiek gepatroneerd gedrag dat gekarakteriseerd wordt door een dagelijkse, wekelijkse of jaarlijkse cyclus [21]. Braga modelleert aan de hand van gemiddelde waarden en onzekerheden een statisch profiel van het energieverbruik tijdens een vooraf vastgelegde cyclus. Ze gebruikt een wekelijkse periode om op zoek te gaan naar significante veranderingen. De grote hoeveelheid aan informatie wordt gefilterd om enkel de meest relevante gegevens over te houden. Om tegemoet te komen aan de bijzonderheden inherent aan energieverbruik, werkt ze met een algoritme op basis van een aanpasbare multikanaalstructuur zodat statistische technieken eenvoudig kunnen toegepast worden. Dit laat toe om ook het beslissingsproces bij het signaleren van alarmen en/of bij het rapporteren van fouten aan te passen [15]. 4.3.1.1 De MTS-module De Monitoring and Targeting Strategie steunt op verschillende MTSmodules die dienst doen als regelaars. De digitale waarden die ze ontvangen vergelijken zij met voorop gestelde waarden. Iedere module bestaat uit een reeks blokken die elk een deeltaak van de M&T-strategie op zich nemen. Deze blokken staan via specifieke interfaces in contact met hun omgeving. Aan de ene kant zijn er zowel de lokale sensoren, de ingang van de MTS-module die de omgeving waarneemt en zijn bevindingen doorstuurt (e.g. de thermostaat meet de temperatuur in een ruimte), als de actuatoren, de uitgang van de MTS-module die de finale beslissingen uitvoert en zo de bewuste omgeving beïnvloedt (e.g. een
34 |
schakelaar schakelt de verwarming aan door middel van een relais). De regelaars, sensoren en actuatoren vormen samen het onderste niveau (the plant floor) van het voorgestelde systeem. Deze MTSmodules verzamelen ruwe gegevens van de energieverbruikmetingen, voeren plaatselijk een validatie van de gegevens uit en comprimeren de data. Indien nodig kan zo’n module ook een eigen, voorlopige interpretatie van het normale verbruikersgedrag naar voren schuiven. Aan de andere kant is er het hogere hiërarchische niveau (the supervisory level) die bestaat uit een pc met een SCADA-systeem (supervisory control and data acquisition). Deze toezichthoudende applicatie communiceert met alle MTS-modules van het onderste niveau via een lokaal netwerk. Daarbij opereert iedere module autonoom en is hij verantwoordelijk voor de monitoring van het verbruik van een gebouw, een zone, een verdiep of een kamer, afhankelijk van de grootte en de graad van detail van het project. Het SCADA-systeem coördineert en verzamelt de verkregen informatie om just in time toezicht te houden op het volledige onderste niveau. Ze ontvangt de rapportering van de gedetecteerde fouten en de bijhorende opmerkingen en staat in voor het genereren van een geïntegreerde validatie en interpretatie van het hele gebouwgedrag. Een grote capaciteit aan dataopslag is daarbij cruciaal om het verbruik van verschillende omgevingen op de server te verzamelen. Door de som van de verschillende MTS-modules te nemen, wordt het energieverbruik in iedere ruimte per verdieping samengebracht. Deze topdown monitoringstrategie laat toe om fouten modulair te gaan opsporen. Hieronder worden de bijdragen van de verschillende blokken binnen een MTS-module overlopen [15]. Figuur 4-7 verduidelijkt deze opeenvolgende stappen aan de hand van een grafische voorstelling van de M&T-strategie.
a. Validatie van passieve signalen Verscheidene sensoren verzamelen ruwe meetgegevens van de te monitoren grootheid op vaste tijdsintervallen (e.g. een meting iedere minuut). Dit kan gaan over energieverbruik voor verwarming, energieverbruik voor elektriciteit, luchtkwaliteit, etc. De eerste fase van de gegevensverwerking gebeurt in het blok voor de validatie van passieve signalen. Dit blok ontvangt via de sensorinterface twee variabelen: de ruwe meetwaarde (RMV), die weergeeft wat daadwerkelijk gemeten werd, en de ruwe onzekerheid (RU), een inschatting van de afwijking na het offline kalibreren van de sensor. Dit blok controleert in de eerste plaats of er uitzonderlijke uitschieters in de meetdata aanwezig zijn. Deze waarden zijn mogelijks te wijten aan een kortstondig disfunctioneren van de sensor en worden daarom uit de gegevens verwijderd. Vervolgens worden, indien gewenst, deze data gefilterd om het meetinterval van de RMV aan te passen aan de gewenste resolutie. Zo kan het voldoende zijn voor de analyse om de waarden die door de sensor iedere minuut gemeten worden samen te voegen tot één gemiddelde of mediaanwaarde iedere 15 minuten. Hier moet in functie van de opdracht de afweging gemaakt worden tussen ofwel uitgevlakte data waarvoor minder rekencapaciteit vereist is ofwel een erg gedetailleerde monitoring met een grote hoeveelheid gegevens tot gevolg. De RMV’s verlaten dit blok onder de vorm van gevalideerde gemeten waarden (V(VMV)). Bij de RU’s wordt de onzekerheid van het filteringproces opgeteld. Deze waarde wordt aangeduid als de gevalideerde onzekerheid (V(VU)). Het blok voor de validatie van
passieve signalen geeft deze twee gegevensreeksen door aan de multikanaal analysator. b. Multikanaal analysator De bekrachtigde gegevens V(VMV) en V(VU) bereiken het blok van de multikanaal analysator waarin ze in zogenaamde multikanaalstructuren worden gemodelleerd. Zo’n structuur bestaat uit een aantal naast elkaar gelegen kanalen die elk één waarde voor een hoeveelheid energieverbruik bevatten. Het aantal kanalen binnen de structuur hangt af van de hoeveelheid tijd die in zo’n kanaal vervat zit, de zogenoemde kanaalresolutie, en van het duidelijk te onderscheiden cyclisch gedrag van het gebouw, wat men de periodiciteit van de structuur noemt. Logischerwijs wordt de resolutie langs onderen begrensd door de tussentijd waarop de sensoren meten. De periodiciteit kan dagen, weken, maanden of jaren beslaan en hangt in de eerste plaats af van wat het beoogde onderzoeksdoel is. Wanneer een gebouw met een wekelijkse periodiciteit gemonitord wordt en wanneer voor een resolutie van één uur gekozen wordt, zal de structuur uit 168 kanalen bestaan, met kanaal 1 het verbruik op maandag tussen 0u00 en 1u00 en kanaal 168 het verbruik op zondag tussen 23u00 en 24u00. Na afloop van een periode wordt iedere keer opnieuw een nieuwe multikanaalstructuur aangevat. In Figuur 4-8 is een driedimensionale voorstelling van zo’n multikanaalstructuur te zien, met op de x-as het aantal kanalen (168), op de y-as het aantal weken (5) en op de z-as het verbruik (in kWh). Met behulp van een dwarse snede kan de trend van het energieverbruik binnen een gekozen kanaal over de weken heen afgelezen worden.
| 35
Figuur 4-7: Schematische weergave van de MTS-module van Braga [15] 36 |
Door het gemeten verbruik binnen dezelfde kanalen van de verschillende opeenvolgende periodes met elkaar te vergelijken (e.g. voor kanaal 2 zijn dit de waarden V(VMV)12 tot en met V(VMV)n2) kan via een statistische analyse een schatting gemaakt worden van de gemiddelde waarde van ieder kanaal. Figuur 4-9 toont hoe de verbruiksgegevens in een matrix van multikanaalstructuren vervat zitten. Een tweede matrix van multikanaalstructuren wordt opgesteld om de onzekerheid bij iedere gemiddelde waarde in te schatten. Braga oppert volgende formules om een schatting te maken van respectievelijk het gemiddeld energieverbruik en de onzekerheid U na j cycli voor kanaal i [22]:
Figuur 4-8: Driedimensionale voorstelling van en dwarse snede doorheen een multikanaalstructuur
met
met waarin
Figuur 4-9: Multikanaalmatrix | 37
Figuur 4-10: Het convergent gedrag van de onzekerheid in functie van de tijd [15] Volgens bovenstaande methode worden twee modellen gegenereerd. Eerst is er het model van beperkte duur (Short Length Model) dat waarden van de meest recente weken bevat (e.g. de laatste 2 weken). Na een langere monitorperiode kan ook een model van lange duur (Long Length Model) opgesteld worden die verder in het verleden terug gaat (e.g. 20 weken). Ieder model is samengesteld uit twee multikanaalmatrices: één voor de gemiddelde waarden en één voor de onzekerheid. Deze twee modellen worden voortdurend geüpdatet en de gegevens worden opgeslagen om in te spelen op eventuele trends in het verbruik. Het feit dat het aantal meetresultaten verschilt in deze twee modellen, heeft een invloed op de afvlakfactor. In bovenstaande vergelijking voor α staat mav immers voor het aantal cycli waarmee gerekend wordt. In het model van lange duur zal een mav van 20
38 |
gehanteerd worden; het model van beperkte duur zal berekend worden met een mav van 1 à 2 cycli. Wenst men een model van de meest recente data, zonder enige vorm van filteren (mav = 1), dan zal de afvlakfactor α gelijk zijn aan zijn maximale waarde, met name 1. et gemiddelde energieverbruik in ieder kanaal zal dan - logischerwijs - volgens bovenvernoemde vergelijking gelijk zijn aan de waarde V(VMV) zelf. De onzekerheid U is in dat geval maximaal. Voor een model van het historisch verbruik uit een verder verleden (mav ≥ 20), zal de afvlakfactor α naar 0 convergeren. Het gemiddeld verbruik zal zich constanter gedragen en de onzekerheid zal convergeren naar haar werkelijke waarde. Op Figuur 4-10 is dit convergent gedrag duidelijk af te lezen en is te zien hoe het gemiddeld verbruik een afvlakking van de ruwe meetwaarden RMV vormt. Wanneer de sensoren onverwacht een waarde meten die relatief veel afwijkt van de gemiddelde waarde (e.g. week 25 in Figuur 4-10), zal de onzekerheid toenemen. c. Genereren van geplande profielen Nadat de gevalideerde metingen (V(VMV)) en onzekerheden (V(VU)) omgezet zijn tot multikanaalstructuren in de multikanaal analysator worden deze laatste doorgegeven aan het blok voor het genereren van geplande profielen. Dit blok heeft een dubbele functie. In de eerste plaats zal het een inschatting maken van V(VMV) en V(VU) in geval er een fout is opgetreden bij de sensoren en dus in geval het blok voor validatie van passieve signalen moet besluiten dat er geen meetresultaat beschikbaar is op (een) zeker(e) tijdstip(pen). Deze inschatting gebeurt op basis van het gebruikelijke gedrag of op basis van het vastgelegde gepland gebruik, afkomstig uit de interface voor commando’s en gepland gebruik.
Het is belangrijk aan te geven of de V(VMV) en V(VU) gemeten dan wel ingeschatte waarden zijn. Om die reden worden statusvlaggen ingevoerd. Deze vorm van kwaliteitsgarantie vertelt louter iets over het statuut van de gegevens maar heeft geen rechtstreekse invloed op de meetdata. Het systeem genereert vijf soorten statusvlaggen: veilig (“secure"): Ruwe data wordt ontvangen vanuit een sensor in goede staat zonder dat er een fout gedetecteerd wordt. V(VMV) en V(VU) worden normaal berekend zoals hierboven beschreven. onduidelijk (“blurred”): Er wordt nog steeds ruwe data verkregen maar er wordt een storing gedetecteerd. V(VMV) wordt bepaald op basis van het historisch verbruik. V(VU) neemt toe met de tijd omdat het vertrouwen in de gegenereerde waarde van V(VMV) afneemt. Deze situatie is per definitie tijdelijk.
risicovol (“dazzled”): Indien de onduidelijke statusvlag blijft voortduren gedurende een vooraf vastgelegd aantal kanalen, verandert de statusvlag naar risicovol en wordt een alarm ingeschakeld. gepland (“planned”): Er wordt vooraf aangegeven dat de ruwe data niet gecorreleerd is met de werkelijke variabele. De afvlakfactor α krijgt een lagere waarde toegewezen zodat de invloed van deze geplande doch uitzonderlijke situatie op het geheel van gegevens beperkt blijft. blind (“blind”): Deze statusvlag wordt doorgegeven wanneer geen ruwe data beschikbaar is en wanneer het bovendien niet mogelijk is een waarde voor V(VMV) in te schatten, e.g. omdat die al gedurende meer dan een vastgelegd aantal cycli geschat wordt.
Figuur 4-11: Voorbeeld van een statusvlag ‘gepland’ [15] | 39
De impact van deze statusvlaggen wordt in Figuur 4-11 verduidelijkt. Beide schema’s vertrekken vanuit dezelfde korte termijn multikanaalstructuur met 168 kanalen (wekelijks gebruikersprofiel met een kanaalresolutie van één uur) en dezelfde V(VMV)waarden die tijdens de laatste weekcyclus gemeten werden. Opmerkelijk is dat er zich tijdens de laatste twee dagen van deze week een ongebruikelijk gebeurtenis voor doet, e.g. omwille van een vakantie. In de linkerfiguur staat deze gebeurtenis gepland, waardoor de afvlakfactor verlaagd wordt. De invloed van deze ongebruikelijke situatie op de berekening van de multikanaalmatrices van het gemiddelde en de onzekerheid zal daardoor gering blijven. Ten gevolge van de toekenning van een statusvlag ‘gepland’ zal geen alarm gegenereerd worden. In de rechterfiguur daarentegen wordt de gebeurtenis niet als gepland bestempeld.
De afvlakfactor wordt hierdoor berekend zoals gebruikelijk zodat de gemiddelde waarden van de korte termijn multikanaalstructuur drastisch dalen. Bovendien zal de onzekerheid sterk toenemen, met het risico op het onnodig genereren van een alarm. De tweede taak van dit blok is het samenbrengen van het model van lange duur, afkomstig uit het blok van de multikanaal analysator, en het gepland profiel. Dit laatste geeft een procentuele inschatting van het normale verbruik zoals dat gepland staat op een specifiek tijdstip. Wanneer er geen uitgesproken veranderingen in het verbruik op de planning staan, zal het gepland profiel de waarde 1 aanhouden. Dit is de meest voorkomende situatie. Soms echter kan men een intens gebruik van het gebouw verwachten. In dat geval zal het gepland profiel gelijk staan aan e.g. de waarde 2. De omgekeerde situatie is uiteraard ook mogelijk: wanneer verwacht wordt dat een gebouw veel minder in gebruik zal zijn, kan het gepland profiel de waarde 0,5 aannemen. Door het model van lange duur te vermenigvuldigen met het gepland profiel, zoals te zien in Figuur 4-12, krijgt ieder kanaal een nieuwe waarde voor V(VMV). Deze waarde stelt nu een percentage van het gekende historische verbruik voor. De onzekerheid V(Vu) wordt initieel gelijk gesteld aan de geschatte historische onzekerheid, maar naarmate de tijd verstrijkt, zal deze onzekerheid toenemen omdat het vertrouwen in deze waarde afneemt. d. Foutdetectie, identificatie en rapportage
Figuur 4-12: Het samenstellen van een gepland profiel [15]
40 |
Het blok voor de foutdetectie, identificatie en rapportage (“F.D.I.(R)”) ontvangt de statusvlaggen en de multikanaalstructuren vanuit het blok van de multikanaal analysator. Dit blok berekent het verschil tussen de gemeten waarden (V(VMV)) en de gemiddelde
waarden op korte termijn. Bij een repetitief verbruikspatroon zal het verschil tussen deze waarden beperkt zijn, zogenaamde witte ruis. Bij een onverwachte verandering in verbruik zal dit verschil - in gemiddelde waarde, variantie of beide - echter toenemen. Een algoritme kan deze aanzienlijke veranderingen detecteren en als reactie een alarm genereren. Braga stelt de eenzijdige cumulatieve somtest van Page (CuSum) als algoritme voor [23]. Deze multikanaal CuSum-test definieert de restwaarde εj,i van ieder kanaal i als het verschil tussen de waargenomen en de verwachte waarde en de daaruit afgeleide kwadratische restwaarde sj,i volgens onderstaande vergelijkingen [24]. In het verdere verloop van de foutdetectie wordt steeds deze laatste waarde gehanteerd, omdat deze bruikbaar is voor het detecteren van veranderingen in zowel de variantie als de meetparameter zelf. Dit heeft tot gevolg dat de parametervrije χ2-toets kan nagaan of waargenomen waarden systematisch afwijken van de verwachte waarden.
Het resultaat van de statistische CuSum-test gj,i wordt voor ieder kanaal bij iedere nieuwe cyclus j berekend volgens de vergelijking hieronder. De kwadratische restwaarde wordt bij het vorige resultaat opgeteld. Vervolgens wordt de testafwijking ν, een vooraf vastgelegde ontwerpwaarde, er bij iedere tijdstap van afgetrokken omdat de statistische eigenschappen van de meetwaarden veranderen met de tijd op een onvoorziene manier wat zou kunnen resulteren in foutieve alarmeringen. Iedere keer de waarde voor gj,i
lager is dan een voorop vastgelegde constante waarde - 0 bij de CuSum-test - , dan stelt men haar gelijk aan 0. Dit gebeurt om de onvoorspelbare negatieve afwijkingen te vermijden aangezien die de tijd tot het detecteren van een verandering kan doen toenemen [25].
Indien er zich geen veranderingen voordoen, zal de statistische toets verlopen volgens een willekeurige toevalsbeweging ten gevolge van de witte ruis. Bij een plotse verandering in verbruik zal deze waarde voor gj,i groter worden dan een vooraf vastgelegde drempelwaarde h, waarop een alarmmelding in werking treedt met het alarmtijdstip ta als output. In dat geval wordt het CuSumalgoritme opnieuw opgestart waarbij gj,i gelijk aan 0 wordt gesteld. De drempelwaarde h is verschillend voor ieder gebouw. Een keuze maken voor de ontwerpparameters van de CuSum-test, de testafwijking ν en de drempelwaarde h, is niet eenvoudig. Er moet gezocht worden naar een compromis tussen een beperkt aantal alarmeringen en voldoende kleine restwaarden. Ervaring speelt hierin een belangrijke rol. Een visueel onderzoek, zoals te zien in Figuur 4-13, kan helpen om de interactie tussen de verschillende parameters en hun relatie tot het aantal alarmeringen nauwer te bestuderen. Gustafsson raadt als vuistregel aan de testafwijking in het begin zo te kiezen dat gj,i gedurende de helft van de tijd gelijk is aan de waarde 0. Wanneer een snellere detectie wenselijk is, kan men de waarde voor ν nog verder laten zakken [25].
| 41
Figuur 4-13: De drempelwaarde h en de testafwijking ν in functie van het aantal alarmeringen [25]
In het geval van een alarm vindt een diagnose plaats die ook met andere parameters rekening houdt, met name de informatie van de statusvlag. Deze laatste kan een alarm onderdrukken. Wanneer de CuSum-test een alarm genereert terwijl de statusvlag aangeeft dat het om een geplande situatie ging, zal er geen alarm doorgegeven worden. Aan de hand van deze zogenaamde statistische procescontrole (SPC) wordt het verbruik dus gemonitord en tegelijk geëvalueerd. Belangrijke informatie wordt via de interface voor rapportage van signalen en voorvallen naar het hogere hiërarchische niveau doorgestuurd.
42 |
Figuur 4-14: Voorbeeld van een CUSUM-alarm [15]
Figuur 4-14 toont een situatie waarbij de communicatie met de sensoren mank loopt. Ten gevolge van dit defect verandert in kanaal 82 de statusvlag van ‘veilig’ naar ‘blind’. Er wordt door de gebruiker vastgelegd dat in de eerste twee daaropvolgende kanalen een inschatting wordt gemaakt van V(VMV) en V(VU) door het blok voor het genereren van geplande profielen. Deze inschatting gebeurt met behulp van het gepland profiel en het model van lange duur, zie Figuur 4-12. Na twee uren, zolang er niet kan gecommuniceerd worden met de sensor, worden de waarden voor V(VMV) gelijk gesteld aan 0 en neemt de onzekerheid drastisch toe. Braga ontwikkelde een zelfvaliderend instrument dat dankzij het online SPC-schema het energieverbruik automatisch en continue kan meten, analyseren, identificeren en rapporteren telkens wanneer zich een significante verandering voordoet. Door het modelleren van een statistisch profiel binnen een vooraf vastgelegde cyclus voorziet ze iedere meting van een inschatting van zijn onzekerheid en een gestandaardiseerde kwaliteitsindicator. De metingen van het energieverbruik worden dus consequent gekoppeld aan diagnostische data. Hierdoor kan het aanwezige defecten detecteren en vervolgens corrigeren. Dankzij de techniek van de adaptieve multikanaalstructuur wordt de grote hoeveelheid data drastisch verminderd en blijft de meest relevante informatie bewaard. Het signaleert alarmen en rapporteert geïnterpreteerde fouten maar weet tegelijk om te gaan met overgenomen eigenaardigheden van het energieverbruik die zich slechts zeer kortstondig voordoen [15].
4.3.1.2 Beschouwing De belangrijkste bijdrage van Braga’s methodologie aan het commissioningdebat is haar multikanaalstructuur. Deze opbouw faciliteert het gebruik van een geautomatiseerd, statistisch beslissingsproces zodat onvoorspelde of ongebruikelijke patronen in de energievraag en andere geïnterpreteerde fouten binnen een gebouw gerapporteerd kunnen worden. Maar ook afwijkingen ten gevolge van voorspelde of voorgeprogrammeerde verbruikersprofielen brengt deze aanpasbare multikanaalstructuur in rekening. Zo tracht ze niet alleen de hoeveelheid opslagruimte en de daaraan gekoppelde rekenkundige vereisten drastisch te reduceren, ze kan ook eenvoudig geprogrammeerd en opnieuw bijgesteld worden. De vereiste dataverwerking blijft beperkt en de financiële consequenties van een systeem met een microcontroller waarvoor slechts een gelimiteerd geheugen, laag rekenkundige algoritmes en een beperkte processingsnelheid nodig is, zullen beduidend zijn [15]. Binnen de lange termijn dat deze methode voor het comprimeren van data haar dienst bewijst, is deze minkost slechts relatief maar het verlaagt natuurlijk de drempel naar de bouwheer toe tot het implementeren van een dergelijk geautomatiseerd commissioningsysteem. Een ander belangrijk voordeel is de mogelijkheid tot een realtime besturingssysteem. Braga’s voorstel voor het systematisch monitoren, schatten en analyseren van de gebruiksomstandigheden van het gebouw met behulp van een SPC-techniek maken haar methodologie tot een aanpak die uitvoerbaar is op het eigenste moment. De gebruiker kan de tijdstippen vastleggen waarop het systeem de taken uitvoert en hij kan ook de prioriteit van iedere taak opgeven. Een statistisch patroon van het energieverbruik van het gebouw gedurende een vooraf vastgelegde cyclus is echter vereist om het patroon van het | 43
energieverbruik te modelleren in een multikanaalstructuur en het automatische, statische beslissingsproces op de gegevens te laten inwerken. Om betrouwbare resultaten te verkrijgen door de toepassing van deze techniek, vormt het daarom een grote uitdaging om de variabele te modelleren vanuit betrouwbare data, d.w.z. data die een systeem representeert dat opereert in stabiele, voorspelbare omstandigheden. Deze methodiek biedt de mogelijkheid om in de ontwerpfase ingezet te worden. Door het onderzoek naar een geschikte werkingstrategie met behulp van proefondervindelijke simulaties kan de MTS-module verder verfijnd worden. Verder lijkt haar toepassing zich vooral op permanente commissioning toe te spitsen. De meetdata tijdens de normale werking van het gebouw nemen een centrale plaats in binnen deze FDD-techniek. De nadruk op deze reëel gemonitorde gegevens maken deze methodiek tot een cruciale tool wanneer het gebouw reeds operationeel is. Bij het uiteenzetten van haar visie op commissioning licht Braga’s focus voornamelijk op utiliteitsfuncties, zoals universiteitsgebouwen en kantoren. Haar methodologie is echter ook toepasbaar op residentiële gebouwen. In dergelijke situaties is de bezetting echter heel wat kleiner waardoor de impact van ieder individu afzonderlijk sterk gaat toenemen. Daarom is het belangrijk de ontwerpparameters, zoals de testafwijking ν en de drempelwaarde h, op een zeer zorgvuldige manier te modelleren en tegelijkertijd er op een soepelere manier mee om te gaan opdat een te hoge alarmfrequentie vermeden wordt. Een frequentere aanpassing, bijvoorbeeld op een feestdag, zal vermoedelijk nodig zijn om een overdaad aan alarmmeldingen te vermijden, met het risico dat in de verdere toekomst geen noemenswaardige aandacht meer wordt geschonken aan de foutdetectie. Hier stelt zich de vraag
44 |
wie de geplande profielen zal bedienen en de statusvlaggen zal toewijzen. Op het eerste zicht lijken de bewoners zelf de meest geschikte partij aangezien zij als rechtstreekse gebruikers het dichtste bij het project staan. Maar de vraag blijft of deze handelingen dan ook daadwerkelijk zullen gebeuren. Misschien is het noodzakelijk om binnen veel bredere marges te opereren zodat enkel de meest extreme verliesposten naar de oppervlakte komen. In dat geval stelt zich ook de kwestie of het wekelijkse profiel van de multikanaalstructuur ook bij residentiële toepassingen de meest interessante keuze is. Om deze methodiek fijn te stellen op residentiële toepassingen is nog heel wat onderzoek en terugkoppeling via concrete gevalstudies nodig. 4.3.2 Key factors methodologie van Costa 4.3.2.1 Werkingstrategie De Ierse onderzoeker Andrea Costa startte de ontwikkeling van een methodiek die de intuïtieve aanpak die vandaag vaak in de praktijk heerst de wereld wil uithelpen. Hij wil overgaan op een meer systematische commissioningaanpak door energiemanagers te assisteren op verschillende momenten van hun activiteit doorheen de levensduur van het gebouw [12]. Om significante energiebesparingen te bereiken zonder te moeten inboeten aan energetische duurzaamheid, laat hij zijn methodologie teruggaan op drie kernpunten [4]. De methode en technologie van een bouwwerk informatie model (BIM) maakt het mogelijk om de verwachte prestaties op een gestructureerde wijze te definiëren. Het BIM is als een zeer goed gedocumenteerde databank en bestaat uit twee componenten. Enerzijds is er de driedimensionale grafische weergave van de
gebouwgeometrie. Nauw daaraan gekoppeld bevat het BIM daarenboven een prestatiegerelateerde database waarin alle gegevens, eigenschappen en onderlinge relaties zijn opgeslagen. De informatie wordt gekoppeld aan specifieke gebouwgeometrische objecten, bijvoorbeeld een wand, een kamer of een zone, of aan specifieke objecten van het HVAC-systeem, zoals een pijpleiding, een ventilatiekanaal of een luchtbehandelingkast. Ook ondersteunende sensoren en meters worden concreet vastgelegd in het BIM. Op die manier kan het op een overzichtelijke manier aan de PFT gekoppeld worden, zie 4.1.1 Energiemonitoring en gebouwbeheer. Het model wordt reeds in de ontwerp- en constructiefase aangemaakt en doet, analoog aan de plantekening, dienst als integraal informatiemodel. Maar doordat alle onderdelen in één enkel model geïntegreerd zijn, neemt de kans op verschillen tussen ontwerp, constructie en installatie af [26]. Volgens Watson et al. [27] kan het gebruik van dit BIM een vermindering van circa 30% in de totale constructiekosten met zich meebrengen. Verder onderzoek naar een volledige interoperabiliteit van het BIM, waarin verschillende autonome, heterogene eenheden optimaal met elkaar communiceren en interageren, is nodig om een gebouw gedurende zijn volledige levensduur te laten ondersteunen door een gestructureerde BIM-definitie en -visualisatie. Het tweede aspect waarop Costa steunt, is de omzetting van de verzamelde data naar informatie die bruikbaar is voor FDD-acties. Op die manier is een monitoring en analyse van de systeemprestaties die de CxA in het BIM definieerde mogelijk. Costa verwijst de lezer voor de analytische algoritmes die instaan voor de FDD door naar de methodologie die uitgewerkt werd in het Building EQ-project [6]. Dit is een manuele foutdetectie die gebaseerd is op standaard visualisatietechnieken. De vooraf gedefinieerde, weldoordachte
visualisatie gebeurt in de vorm van tijdreeks-, spreidings-, tapijt- en doosdiagrammen. Meer hierover werd in 4.2.1 Visualisatietechnieken besproken. Met behulp van deze diagrammen kan de gemeten data relatief eenvoudig vergeleken worden met enkele modellen, zodat mogelijke fouten gedetecteerd kunnen worden. Een preciezere uitwerking van dit aspect laat Costa echter open liggen. Als derde punt legt Costa de nadruk op de evaluatie van verschillende beheerstrategieën met behulp van gekalibreerde modellen die de energiehuishouding van het gebouw simuleren. Om een groot aantal testen van licht variërende tot compleet nieuwe werkingstrategieën uit te kunnen voeren is een dynamisch gebruik van een building energy simulation (BES) vereist. Essentieel in Costa’s aanpak is de kalibratie van deze energiesimulaties. De kalibratie steunt op de methodiek van Raftery et al. [28] en is gebaseerd op gedetailleerde BES-modellen die het bestaande gebouw zo nauwkeurig mogelijk zullen voorstellen. Voortdurende updates van gebouwspecifieke meetdata als input van het BES-model zijn nodig opdat de beschikbare software een output kan genereren die het geobserveerde gebouwgedrag op vlak van energieverbruik zo dicht mogelijk benadert. Dankzij deze gebouwspecifieke data is de kalibratie van gedetailleerde BES-modellen mogelijk. Dit BES-systeem maakt het op die manier mogelijk om niet alleen de meest optimale instellingen van een systeem te onderzoeken bij het ontwerp van een project, maar ook om in te spelen op een veranderend gebruik tijdens de levensduur van het gebouw. Verschillende combinaties aan mogelijkheden en beperkingen kunnen op die manier uitgetest en vergeleken worden om alzo tot een basis voor operationele besluitvorming te komen. De BES kan om die reden als een concreet, ondersteunend instrument dienen voor de CxA wanneer die van de impact van potentiële werking| 45
strategieën voor het gebouw en zijn installaties op het energieverbruik en het thermische comfort van de gebruiker evalueert. De CxA kan dus onderzoek doen naar de meest optimale strategie voor de werking van het gebouw in relatie tot zowel het energieverbruik als het gebruikerscomfort. Daarbij zijn de key factors (Kf) de essentiële controleparameters in de huidige beheerstrategie die een cruciale invloed uitoefenen op het milieu en de energieprestatie van het gebouw. Deze factoren zijn waarden, al dan niet gekoppeld aan bepaalde tijdschema’s, die het mogelijk maken om de HVAC-systemen in het gebouw op een specifieke manier te controleren. De key factors hangen af van de actuatoren die in het gebouw beschikbaar zijn en van de componenten van het HVAC-systeem. Idealiter kan iedere parameter die een actuator controleert als Kf beschouwd worden. Een gevoeligheidsanalyse die nagaat welke de meest effectieve Kf’s zijn op
Figuur 4-15: Schematische weergave van de Key Factors methodologie van Costa [4]
46 |
vlak van energieverbruik en thermisch comfort is echter wenselijk om tegemoet te komen aan de realistische praktijk. Een beperkt aantal parameters maakt het immers eenvoudiger om de effecten van verschillende strategieën met elkaar te vergelijken. Voorbeelden van zulke Kf’s zijn de setpunt- en de pulsietemperatuur [12]. De verschillende factoren worden in de eerste plaats verzameld in een basisreeks, de Kf Baseline SET. Dit is een bundeling van alle controleparameters die gebruikt worden in de heersende werkingstrategie van het gebouw. Op basis daarvan wordt een gekalibreerd BES-model opgesteld. De eerste simulatie die de CxA doorvoert, gebeurt met deze basisreeks Kf. Deze basissituatie is het startpunt waarnaar de toekomstige verbeteringen worden teruggekoppeld. Na deze eerste simulatie met de Kf Baseline SET worden de basiswaarden voor de vastgestelde parameters opgeslagen. Vervolgens stelt de CxA een nieuwe reeks Kf’s voorop en werkt daarmee een ander gekalibreerd BES-model af. Zo kan hij dit model virtueel testen als alternatieve werkingstrategie die hij mogelijks in het gebouw en/of de systemen wenst te implementeren. Door op diezelfde manier verschillende Kf-reeksen met specifieke waarden en tijdschema’s en de daaruit afgeleide strategieën te verkennen en ze naast de simulatie van de basisreeks te leggen, kan men hun impact op het verbruik en het comfort ontdekken. Als maatstaaf voor het energieverbruik kiest Costa de energy usage intensity (EUI), i.e. de totale jaarlijkse hoeveelheid primaire energie uitgedrukt in kWh/m² jaar. Om een numerieke inschatting te krijgen van de thermische comfortervaring van de gebruiker baseert hij zich op de grootheden van de theorie van predicted percentage of dissatisfied (PPD) [29], namelijk DAV [%], het percentage ontevredenen uitgemiddeld over de bezetting, en DFr [%], de ongemakfrequentie.
Uiteindelijk kan men relatief snel de meest optimale reeks destilleren en vervolgens implementeren in het bestaande gebouw. Deze wijzigingen van werkingstrategieën kunnen mogelijks tot duizenden aangepaste modellen oplopen. Tabel 4-1 geeft een voorbeeld hoe - na simulatie met de Energy Plus-software - verschillende Kf-reeksen met de basissituatie vergeleken kunnen worden en een evenwicht kan gezocht worden tussen energiebesparing en comfortervaring. Om meer over de werking van het systeem te begrijpen kan deze vergelijking ook meer in detail binnen het HVAC-systeem bekeken worden. Zo wordt bijvoorbeeld duidelijk wat verbruikspost is. De uiteindelijke bedoeling is uiteraard dat aan volgende voorwaarden wordt voldaan:
Baseline
SET1
SET2
SET3
SET4
Temperatuurbereik Setpunt pulsielucht
20 - 22 °C 16 °C
20 - 24 °C 16 °C
18 - 22 °C 16 °C
20 - 22 °C 15,5 °C
20 - 22 °C 14,5 °C
EUI [kWh/m².jaar]
584
518
583
578
573
Koeling
[GJ] [%]
4 666 -
4 046 -13,3
4 667 0,0
4 787 2,6
5 176 10,9
Verwarming
[GJ] [%]
8 382 -
9 212 9,9
8 291 -1,1
8 313 -0,8
8 052 -3,9
Ventilatoren
[GJ] [%]
16 100 -
10 828 -32,8
16 098 -0,0
15 556 -3,4
14 996 -6,9
Pompen
[GJ] [%]
266 -
229 -13,9
270 1,5
280 5,3
312 17,35
[GJ]
29 414
24 316
29 326
28 936
28 536
[%]
-
-17,33
-0,3
-1,62
-2,98
DAV
[%]
3,5
6,1
3,5
3,4
3,3
DF10% DF15% DF20%
[%] [%] [%]
38 5 0
77 55 27
39 5 0
35 4 0
29 4 0
Totaal
Door bijvoorbeeld het setpunt voor koeling te laten toenemen, zie SET1, neemt het energieverbruik significant af maar groeit het aantal ontevredenen tot meer dan 10% voor 77% van de tijd [12]. Dankzij het kalibreren van de modellen zullen de outputresultaten van de simulatie ook daadwerkelijk overeenkomen met het gemeten energieverbruik en het ervaren thermische comfort van de gebruikers. Voor het opmeten van dit eerste is de monitoring van de luchtomstandigheden van de kamer onontbeerlijk; de evaluatie van het tweede gebeurt meestal op basis van ontvangen klachten of uitgevoerde enquêtering [4].
Tabel 4-1: Voorbeeld hoe verschillende Kf-reeksen met elkaar vergeleken kunnen worden [12] Costa’s uiteindelijke doelstelling is om met deze methodologie de werkingstrategieën van een gebouw en haar installaties te optimaliseren. De BES-modellen vormen de basis van de key factors methodologie. Dankzij de beschikbaarheid van een extensieve hoeveelheid meetgegevens, de BIM-gebaseerde prestatiedefinitie en de rigoureus gekalibreerde BES-modellen is ze in de eerste plaats ontwikkeld om de commissioningverantwoordelijke te assisteren. Hij kan met behulp van de gekalibreerde BES-modellen een aantal | 47
strategieën virtueel testen en ondubbelzinnig met elkaar vergelijken op basis van vooraf gedefinieerde prestatieparameters. Het laat hem toe om de effecten op zowel thermisch comfort als energieverbruik te evalueren en gefundeerde beslissingen te nemen omtrent de geïmplementeerde werkingstrategie. 4.3.2.2 Beschouwing In de dagelijkse praktijk ontstaan tijdens de hele levensduur van een gebouw heel wat onregelmatigheden bij het overdragen van gegevens betreffende dat gebouw. De overgang van de fase van ontwerp over de fase van constructie tot in de beheersfase gaat onvermijdelijk gepaard met het verlies aan data. Om die gegevens te reconstrueren zullen de kosten toenemen, terwijl de integriteit van de data over het algemeen zal afnemen. De impact op de betrouwbaarheid laat zich bij iedere overdracht voelen, totdat de gegevens bij de exploitant of gebruiker terecht komen. De energiemanager van het project zal omwille van dit verlies aan informatie de werking van het systeem moeilijker kunnen begrijpen en hij zal de beschikbare meetgegevens om het energieverbruik te monitoren minder efficiënt kunnen gebruiken. Door alle informatie te verzamelen in een BIM zal het aantal discrepanties tussen ontwerp, constructietekeningen, installatietechnische informatie etc. afnemen [4]. Daarmee zijn alle problemen omtrent informatie die verloren gaat echter nog niet van de baan. Costa’s methodologie heeft een erg brede commissioningaanpak voor ogen: hij start bij het ontwerp met het opstellen van een BIM, hij vult deze aan tijdens de constructiefase met een PFT en gaat verder tot in de fase van ingebruikname en beheer met de FDD en de BES. Costa zet dus sterk in op de samenwerking tussen het BIM, de PFT en de BES. Deze verschillende aspecten
48 |
bevinden zich anno 2010 nog volop in onderzoeksfase en zijn daarom nog niet klaar om rechtstreeks toegepast te worden. Voornamelijk op vlak van compatibiliteit komen nog heel wat problemen naar boven. In de huidige praktijk moet het model onder meer passeren doorheen een programma dat het model geometrisch opbouwt, bijvoorbeeld ArchiCAD, maar ook doorheen een programma dat het HVAC-ontwerp voor zijn rekening neemt, bijvoorbeeld data design system computeraided design (DDS CAD). Dit leidt tot heel wat variaties in de manier waarop de output van modellen worden gegenereerd. Om de voorgestelde commissioningaanpak effectief te laten functioneren is een vastgelegd, eenduidig formaat nodig. Ondanks de veelheid aan interne modellen van softwareprogramma’s is een formalisering van een BIM-output die compatibel is met CADprogramma’s essentieel om tot een schaalvergroting van de aanpak te komen. Vandaag wordt dit probleem al te vaak omzeild door de kleinste gemene deler te nemen van alle betrokken applicaties zodat ieder programma de verkregen informatie zonder problemen kan herkennen. Dit leidt tot soms absurde situaties waarbij de output van applicaties met een zeer sterk doorgedreven functionaliteit drastisch wordt gereduceerd tot op een functionaliteitsniveau die alle andere applicaties ook ondersteunen. Het streven naar de mogelijkheid om bestanden in applicaties te importeren zonder enig verlies aan data of functionaliteit vormt een van de belangrijkste uitdagingen. Eens de moeilijkheden van compatibiliteit in relatie tot de BIM’s overwonnen zijn, kan deze methodologie gemakkelijk gebruikt worden op grote schaal. In het bijzonder in residentiële gebouwen waar reeds een building automation system (BAS) aanwezig is, biedt dit heel wat mogelijkheden. Bovendien zal men een beter zicht krijgen op het kostenplaatje omtrent het beheer en de monitoringaanpak [4].
Op het eerste zicht lijkt de key factors methodologie een ontwerpmatige tool die de CxA bij de start van het project de mogelijkheid biedt om de ideale werkingstrategie voor het project te kiezen. Simulaties worden immers in de eerste plaats gebruikt in de ontwerpfase en niet tijdens de fase van ingebruikname omdat, bij het veronderstellen van waarden en tijdschema’s voor de meeste inputparameters, de resultaten slechts betekenisvol worden door een vergelijkende analyse uit te voeren tussen de verschillende ontwerpkeuzes. Een simulatie zonder meer is niet accuraat genoeg om het energieverbruik tijdens de ingebruikname realistisch te voorspellen. Maar voor het kalibreren van de simulatiemodellen maakt Costa gebruik van een grote hoeveelheid gemeten data. Het gebouw moet dus al operationeel functioneren alvorens gezocht kan worden naar verbeterde instellingen van de installaties. Deze eis van een extensieve hoeveelheid fysieke metingen om de verzamelde data te gebruiken als gebouwspecifieke inputs in het BES-model maakt het dankzij de kalibratie mogelijk om de energieprestatie van het gebouw gedurende de fase van ingebruikname te onderzoeken en optimaliseren. De significante foutenmarge van simulaties die in de fase van het ontwerp zo nadrukkelijk aanwezig is, valt op die manier weg [12]. Wat deze kalibratie precies inhoudt, geeft Costa niet expliciet mee in zijn artikel. Het doet echter wel vermoeden dat het een behoorlijk tijdrovende activiteit is. Ook de manier waarop de automatisering moet gebeuren wordt onvoldoende gedocumenteerd en wenst de auteur eerder open te laten. Hij vermeldt enkel dat hij wenst te streven naar een geautomatiseerde FDD die een rechtstreekse onderlinge vergelijking tussen de gemeten prestatiewaarden en hun geassocieerde specifieke criteria moet mogelijk maken. Opnieuw lijkt hier de teneur dat de commissioningverantwoordelijke een
beduidendere inbreng zal hebben om een optimalisatie door te voeren, dan bijvoorbeeld in Braga’s methodiek in 4.3.1 Monitoring and Targeting Strategie van Braga. Deze methodiek lijkt daarom vooral relevant te zijn bij een Re- of Retro-Cx. Deze modelgebaseerde beheerstrategie is een reactie tegen de gebruikelijke gebouwbeheersystemen waarbij de CxA niet over de middelen beschikt om de impact van veranderingen in de controleinstellingen op het energieverbruik en het thermische comfort te testen. Vandaar dat Costa zoveel aandacht schenkt aan de BES-modellen die overeenkomen met de verzamelde data van het omvangrijke meetnetwerk. Alvorens over te gaan op het implementeren in het reële gebouw, worden de voorgestelde veranderingen van de instellingen eerst virtueel ontwikkeld en getest. De controleparameters zijn, in tegenstelling tot sommige andere methodieken, niet langer als randcondities met vastgelegde defaultwaarden opgevat maar als weloverwogen variabelen die eenvoudig aanpasbaar zijn en gestuurd worden door de comfort- en verbruiksresultaten [12]. Hoewel de auteur tussen de regels van zijn artikel door laat verstaan dat deze methodiek zich vooral toespitst op het commerciële gebouwenpark, lijkt deze aanpak door zijn weinig gespecificeerde uitwerking zeker en vast ook toepasbaar bij residentiële gebouwen.
4.4 BESLUIT Een gebouw is een erg complex gegeven. De vele systemen, betrokken partijen en invloedsparameters maken het tot een dynamisch geheel dat voortdurend in beweging is. Om ervoor te zorgen dat de bedrijfsomstandigheden die in de ontwerpfase zo zorgvuldig werden uitgewerkt, steeds optimaal blijven functioneren is | 49
een weldoordachte aanpak van cruciaal belang. Met behulp van de traditionele benadering die de massale hoeveelheid data bijna letterlijk naast elkaar legt, kunnen heel wat discrepanties aan het licht gebracht worden. Maar vandaag bestaat de uitdaging erin dit proces zoveel mogelijk te automatiseren. Zo kan veel meer data op een veel dynamischere en tegelijk minder arbeidsintensieve manier verwerkt worden. De uitbreiding van de hoeveelheid data kan een hogere graad van detaillering toestaan voor de controle van HVAC-systemen en hun componenten. Dit verhoogt uiteraard de kans om fouten te ontdekken en kan dus leiden tot hogere energiebesparingen. Maar de afweging tussen extra kosten van bijkomende sensoren en potentiële energiebesparingen is nodig om te bepalen dit economisch voldoende kosteneffectief is [4]. Hopelijk zal daarbij ook steeds de ecologische kost in meegerekend worden, al dan niet opgelegd van hogerhand. Deze opdeling tussen manuele en geautomatiseerde commissioning, zoals in dit werk gebeurt, is echter relatief. Tussen de twee uitersten bestaan vele mogelijke gradaties. Een FPT kan evengoed semi-automatisch verlopen. Zowel uitvoering, dataverzameling als analyse kunnen manueel en geautomatiseerd verlopen, met alle variaties ertussenin [30].Costa’s methodologie illustreert treffend dat beide aanpakken elkaar absoluut niet uitsluiten. Hij kiest resoluut voor een manuele FDD-aanpak, terwijl hij de mogelijk laat om de verschillende strategieën op een veel geautomatiseerdere manier te testen. Braga daarentegen plaatst zich veel meer richting het uiteinde van de balans. Bij haar blijft de inbreng van de beheerder beperkt tot doorgeven van uitzonderlijke situaties; de rest laat ze over aan het vernuft van de technologie. Dit leidt tot een veel minder intensieve vorm van commissioning: eens het hele systeem op punt is gesteld, moeten enkel foutmeldingen nog nagekeken worden.
50 |
Door deze twee methodologieën naast elkaar te plaatsen, komt ook een ander belangrijk struikelblok naar voor. Onderzoek heeft uitgewezen dat de meeste bestaande gebouwen nog nooit naar behoren hebben gewerkt. Daarom is het niet enkel belangrijk om instrumenten te ontwikkelen die helpen bij het snel detecteren van nieuw opgedoken fouten in gebouwen die voorheen correct functioneerden, maar ook aandacht te besteden aan het vermijden en opsporen van initiële fouten [1]. Dit is geen evidente opgave, al zeker niet wanneer die taak louter wordt overgelaten aan het intellect van een computer. Zo grijpt Braga iedere keer terug naar voorgaande data, wanneer het gebouw reeds operationeel is. De notie van initiële fouten gaat helemaal verloren aangezien zij reeds van begin af aan in de data verwerkt zitten. Costa tracht hier meer aandacht aan te schenken door niet louter met de gemeten data verder te werken maar door terug te grijpen ontwerpomstandigheden aan de hand van simulaties. Toch is het niet duidelijk hoe die intiële foutdetectie uiteindelijk zal verlopen. Het is immers niet eenvoudig om zomaar te vertrekken vanuit het ontwerp. De thermische prestatie van een huis wordt beïnvloed door de thermische eigenschappen van het isolatiemateriaal, de warmtestroom door de koudebruggen, de werkelijke bevestiging van de isolatie en duurzaamheid op lange termijn van de isolerende weerstand. De thermische prestatie, als een van de belangrijkste factoren die het thermische comfort en het energieverbruik vormt, kan dus beduidend variëren van de oorspronkelijke intentie vòòr constructie. Het is daarom beter om de werkelijke thermische prestatie op een geschikte tijdstip te verifiëren.[1]. Bovendien blijkt uit onderzoek dat het uiterst moeilijk is het energieverbruik te voorspellen op basis van een ontwerp. Majcen [9] toonde in een grootschalige studie van circa 200 000 Nederlandse woningen aan dat het theoretische energiegebruik sterk
kan verschillen van de werkelijke situatie, zelfs als de invloed van de levensstijl van bewoners weerhouden wordt. Gebouwen waar een hoog verbruik voorspeld wordt (het label G in Nederland) verbruiken in werkelijkheid veel minder energie en energie-efficiënte woningen (het label A in Nederland) hebben een hoger verbruik dan voorspeld. Figuur 4-16 toont deze tegenstelling, aangevuld met de foutenvlaggen van steekproef. Tot slot lijken zowel Costa als Braga de algemene trend in de literatuur te volgen. Hoewel de mogelijkheid tot het toepassen op residentiële projecten niet uitgesloten wordt, wensen ze er zich ook niet expliciet op toe te spitsen. Een onderzoek van deze methodieken op concrete residentiële toepassingen is noodzakelijk. Aan de hand van werkelijke gevalstudies kunnen de pijnpunten voor de voorgestelde methodieken ten gevolge van die specifieke situaties blootgelegd worden. Het opdrijven van de beschikbare metingen, het opentrekken van het gebruik van BES-tools van ontwerp naar kalibratie en het ontwikkelen van een interface in dienst van het gebouwbeheersysteem, zijn alvast enkele aandachtspunten om dergelijke methodes ook in de fase van beheer te kunnen toepassen. Beide auteurs leveren een zinvolle bijdrage in het debat rond commissioning maar een verder onderzoek naar residentiële toepassingen is van essentieel belang.
Figuur 4-16: Gemiddeld jaarlijks gasverbruik in functie van de Nederlandse energielabeling [9]
| 51
52 |
DEEL 2
ANALYSE IN SITU
| 53
54 |
5 AANPAK
Het onderzoek in dit werk gebeurt aan de hand van een gevalstudie in de stad Kortrijk. Het maakt daarbij gebruik een grote hoeveelheid meetdata. Een deel daarvan was reeds voor handen dankzij de integratie van meetapparatuur in het bouwproject en dankzij reeds uitgevoerde testen. Het grootste deel van de gegevens werd echter verzameld door het plaatsen van individuele meettoestellen voor een zekere periode. Meer over het ontwerp van deze gevalstudie en het vergaren van data wordt verder toegelicht in hoofdstuk 6 Gevalstudie. Het onderzoek van dit werk heeft tot doel na te gaan in welke mate de installaties die in de case werden ondergebracht functioneren in vergelijking met de ontwerpomstandigheden. Kunnen de prestaties die vooraf zorgvuldig werden uitgestippeld gehaald worden? Veroorzaken de technieken ongemakken bij de bewoners of zijn er onopgemerkte gebreken terug te vinden? In hoeverre benaderen de werkelijke uitvoering en werking de optimale omstandigheden en welke impact heeft een eventueel suboptimaal functioneren op het energieverbruik en het comfort? Door de beschikbare data intens te bestuderen en verbanden tussen verschillende parameters te leggen, poogt dit werk af te tasten bij welke fenomenen een diepgaande analyse zinvol blijkt en welke verschijnselen veeleer van secundair belang zijn. Daarbij ligt het absolute zwaartepunt bij de studie van het ventilatiesysteem. Vooreerst wordt de uitvoeringskwaliteit van naderbij bekeken om een inschatting te kunnen maken van de algemene
comfortperceptie. Bovendien kadert ze het belang van ventilatie nu gebouwen steeds meer als geïsoleerde dozen - zowel op vlak van transmissieverliezen als op vlak van ongecontroleerde luchtlekkage worden ontworpen en uitgevoerd. Hoofdstuk 8 Ventilatie zal het verrichte onderzoek naar de voorziening van verse lucht en haar energetische impact verder toelichten. De diepteanalyse start op schaal van de appartementsblokken met een nauwere controle van de ventilatoren en de gebreken die zich daar manifesteren. De problematiek wordt vanuit verschillende aanpakken bekeken om met behulp van de verschillende deelconclusies tot een eenduidigere uitspraak over de werking te komen. Vervolgens wordt het ventilatiesysteem op schaal van een enkel appartement onder de loep genomen. Hier wordt nagegaan of de vastgelegde verwachtingen ingevuld worden en of er lokaal geen klachten over de ventilatie naar boven komen. Over de vele bestudeerde aspecten heen wordt de invloed van de eventuele problemen met de ventilatie regelmatig doorgetrokken naar de verwarmingsvraag, het globaal comfort en het energieverbruik van een afzonderlijke woning. In navolging van de literatuurstudie stelt zich hierbij de bediscussieerbare vraag in hoeverre bij deze in situ analyse te spreken valt over commissioning. Zoals het eerste deel van dit werk reeds aangaf, is het commissioningbegrip zeer breed en valt het uiteen in heel wat aspecten. Deze masterproef wenst niet op ieder aspect van deze brede definitie dieper in te gaan maar focust zich in het bijzonder op het opsporen van fouten en inefficiënties. Er wordt daarbij steeds gepoogd een diagnose te formuleren voor het opgemerkte fenomeen. Maar het aanreiken van concrete oplossingen, het aanduiden van de verantwoordelijke voor de afwijking en het toewijzen van de verantwoordelijkheid voor het herstellen valt buiten het opzet van | 55
onderhavig werk. Hoewel dit werk vanuit zijn eigen bijzondere insteek aan commissioning doet en daarmee zijn bijdrage levert aan de bredere visie op commissioning, claimt het dus niet een volledig commissioningproces te doorlopen. Binnen de afbakening van verschillende types commissioning, zie 3.2 Types commissioning, is het hierna volgende eerder thuis te brengen onder Retro-Cx. De analyse van de gevalstudie gaat van start wanneer de fase van realisatie net achter de rug is en de eerste ingebruikname net heeft plaatsgevonden. Ze situeert zich in de bijzondere periode tussen de voorlopige en definitieve oplevering, de periode waarin - in het bijzonder vanuit het standpunt van de bouwheer - het van groot belang is dat zoveel mogelijk verborgen gebreken naar de oppervlakte komen. In die context onderzoekt dit werk welke parameters interessant zijn om van naderbij op te volgen, in functie van de concrete gevalstudie waarop deze masterproef zich focust maar evenzeer in functie van andere, gelijkaardige bouwprojecten. Daarmee wenst het het pad te effenen om in de toekomst permanente commissioning in het project te integreren, maar omwille van de beperkte tijdsperiode valt dit onderzoek moeilijk als dusdanig te bestempelen. Bovendien is er voor de auteur van dit werk relatief weinig informatie beschikbaar over de manier waarop voorheen gecommissioned werd. Op de resultaten van enkele, al dan niet betrouwbare, tests na, is het moeilijk te stellen dat deze analyse kan teruggrijpen naar een initiële commissioningstudie. Vandaar dat deze masterproef nauwelijks als een hercommissioning kan bestempeld worden maar eerder onder de noemer van achterafcommissioning valt. De aandacht van deze achterafcommissioning gaat vooral uit naar manuele commissioning want ze steunt onder meer op die visualisatietechnieken die in 4.2.1 Visualisatietechnieken nader werden
56 |
toegelicht. De aangereikte methodieken en controlepunten lenen er zich desalniettemin toe om uitgebreid te worden naar een verder doorgedreven automatisering. Een onderzoek naar in te stellen onzekerheidsmarges, het ontwikkelen van een tool die deze automatisering faciliteert, een onderbouwde afweging welke parameters onmisbaar of eerder van secundair belang zijn voor een geautomatiseerde commissioning, een uitgebreide toetsing met behulp van simulatieresultaten, e.d. vallen buiten het tijdsbestek van deze masterproef. De auteur is er echter van overtuigd dat verder onderzoek op dit domein zeer zinvol zal blijken, zowel in dienst van de gevalstudie waarnaar dit werk continu terugkoppelt als voor de bredere context, en dat dit onderwerp kan vormen voor een verdergezette studie binnen de context van een volgende masterproef. Alvorens van start te gaan met de in situ analyse an sich is het belangrijk volgende opmerking te vermelden wegens haar niet te onderschatten impact op het onderzoek in haar geheel. De data die het fundament van deze volledige studie vormt, werd verzameld in een erg uitzonderlijke meetperiode. Met een gemiddelde temperatuur van 6,3°C lag de gemiddelde temperatuur ruim twee graden hoger dan de normale waarden en was de winter 2014 de tweede warmste winter ooit sinds het begin van de metingen. Het KMI bestempelt deze vaststelling als ‘uitzonderlijk’, wat zoveel betekent als een fenomeen dat gemiddeld één keer om de 30 jaar overtroffen wordt. Vooral de maand februari was met een gemiddelde minimumtemperatuur van 4,1°C ‘zeer abnormaal’ warm. In Ukkel waren er gedurende de hele winter slechts drie vorstdagen en in februari was er geen enkele sneeuwdag, wat slechts één keer om de 100 jaar voorvalt. Daarbovenop was er uitzonderlijk veel zon te zien: een zonneschijnduur van 180 uren is ‘zeer abnormaal’ [31]. De straalstroom
bleef in deze periode uitzonderlijk lang op dezelfde plaats hangen waardoor de aangevoerde lucht telkens uit dezelfde zuidelijke sector kwam. In combinatie met erg hoge windsnelheden waardoor de lucht niet de tijd had om af te koelen, resulteerde dit in een wel erg zachte winter [32]. In Kortrijk ging de temperatuur slechts drie keren onder het vriespunt: op 3 december 2013 vroor het licht gedurende een tweetal uur, op 12 december 2013 flirtten de temperaturen met de 0°C en op 12 januari 2014 bleef de temperatuur rond 7 uur een uurtje onder 0. Tijdens dit laatste tijdstip werd tevens de minimaal gemeten temperatuur bereikt van -0,26°C. Op 11 februari 2014 mat de geïnstalleerde apparatuur 21,06°C, de maximale temperatuur tijdens deze meetperiode. De gevolgen van deze uitzonderlijke omstandigheden zijn velerlei. In de eerste plaats lag het verbruik voor verwarming heel wat lager. Gemiddeld in gans België werd er bijvoorbeeld 40% minder huisbrandolie verkocht in vergelijking met de winter van 2012-2013 [33]. In het bijzonder voor dit onderzoek bleef een piekbelasting van de installaties uit. Dit zijn nochtans vaak de opmerkelijke momenten waarop een malfunctioneren naar de oppervlakte komt: een radiator die onvoldoende vermogen kan leveren om de woning op te warmen, een inblaastemperatuur die oncomfortabel laag is, een toegenomen warmteverlies in leidingen en kanalen, een verhoogd risico op condensatie in de luchtgroep, etc. Deze randcondities hoeven niet noodzakelijkerwijs een grote hinderpaal voor dit onderzoek te vormen maar vereisen wel een voortdurende waakzaamheid bij het formuleren van conclusies en kanttekeningen. Toch verklaart dit ten dele waarom hieronder voornamelijk aandacht besteed wordt aan het ventilatiesysteem, eerder dan bijvoorbeeld de verwarmingsinstallatie.
| 57
58 |
6 GEVALSTUDIE
Centraal in deze masterproef staat de in situ analyse. Concreet betekent dit dat het onderzoek teruggrijpt naar meetdata die vergaard werden in het Venningproject. Deze sociale woonwijk, gesitueerd in Kortrijk, kwam er in 2010 in opdracht van de Kortrijkse sociale huisvestingsmaatschappij Goedkope Woning. Vanuit deze partij kwam de vraag om de verouderde sociale woningen met zeer slechte isolatieeigenschappen en zeer beperkte installaties om te vormen tot een leefbare, comfortabele wijk met een beperkt energieverbruik en weinig onderhoudskosten. Daarvoor werd afgesproken 50 wooneenheden van de sociale woonwijk helemaal af te breken en te vervangen door energetische nieuwbouw. Voor de andere 66 woningen werd een drastische renovatie gepland [34]. Het bijzondere aan dit vernieuwingsproject is dat het, samen met het Deense Høje Taastrup-project en het Litouwse Birstonas-project, deel uitmaakt van ECO-Life, een project dat onder het Europese Concertoinitiatief valt. Dit Concerto-initiatief werd in 2005 opgericht door de Europese Commissie en wil een duurzame toekomst voor de Europese energieproblematiek realiseren [35]. Het ECO-Life-project in het bijzonder werd opgestart in 2010 en streeft een CO2-neutraliteit van deze drie wijken na. Bijzondere aandacht gaat daarbij uit naar het besparen van energie, een verantwoord materiaalgebruik en een hechte sociale cohesie. Naast BURO II & ARCHI+I, het architectenbureau dat deze duurzame woonwijk heeft ontworpen, zijn ook
Goedkope Woning cvba, Eco-power, evr-Architecten, e-ster, de stad Kortrijk en Universiteit Gent partners in ECO-Life [34]. Op welke manier de Venningwijk tracht CO2-neutraal te functioneren is weinig relevant voor dit werk en zal daarom niet verder worden toegelicht. Reeds in heel wat masterproeven stond deze unieke wijk centraal voor heel uiteenlopende onderzoeken. Verder in dit hoofdstuk worden enkele algemene lijnen over de Venningwijk en haar technische uitrusting geschetst om een beter beeld van de gevalstudie mee te geven. Indien de lezer meer informatie omtrent deze wijk wenst - of zich een preciezer beeld van het ontwerp wil vormen, kan hij teruggrijpen naar onder meer het werk van E. Van Gestel [36], K. D’hondt en J. Devocht [37], F. Temmerman en C. Vandenbroucke [38] en M. Van Campen [39]. Ook de website van BURO II & ARCHI+I bevat heel wat concrete informatie en bijkomend beeldmateriaal [34].
6.1 ONTWERP 6.1.1 Masterplan Omwille van praktische overwegingen nam Goedkope Woning het initiatief om het volledige project van de Venningwijk uiteen te laten vallen in drie aaneensluitende fases. In de eerste fase werden de bestaande, sterk verouderde halfopen woningen het dichtste in de buurt van de kanaalzone vervangen door vier appartementsblokken. Zij zijn los van elkaar ingeplant maar worden onderling met elkaar verbonden via een halfondergrondse parkeergarage. Deze vier volumes worden in dit werk alfabetisch genummerd, waarbij blok A het dichtste bij het kanaal gelegen is, aan de Spinnerijkaai, en blok D daar het verste vanaf ligt, aan de Tekenaarslaan. Blokken A, B en C | 59
omvatten samen 70 appartementen, waarvan het merendeel over twee slaapkamers beschikt. De eenslaapkamerappartementen zijn beperkter in aandeel. De kleinere blok D bestaat uit 6 gelijkvloerse appartementen en op de verdieping uit 6 duplexwoningen met drie slaapkamers [34]. De eerste fase ging van start in 2010 en de voorlopige oplevering gebeurde in juli 2013, tevens het moment waarop het merendeel van de nieuwe bewoners de appartementen betrokken. Dieper in de Venningwijk, verder weg van het kanaal, werden fase twee en drie ontwikkeld. De werken van de tweede en derde fase van de Venningwijk verliepen parallel en waren tijdens het onderzoek van onderhavig werk volop van start gegaan. Deze fases omvatten enerzijds 64 nieuwbouwwoningen, die net als de oorspronkelijke woningen een gesloten en halfopen typologie volgen, en anderzijds 50 renovaties, waarbij de oorspronkelijke woningen volledig ontmanteld worden totdat enkel de dragende structuur nog over blijft [40]. Volgens de planning zullen alle werken voor het einde van 2015 opgeleverd worden [34]. In deze studie wordt echter enkel rekening gehouden met de eerste fase van dit project. Daarom wordt voor de eenvoud consequent de term `Venningwijk' gebruikt in plaats van volledige benaming `Venningwijk fase 1'.
Tabel 6-1: Eigenschappen en aandeel in de populatie van ieder appartementstype
60 |
6.1.2 Appartementen Over de vier appartementsblokken zijn er vijf types appartementen, bepaald door het aantal slaapkamers en de positie in het blok. Ze krijgen een naam van A tot en met E. Van de types A en C bestaan ook enkele lichte varianten, maar in het kader van dit werk is het niet relevant hier een onderscheid te maken. Tabel 6-1 geeft een overzicht van de belangrijkste eigenschappen en de vertegenwoordiging binnen het totale project van ieder type afzonderlijk. Bovendien kan ook voor ieder blok afgelezen worden hoeveel appartementen er per type en in totaal aanwezig zijn. Voor de plattegronden van de vijf types wordt de lezer doorverwezen naar het werk van E. Van Gestel [36]. Het kleinste appartement, type B, bestaat uit een hal, een slaapkamer voor twee personen, een badkamer met toilet, een leefruimte met open keuken en een berging waarin alle installaties en meters zijn ondergebracht. Types A en C hebben daar bovenop nog een bijkomende slaapkamer voor één persoon en een apart toilet. Type E voegt daar nog een eenpersoonsslaapkamer aan toe en heeft naast de toegangshal ook nog een gang met trap die de twee niveaus met elkaar verbindt. Alle appartementen zijn quasi identiek georiënteerd. De toegang gebeurt
Type
Omschrijving
Slaapkamers
Bezetting
Opp. [m²]
Blok A
Blok B
Blok C
Blok D
Totaal
A
Ingesloten
2
3
82
10
7
6
-
23
B
Ingesloten
1
2
65
6
9
14
-
29
C
Kops
2
3
78
6
6
6
-
18
D
Duplex
3
4
103
-
-
-
6
6
E
Kangoeroe
1
2
76
-
-
-
6
6
22
22
26
12
82
via een open gaanderij aan de noordoostelijke zijde. Voor een optimale energiewinst en een maximaal gebruik van daglicht is de ondiepe leefruimte steeds gericht naar het zonnige zuidwesten. Elk appartement op de verdieping beschikt over een zuidelijk gericht terras. Voor de grondgebonden appartementen vertaalt dit zich in een kleine tuin. Enkel de kopse appartementen, i.e. type C, hebben ook twee ramen in de kopse gevel. a 6.1.3 Technieken Naast het kleinere blok D, in het hart van de Venningwijk, staat het stookgebouw, zoals te zien op Figuur 6-1a. Hier wordt de warmte centraal voor alle appartementen gegenereerd. Tijdens de onderzoeksperiode van dit werk gebeurde de warmteopwekking nog volledig met een verwarmingsketel op gas. In de zeer nabije toekomst staat echter gepland om over te schakelen op biomassa, met name de verbranding van houtpellets. De installatie, te zien op Figuur 6-1c, is al geïnstalleerd maar de toevoer van dit dens samengeperste houtafval is voorlopig nog niet geregeld. De warmte wordt afgegeven aan het water van het wijkverwarmingsnet en de goed geïsoleerde buizen distribueren de geproduceerde warmte tot in de appartementen alwaar ze opnieuw wordt overgezet op het watercircuit van het appartement via de Minicity-warmtewisselaar, zie Figuur 6-1b, d en e. Dat water wordt gebruikt voor ruimteverwarming en sanitair warm water. Het naverwarmen van de verse ventilatielucht gebeurt via een aftakking vòòr de Minicity. Figuur 6-1e toont de installatie van de Minicity met alle zwarte warmteleidingen in de berging van een appartement. De voornaamste idee van wijkverwarming is het efficiënter genereren van warmte door een gecentraliseerde opwekking en het gebruiken van
b
c
d
e Figuur 6-1: a) Stookgebouw met daarin alle installaties voor warmteproductie b) Vertrek wijkverwarming in de halfondergrondse parking c) Installatie voor de verbranding van houtpellets d) Verdeling wijkverwarming van de parking naar blok B e) Minicity, warmteleidingen en ventilatiekanalen in de berging van een appartement [41] | 61
energiebronnen die moeilijk toepasbaar zijn op kleine schaal. Meer informatie is te lezen in het werk van K. D’hondt en J. Devocht [37]. De ruimteverwarming gebeurt in ieder appartement door slechts twee radiatoren, één in de leefruimte en één in de badkamer. Dankzij de doorgedreven isolatiegraad van de woningen, met meestal 27 cm EPS in de buitenwanden en 16 cm minerale wol in de scheidingswanden tussen twee appartementen, vereisen deze verwarmingselementen slechts een beperkt vermogen en dus geen al te grote dimensies. In de leefruimte van de woningen hebben de verwarmingselementen in de meeste gevallen een vermogen van 980 W. In de badkamer varieert dit tussen 580 W en 730 W. De bewoners kunnen de gewenste temperatuur bepalen aan de hand van de thermostaat die zich in de leefruimte bevindt en met behulp van de thermostatische kraan waarvan de radiator in de badkamer voorzien is. Een koelinstallatie is niet voorzien. Het ontwerp is zo gepercipieerd dat een energieverslindende koeling overbodig wordt. Door een nauwgezet ontwerp van terrasvloeren en luifels met lamellen kan de zon ’s winters tot diep in de woning binnenvallen maar blijft het raamoppervlak in de zomer, wanneer de zon hoger staat, zo maximaal mogelijk beschaduwd. Het eventuele risico op oververhitting moet naderbij bestudeerd worden maar dit zal geen integraal deel uitmaken van het onderzoek van dit werk. Zoals de Vlaamse EPB-regelgeving sinds 2006 verplicht, is ook in dit residentieel nieuwbouwproject een ventilatiesysteem geïntegreerd. Dit systeem is van het type D, wat betekent dat zowel de pulsie als extractie mechanisch gebeurt. Verse lucht wordt centraal aangezogen vanuit en afgeblazen naar de buitenlucht via ventilatoren op drie plaatsen, één op het dak en twee in een technische ruimte. De verdeling gebeurt via lijvige, geïsoleerde kanalen die zich via de
62 |
ondergrondse parkeergarage, de kruipkelder onder de appartementsblokken en technische kokers tot in iedere woning kronkelen. Een belangrijke energiebesparende maatregel om zo weinig mogelijk warmte verloren te laten gaan is het voorzien van een warmtewisselaar in luchtgroepen. De warmte van de extractielucht wordt gerecupereerd en deels terug afgegeven aan de koudere toevoerlucht. Om tocht te vermijden wordt de lucht, net voordat ze in de woning ingeblazen wordt, verwarmd met een naverwarmingsbatterij die in de berging van ieder appartement geïnstalleerd is. Op die manier is de pulsielucht langs onderen begrensd, afhankelijk van de ingestelde waarde. Wanneer in dit werk gesproken wordt over ruimteverwarming wordt enkel het ontwerp van de radiatoren bedoeld. Hoewel de ventilatie zeker en vast ook een niet onbelangrijke bijdrage levert aan de energiebalans, wordt zij niet onder deze term ondergebracht. Het inblazen van verse lucht aan verhoogde temperatuur, in de eerste plaats door het warmtewiel in de ventilator en vervolgens door een naverwarmingsbatterij in iedere woning, heeft in de eerste plaats tot doel een lokaal discomfort in de vorm van een tochtgevoel te voorkomen. Het is dus niet ontworpen als de installatie waarmee de opwarming van de ruimte kan geregeld worden. Op de ventilatieinstallatie wordt veel dieper ingegaan in hoofdstuk 8 Ventilatie. In het streven naar CO2-neutraliteit kan een extra investering in fotovoltaïsche cellen op de daken natuurlijk niet ontbreken. Zo voorziet de wijk zichzelf niet enkel van warmte maar ook van hernieuwbare elektrische energie. In het stookgebouw bevindt zich daarnaast nog een kleine warmtekrachtkoppeling. Deze installatie zal een beperkte hoeveelheid elektriciteit genereren en daarbij zal de warmte die vrijkomt lokaal nuttig gebruikt worden. Op het moment van dit schrijven is deze warmtekrachtkoppeling nog niet operationeel.
6.2 DATAVERGARING Om te komen tot een grondige analyse is het bijeen brengen van voldoende data cruciaal. Zowel kwaliteit als kwantiteit spelen een belangrijke rol. Vooraf inschatten welke parameters nodig zullen zijn om bepaalde pijnpunten te onderzoeken is niet eenvoudig. Het op voorhand samenstellen van een goed doordachte monitoringaanpak vormt alvast een goede basis. Desalniettemin zal in het verdere verloop van dit tweede deel af en toe blijken dat bepaalde gegevens ontbreken om tot absoluut sluitende conclusies te komen, bijvoorbeeld doordat bepaalde variabelen over het hoofd werden gezien, doordat sommige zaken om praktische redenen niet te meten vallen zonder een deel van de installatie uit te breken of doordat bepaalde vergaarde data niet gelijktijdig beschikbaar zijn. Onderstaande alinea’s geven een overzicht van welke data beschikbaar is en de manier waarop deze verzameld werden. Er is een onderscheid tussen de meetresultaten die beschikbaar waren dankzij het permanent geïnstalleerde monitoringsysteem en de meetresultaten die verzameld werden door het plaatsen van eigen meetapparatuur of door het uitvoeren van eigen tests. 6.2.1 Beschikbare data In samenspraak met de Universiteit Gent werden heel wat meetapparaten geïntegreerd in de Venningwijk. Om deze bijzondere wijk op de voet op te volgen, vormt deze apparatuur natuurlijk een essentieel onderdeel van het ECO Life-project. Alle tweeëntachtig woningen bevat een minimale monitoringuitrusting. Dit betekent dat iedere woning één calorieteller bevat die de totale toegevoerde warmte vanuit het wijkverwarmingsnet bijhoudt. Deze warmtemeter bepaalt de
totale hoeveelheid energie die uit het centrale systeem wordt gehaald door zowel het debiet als het temperatuurverschil tussen de aanvoeren afvoerstroom op te meten. Daarnaast beschikt iedere woning ook over een elektriciteitsteller die dag- en nachtverbruik bijhoudt en een teller die het totale woningverbruik van stadswater opmeet. Deze drie tellers zijn achteraf ook cruciaal om de afrekening van het verbruik te maken. Verder is in iedere leefruimte een sensor geïnstalleerd die de temperatuur en de relatieve vochtigheid in die ruimte logt. Deze is geïntegreerd in de thermostaat. Van die tweeëntachtig woningen worden er twintig op een meer gedetailleerde manier gemonitord. Alle meters die een algemeen gemonitorde woning bevat, zijn hier eveneens aanwezig, met daarbovenop een gedetailleerde meting van het totale woningverbruik van warmte dat besteed wordt aan sanitair warm water, ruimteverwarming en de naverwarmingsbatterij. In deze twintig appartementen wordt niet alleen de temperatuur in de leefruimte maar ook in de slaapkamer gelogd. Verder wordt ook de elektriciteit die gaat naar verlichting, keukenapparatuur, de apparatuur in de natte ruimtes en de zonnewering nauwkeurig bijgehouden. Binnen deze groep van twintig woningen zijn er nog eens vier specifieke appartementen waar ook de temperatuur van de toevoerventilatielucht net vòòr de naverwarmingsbatterij wordt gemeten. De temperatuur na de naverwarmingsbatterij, met andere woorden de inblaastemperatuur van de pulsielucht, wordt echter niet gemeten. In een aantal appartementen wordt verder ook bijgehouden wanneer de bewoners ramen openen en terug sluiten.
| 63
Daarnaast zijn er ook een aantal variabelen die het systeem op schaal van de volledige appartementsblokken monitoren. Zo zijn er in de centrale ventilatie-eenheden vier loggers aanwezig: twee meten de temperatuur van de toevoerlucht, twee meten de temperatuur van de afvoerlucht. Dit gebeurt telkens vòòr en na de warmtewisselaar. Er is ook een elektriciteitsteller voor de ventilatorstroom aldaar geïnstalleerd. Het ventilatiedebiet evenals de luchtsnelheid van de toevoer- en afvoerstroom wordt helaas in geen van de drie luchtgroepen gelogd. Tenslotte is het nog het vermelden waard dat ook een klimaatstation op het dak van blok A werd geïnstalleerd die de zonnestraling, de temperatuur van de zonnewarmte en de omgevingstemperatuur bijhoudt. Deze data is echter slechts operationeel sinds 21 mei 2014. Voor deze masterproef kon dus geen gebruik gemaakt worden van deze automatische metingen. De frequenties voor de opslag van de meetpunten varieert sterk afhankelijk van de gemeten variabele. De algemene trend is dat bij de standaard gemonitorde woningen meestal een frequentie van 1 uur wordt aangehouden om de algemene evolutie van het verbruik op te volgen. Bij de detailwoningen wordt meestal iedere 5 minuten een meting opgeslagen. Dit leidt tot een immense hoeveelheid data die zeer bruikbaar zijn voor verder onderzoek. Dit enorme aantal meetpunten biedt zeer belangrijke opportuniteiten voor het onderzoek naar de werking van onder meer de installaties van het project. Door een aantal praktische problemen heeft het echter even tijd gekost alvorens het grootste deel van het monitoringsysteem operationeel was en tevens uit de server kon gehaald worden. Deze masterproef kon daarom pas in een later stadium gebruik maken van deze enorme hoeveelheid aan meetpunten. De eerste data waren beschikbaar op 22 april 2014 maar gingen terug tot 11 februari 2014.
64 |
6.2.2 Eigen data Om een nog preciezer beeld van de woningen en installaties in de Venningwijk te krijgen en omdat de data opgeslagen door het monitoringsysteem slechts laattijdig beschikbaar was, werd ook sterk ingezet op het vergaren van data via eigen metingen. Wegens het grote aantal appartementen en de beschikbaarheid over slechts een beperkt aantal meettoestellen, was een selectie van een representatieve groep nodig. Het spreekt voor zich dat voor dit onderzoek de detailwoningen de meest interessante gevalstudies zijn. Aan deze groep van twintig werden nog vier niet-gedetailleerd gemonitorde woningen toegevoegd omwille van hun bouwkundige gelijkenis met andere appartementen of omwille van het enthousiasme van de betreffende bewoners om deel te nemen aan dit onderzoek. Aangezien sommige bewoners liever niet deel uitmaakten van het onderzoek of erg moeilijk te contacteren waren, bestond de uiteindelijke steekproef uit 17 woningen. Tabel 6-2 en Tabel 6-3 tonen in welke mate de steekproefpopulatie verspreid is over de vijf appartementtypes en over de vier appartementsblokken. Daarin springt onder meer in het oog dat appartementstype D, de kangoeroewoningen op de gelijkvloerse verdieping van blok D, vanuit het monitoringontwerp niet gedetailleerd opgemeten wordt en daarom ook niet tot de steekproef behoort. De twee detailwoningen in blok B wensten niet mee te werken waardoor finaal in dit appartementsblok geen enkele woning in de steekproef werd opgenomen. De focus gaat voornamelijk uit naar de woningen in blok A en C. Het contact met de buurtbewoners en het vergaren van al deze data gebeurde in een intense samenwerking met Elien Van Gestel. Ook zij gebruikt de meetdata uit de Venningwijk voor haar studie, weliswaar met een ander onderzoek voor ogen [36].
6.2.2.1 Meetapparatuur
Wijk
Steekproef
Type
Om meer informatie over het temperatuursverloop, het vochtgehalte en de luchtkwaliteit in verschillende ruimtes voor handen te hebben, werden over de periode vanaf 21 november 2013 tot en met 14 april 2014 enkele meettoestellen in de woningen geplaatst. Dit voor het merendeel gedurende een periode van drie à vier weken. Tabel 6-4 toont een overzicht van deze meettoestellen. Omdat het aantal meettoestellen ter beschikking te beperkt was om in alle appartementen tegelijk de metingen uit te voeren, werd de selectie in twee groepen verdeeld. De meettoestellen werden alternerend twee maal bij elke groep geplaatst. Door iedere groep minstens één maal tijdens een typisch koude periode en één maal tijdens een tussenseizoenklimaat te monitoren werd er gepoogd - voor zover dit mogelijk was - om de invloed van het weer op het energieverbruik voor verwarming in de data te verwerken. a. HOBO-loggers Om een beter beeld van het binnenklimaat in de verschillende woningen te kunnen vormen, werden Onset-HOBO dataloggers geplaatst. Ze werden aan de hand van een computersoftware voorgeprogrammeerd om per tijdsinterval van 5 minuten de temperatuur en vochtigheid te meten en op te slaan. Door de hoge isolatiegraad van het project was deze tussenperiode voldoende om veranderingen in het verwarmingsgedrag waar te nemen. De loggers kwamen terecht in elke ruimte van de woning zodat een idee werd verkregen over het temperatuurverloop en het verloop van de relatieve vochtigheid in ieder vertrek.
Aantal
Detail
Aantal
Detail
A
23
6
6
4
B
29
6
6
5
C
18
4
2
2
D
6
4
-
-
E
6
0
3
2
82
20
17
13
Tabel 6-2: Het aantal appartementen in de wijk en de steekproef per appartementstype Wijk
Steekproef
Blok Aantal
Detail
Aantal
Detail
A
22
6
6
4
B
22
2
-
-
C
26
8
8
7
D
12
4
3
2
82
20
17
13
Tabel 6-3: Het aantal appartementen in de wijk en de steekproef per appartementsblok Bij het plaatsen van de meetapparaten werd er op gelet dat deze zich niet in de buurt van een warmte- of koudebron bevonden, bijvoorbeeld in de nabijheid van een radiator of op een plaats waar de zonnestraling rechtstreeks inviel. Bovendien was het de bedoeling om ze zoveel mogelijk buiten het visuele bereik van de bewoners neer te zetten ten einde te vermijden dat ze verplaatst | 65
Figuur 6-2: Onset-HOBO, buitenklimaatmetingen [42]
Figuur 6-4: Onset-HOBO, ventilatiemetingen [42]
66 |
Figuur 6-3: Onset-HOBO, binnenklimaatmetingen [42]
Figuur 6-5: CO2Meter, luchtkwaliteitmetingen [43]
werden tijdens de logperiode. Af en toe werd een bijkomend apparaat gebruikt om de temperatuur en vochtigheid van de pulsielucht op te meten. Het afschermende kapsel van de ventilatiemond in de leefruimte werd los gedraaid, de HOBO-logger werd in de ventilatiekoker gelegd en de afdekplaat werd terug tot zijn oorspronkelijke positie geschroefd. Het buitenklimaat werd gedurende de hele meetperiode, van november 2013 tot en met april 2014, gemeten en opgeslagen. Ook deze meetapparatuur werd ingesteld om per tijdsinterval van 5 minuten een meting uit te voeren. Deze buitenloggers, eveneens van het merk HOBO, bezitten zowel een temperatuursensor als een sensor die de relatieve vochtigheid meet. Twee loggers registreerden het buitenklimaat. Om de resultaten afkomstig van de binnenklimaatmetingen te kunnen kaderen was het belangrijk de overeenkomende buitentemperatuur in dezelfde meetperiode te kennen. Onder meer om die reden was het interessant om, bij wijze van back-up, op ieder tijdstip twee meetpunten van het buitenklimaat ter beschikking te hebben. Bij het plaatsen van de loggers werd er op gelet dat deze zich in de schaduw en op een droge plaats bevonden en dus niet werden beïnvloed door rechtstreekse zonnestraling, wat niet altijd zo vanzelfsprekend bleek. De derde groep parameters die door HOBO-loggers werden geregistreerd, waren de temperatuur en vochtigheid van de ventilatielucht ter hoogte van de luchtgroep. Daartoe werden per ventilatie-eenheid vier loggers bevestigd: twee aan de toevoerzijde en twee aan de afvoerzijde, telkens in de beschikbare vrije ruimte aan weerszijden van de warmtewisselaar. Elk meetapparaat bevond zich op maximaal 1 meter van het warmtewiel.
b. CO2-meters Om de hoeveelheid CO2-deeltjes in de lucht te meten werd een CO2Meter gebruikt. De CO2-metingen gebeurden enkel in de zogenaamde intensieve ruimtes waar verse lucht wordt toegevoerd door het ventilatiesysteem. Er werden daarom per appartement 2 CO2-loggers geplaatst, namelijk één in de leefruimte en één in de hoofdslaapkamer. In tegenstelling tot de HOBO-apparaten moesten deze meettoestellen aangesloten worden aan een stopcontact. De CO2-loggers werden eveneens aan de hand van computersoftware ingesteld om per tijdsinterval van 5 minuten de CO2-concentratie te meten. Door het loggen van het CO2-gehalte in de lucht kan een idee worden verkregen over de kwaliteit van de lucht en dus over de werking van het ventilatiesysteem. Wanneer het CO2-gehalte wordt vergeleken met het temperatuurverloop in de ruimte is het in zekere mate mogelijk in te schatten wanneer ramen werden geopend.
Het aantal meetpunten van de CO2-concentraties is heel wat beperkter dan die van de temperatuur. Om een niet nader verklaarde technologische reden slaagden de CO2-meters er niet in voldoende data te onthouden. Na verloop van tijd begon het toestel haar eigen data te overschrijven zodat vaak slechts gegevens van 2 dagen overbleef, ondanks dat het toestel zich drie weken in de gemonitorde ruimte bevond. 6.2.2.2 Uitgevoerde metingen Daarnaast werden ook een aantal puntsgewijze metingen uitgevoerd: enkele blowerdoortests moesten toelaten een betere inschatting van de luchtdichtheid te kunnen maken, een hele reeks debietmetingen gaven meer informatie over de werking van het ventilatiesysteem en door het opnemen van de meterstanden van de warmte-, elektriciteits- en watertellers op geregelde tijdstippen kon het verbruik opgevolgd worden.
Type
Variabele
Software
Figuur
Binnenklimaat
Onset-HOBO H08-003-02
θ [°C] φ [%]
HOBOware Pro
6-2
Buitenklimaat
Onset-HOBO Pro v2 U23-001
θ [°C] φ [%]
HOBOware Pro
6-3
Ventilatielucht
Onset-HOBO Pro H08_031_08
θ [°C] φ [%] ρ [g/m³]
BoxCar Pro
6-4
Luchtkwaliteit
CO2Meter
CO2 [ppm]
DAS
6-5
Tabel 6-4: Overzicht meettoestellen, bijhorende software en gemeten parameters
| 67
Figuur 6-6: Blowerdoortest
Figuur 6-7: FlowFinder, debietmetingen [44]
a. Blowerdoortest Aan de hand van de blowerdoortest kon de luchtdichtheid van het appartement gecontroleerd worden. Deze quality assurance test (QAT) werd uitgevoerd in 9 woningen, waarbij telkens het resultaat vergeleken wordt met metingen die eerder door een gespecialiseerde firma werden uitgevoerd. Bij de luchtdichtheidsmeting werd gebruik gemaakt van een ventilator, een regelbaar geraamte en een luchtdicht zeil welke in de deuropening werd geplaatst. De blowerdoortest bestaat uit 2 metingen, namelijk een onderdruk- en overdrukmeting, waarvan het gemiddelde van beide als het uiteindelijke resultaat genomen wordt. De oriëntering van de ventilator bepaalt of het gaat om een over- of onderdruk meting. Bij een overdrukmeting wordt lucht in de woning geblazen. Dit gebeurde in 10 stappen van 10 Pa totdat het drukverschil tussen binnen- en buitenomgeving 100 Pa bedroeg.
68 |
Per stap werd het ventilatiedebiet dat nodig was om het drukverschil tussen binnen en buiten te behouden gemeten. Dankzij de TECTITE Express-software gebeurt dit automatisch. De onderdrukmeting gebeurde op een gelijkaardige manier, maar zal in plaats van het binnen blazen van lucht nu lucht wegzuigen uit de woning. De luchtdichtheid wordt gekenmerkt door het gemiddelde van de onderdruk- en bovendrukmeting bij een drukverschil van 50Pa, aangeduid als V50. Het infiltratievoud, ook wel de n50-waarde genoemd, wordt bekomen door de gemeten V50 waarde te delen door het beschermde volume. De luchtdichtheid van het gebouw wordt dus in één getal gevat. Bij een blowerdoor test moet er steeds op worden gelet dat ramen en deuren naar de buitenomgeving gesloten zijn en dat alle binnendeuren open staan. Waar mogelijk werden in de appartementen de ventilatiekanalen tijdelijk afgesloten door de brandklep te sluiten. Wanneer de brandklep niet bereikbaar was, werden alle ventilatiemonden afgeplakt. Op deze manier werd gemeten hoeveel maal per uur de lucht binnen het woningvolume zich ververst langs spleten en kieren in de bouwschil bij een drukverschil van 50 Pa. b. Debietenmetingen De appartementen van de Venningwijk zijn allen voorzien van ventilatie volgens systeem D. Om hygiënische redenen en om comforthinder te vermijden is het noodzakelijk dat men de ontwerpdebieten bereikt die door de regelgeving per ruimte worden vastgelegd. Heel wat energie van de uitgevoerde metingen ging uit naar deze parameter. Met behulp van de luchtdebietmeter FlowFinder werd nagegaan of de volumestromen van elk toevoer-
en afvoerkanaal afgestemd waren op de betreffende ruimte. Door het toestel rond de ventilatiemond te plaatsten en goed tegen de muur aan te drukken, meet dit het geleverde aan- of afvoerdebiet. Elke meting werd minstens tweemaal uitgevoerd. Om uiteindelijk een getalwaarde aan het debiet van de ventilatiemond in kwestie toe te wijzen, werd het gemiddelde van de resultaten gekozen. Tijdens de metingen werd erop gelet de ramen en deuren naar buiten zoveel als mogelijk te sluiten. c. Energietellers Om het werkelijk verbruik te kunnen analyseren werd er aan de bewoners gevraagd elke week hun meterstanden te noteren en bij te houden. Er werd hierbij een onderscheid tussen gedetailleerd gemonitorde woningen en deze die niet gedetailleerd gemonitord worden. De gedetailleerd gemonitorde woningen noteerden niet enkel het totale energieverbruik, maar ook het energieverbruik voor sanitair warm water, verbruik voor ruimteverwarming, energieverbruik van de naverwarmingsbatterij van de ventilatielucht en het elektriciteitsverbruik. Al deze meters bevonden zich in de berging van het appartement. Zoals te verwachten volgde niet iedere bewoner deze instructies altijd even consequent op, hetzij door vergeetachtigheid, doordat ze niet konden onthouden waarvoor elke teller staat of doordat de teller moeilijk afleesbaar was. Daarom was het ook van belang om zelf de meterstanden bij het begin en op het einde van elke meetperiode af te lezen. Ook de watertellers en de elektriciteitstellers met dag- en nachttarief in de technische ruimtes in de kelder werden regelmatig afgelezen.
6.3 BEWONERS 6.3.1 Enquêtes Aan de hand van een enquête kan men meer inzicht krijgen in het bewonersgedrag en het gebruik van de woning. Op deze manier wordt een beeld over de verschillende types bewoners verkregen. Omdat bij een vragenlijst de bewoners zich zelf ook vaak bewuster worden van hun gedrag en de manier waarop zij met energie omgaan en omdat de vragen vaak onrechtstreekse informatie aanreiken, wordt de enquête pas ingevuld wanneer alle metingen achter de rug zijn. Deze werkwijze probeert de bewoner zo weinig mogelijk in zijn normaal gedrag te beïnvloeden. De ervaring leert echter dat sommige bewoners hun gedrag zelfs zullen aanpassen door een informeel gesprek tijdens het plaatsen van de meetapparatuur. Ervoor zorgen dat een bewoner helemaal onbeïnvloed is, is dus een geen vanzelfsprekende opgave. Enquêtes kunnen in het bijzonder helpen om onduidelijkheden van een waarneming te verklaren en een beeld te krijgen van de appreciatie van de bewoners over de thermische omgeving. Het is een manier om expliciet te peilen naar mogelijke ongemakken die tijdens gewone gesprekken nog niet naar boven waren gekomen. Naast vragen over het klimaatgerelateerde gedrag van de bewoners, wordt ook gepeild naar de algemene gegevens betreffende leeftijd, opleiding en inkomen. Deze gegevens helpen uitspraken in verband met verwarmingsgedrag, gebruikerspatronen en dergelijke te kaderen in een specifieke context.
| 69
In de enquête komen volgende onderdelen aan bod:
Algemene gegevens
Verwarming
Ventileren
Koken
Warm water
Algemeen energiegebruik
Algemeen Voor een oplijsting van de precieze vragen die binnen de verschillende rubrieken kaderen, wordt de lezer verwezen naar de volledige vragenlijst in Bijlage B, Enquête.
Figuur 6-8: Cumulatieve distributie van geboortejaren
70 |
6.3.2 Populatie De resultaten van deze enquêtes worden verder niet gedetailleerd besproken. Het expliciet behandelen van deze antwoorden op de vele vragen is immers minder relevant voor dit onderhavig dat vooral focust op de werking van de verschillende installaties in de Venningwijk. De enquêtering was vooral relevant om resultaten te kaderen en is daarom slechts impliciet aanwezig in wat volgt. Ook voor toekomstige onderzoeken op de Venningwijk kunnen deze enquêtes zeker nog van pas komen. Deze paragraaf wenst de lezer toch een globaal beeld mee te geven over de populatie van dit onderzoek. De Venningwijk wordt voornamelijk bevolkt door oudere bewoners. Figuur 6-8 geeft een beeld van de leeftijdsverdeling van de bevraagde bewoners. Van de zesentwintig deelnemers in de geënquêteerde appartementen is de helft geboren vòòr 1955. Dit betekent dat weinig kinderen of tieners de wijk bevolken. Slechts in twee woningen leven effectief minderjarigen en dit zijn niet toevallig twee woningen van het type D. Dit verklaart waarom de meeste appartementen gekenmerkt worden door een onderbezetting. Vele tweeslaapkamerappartementen worden door een koppel of een alleenstaand persoon bewoond. De tweede slaapkamer doet dus veelal dienst als berging of dressing. Oudere bewoners verlangen ook vaker een hogere binnentemperatuur en maken zelden gebruik van de mogelijkheid om de insteltemperatuur bijvoorbeeld ’s nachts te verminderen. Tabel 6-5 geeft weer welke insteltemperaturen de bewoners in ieder type woning kiezen. Deze tabel zal de basis vormen voor de simulaties regelmatig in dit werk aan bod zullen komen, zie verder in 6.4 Simulaties. Globaal gezien geven het overgrote deel van de bewoners aan tevreden tot zeer tevreden te zijn met het comfort in hun woning. Niemand geeft aan ontevreden te zijn. In vergelijking met het vorige
huis of appartement wordt in de appartementen van de Venningwijk dan ook een veel beter comfort ervaren. De meeste bewoners woonden oorspronkelijk in een andere woning van Goedkope Woning, bijvoorbeeld in de Sionwijk, de Lange Munte, de Blauwe Poort, het Kapel ter Bedehof en de Berkenlaan. Drie bewoners uit de steekproef woonden voorheen in een van de fel verouderde, weinig comfortabele rijwoningen van de Venningwijk. Tabel 6-6 toont daarnaast ook dat de meeste bewoners nu voor het eerst in een appartement wonen. Dit vraagt natuurlijk een aanpassing en brengt soms bepaalde verwachtingen met zich mee. Iets minder dan de helft van de bewoners komt via de Venningwijk voor het eerst in contact met de huisvestingsmaatschappij Goedkope woning. Voor hen is het mogelijks nog wat wennen op welke manier ze ongemakken moeten melden en welke personen ze daarvoor moet aanspreken. 5°C Type A
18°C
19°C
20°C
2
Type B
2
Type C
1
Type D
1 4
21°C
22°C
1 1
1
6.4 SIMULATIES Een belangrijk deel van dit onderzoek gaat uit naar het simuleren van verbruiksdata en temperaturen met het softwarepakket TRNSYS. Deze resultaten zijn in de eerste plaats bedoeld om naast elkaar te leggen. Zoals reeds in het eerste deel van dit werk bleek, zijn simulaties veel interessanter om vergelijkende studies uit te voeren dan om in absolute cijfers te bekijken. Daarvoor zou immers een kalibratie moeten doorgevoerd worden. Om te weten welke aspecten allemaal in rekening werden gebracht en op welke manier dit gebeurde, kan de lezer verder bladeren naar Bijlage E, Simulatieresultaten. Daar wordt concrete informatie opgesomd over gebouwschil, bezetting, bezonning en dergelijke meer.
23°C
24°C
1 1
27°C
1
5
1
6 1
2
1 2
2
2
2
1
1
1
1
1
15
Appartement
Rijhuis
Halfopen huis
Vrijstaand huis
… bij Goedkope Woning
-
5
3
-
… elders
3
3
-
-
Vorige woning…
Tabel 6-5: Overzichtstabel van het aantal appartementen per type en per insteltemperatuur
Tabel 6-6: Overzicht vorige woning van de geënquêteerden | 71
Hoewel er slechts vier woningtypes zijn die hier worden behandeld, is ieder appartement in de Venningwijk heel verschillend. Sommige appartement worden langs weerzijden ingesloten door andere appartementen, andere appartement bevinden zich naast de liftkoker. Sommige bevinden zich in het hart van de Venningwijk, andere kijken uit op het kanaal. Sommige zijn gelokaliseerd boven een kruipkelder, andere liggen onder het dak en nog andere worden rondom rond omsloten door andere appartementen en hebben dus slechts twee schildelen die contact maken met de buitenomgeving. Maar naast deze vele bouwkundige variaties verschilt ook het bewonersgedrag per appartement. Ieder appartement heeft een andere bezetting die niet noodzakelijk overeenkomt met de maximale bezetting van het woningtype. De thermostaat wordt in iedere woning anders ingesteld en bewoners houden er ook andere gewoontes op na, zoals bijvoorbeeld het nemen van een douche gedurende een andere tijdspanne op een ander moment van de dag aan een verschillende frequentie. Hierdoor heeft iedere woning een unieke energiebalans. Het zou een insteek kunnen zijn om enkele gevalstudies eruit te kiezen en deze zo waarheidsgetrouw mogelijk na te simuleren. Dit werk wenst echter in te zetten op een bredere visie die vooral een vergelijking van de resultaten wenst mogelijk te maken om zo tot meer algemene conclusies te kunnen komen. Daarvoor moeten een aantal keuzes gemaakt worden. De simulaties die verderop aan bod zullen komen, worden steeds weergegeven naar analogie met bovenstaande Tabel 6-5. In een dergelijke tabel staan de twee belangrijkste variabelen opgelijst: rijen worden van elkaar gescheiden door de grote bouwkundige verschillen tussen de verschillende types en de kolommen verdelen ieder resultaat afhankelijk van de temperatuur die de bewoners kunnen instellen op hun thermostaat. Enkel de dertien
72 |
situaties die zich ook daadwerkelijk in de Venningwijk voordoen, zie Tabel 6-5, worden gesimuleerd. Omdat uit de enquêtes bleek dat vele bewoners de thermostaat niet actief gebruiken, wordt de temperatuur over de hele dag constant gehouden. Deze temperatuur is hetzelfde voor zowel een weekdag als een weekenddag. Ook in de badkamer wordt voor de eenvoud voortdurend dezelfde temperatuur als in de leefruimte aangehouden, aangezien deze instelling in werkelijkheid heel sterk verschilt per gebruiker. Om de resultaten niet onnodig complex te maken worden deze temperaturen bovendien het hele jaar door aangehouden. Verder wordt bij het simuleren ook steeds uitgegaan van een maximale bezetting per appartement. Dit zijn een aantal brute aannames die vaak niet helemaal met de realiteit overeenstemmen. Maar om tot zekere algemene conclusies te kunnen komen en om de data enigszins vergelijkbaar te houden, werd bewust gekozen alle variabelen gelijk in te stellen. Enkel de operatieve binnentemperatuur wijzigt bij iedere simulatie. Als basissimulatie, in Costa’s terminologie de baseline [4], wordt voor de dertien cellen in de tabel een simulatie gemaakt met ventilatiedebieten die gelijk zijn aan ontwerpwaarden en wordt voor de luchtdichtheid in iedere simulatie de gemiddelde waarde genomen van de oorspronkelijke kwaliteitstesten. De effectiviteit wordt, net als bij de ontwerpberekeningen, gelijkgesteld aan 60% om rekening te houden met eventuele verliezen in de kanalen en wanneer de buitentemperatuur boven 18°C uitstijgt, wordt een bypass ingeschakeld zodat de effectiviteit tot 0% wordt herleid. Belangrijk om mee te nemen in het analyseren van de simulatieresultaten is dat de extractielucht functie is van de binnentemperaturen van het gesimuleerde appartement. In de simulatie daalt deze temperatuur met 80% in zijn
tocht richting de luchtgroep. Dit impliceert dat de aanname wordt gemaakt dat alle appartementen gemiddeld aan dezelfde temperatuur worden verwarmd, wat natuurlijk niet het geval is. Dus wanneer in de simulatietabellen een resultaat in de kolom van 24°C wordt getoond, is er van uitgegaan dat de extractielucht afkomstig is uit allemaal appartementen op 24°C. Onderstaande tabellen geven een overzicht van het verbruik bij ontwerpomstandigheden ten opzichte van elkaar. Deze tabellen gaan iedere keer terug op absolute cijfers van het verbruik uitgedrukt in kWh, achteraan toegevoegd in Bijlage E, Simulatieresultaten. Omdat deze absolute cijfers minder van waarde zijn dan de vergelijkende procenten, worden ze enkel als bijlage bij dit werk toegevoegd. Tabel 6-7 toont een vergelijking van de verbruiken per appartementstype. Als referentie worden de situaties gekozen waar de bewoners hun thermostaat op 5°C instellen en dus geen energie aan ruimteverwarming wensen te spenderen. Omdat deze masterproef in haar verdere verloop vooral wenst in te zetten op de ventilatie-
Type A Type B Type C Type D
5°C
18°C
REF
+ 0,1%
REF
REF REF
19°C
+ 1,0% - 0,3%
+ 1,9% - 0,5%
22°C
23°C
+ 9,4%
- 0,2%
- 1,0%
27°C
+ 45,7%
- 2,1%
+ 4,0%
24°C
- 10,4%
+ 23,4% - 5,8%
+ 133,4%
REF
REF
21°C
+ 1,0%
- 0,0%
REF
REF
20°C
installatie, maakt deze keuze het eenvoudiger dit laatste met elkaar te vergelijken. In de tabel staat in elke cel het verschil in totaal verbruik centraal en het verschil in verbruik dat naar de ventilatie-installatie uitgaat, rechts onderaan in cursief. Dit zal zo voor iedere tabel het geval zijn. In dit geval geldt dat hoe hoger de insteltemperatuur is, hoe minder verbruik er naar ventilatie gaat. De extractietemperatuur zal immers hoger liggen en daardoor ook de pulsielucht die in het appartement toekomt. Het totale verbruik neemt evenwel sterk toe: de ruimteverwarming zal natuurlijk veel meer energie verbruiken en meer dan de ventilatiewinst moeten compenseren om de ruimte op temperatuur te houden. Daarnaast valt het ook op dat iemand die zijn thermostaat op 18°C of 19°C instelt, nauwelijks meer energie zal verbruiken dan iemand die zijn verwarming volledig wenst uit te schakelen. Deze appartementen profiteren immers heel erg van zonnewinsten en houden deze warmte ook lange tijd vast. Het lichte meerverbruik is vooral te wijten aan de opstart van de simulatie en is dus verwaarloosbaar.
- 32,6%
+ 2,6% - 0,3%
Tabel 6-7: Overzichtstabel van het verbruik t.o.v. referentiewaarden per type | 73
Tabel 6-8 maakt gebruik van dezelfde absolute waarden maar neemt nu één simulatie als referentiewaarden: een appartement van het type B ingesteld op 5°C. Dit is immers het appartement met het minste verbruik. In deze tabel zijn daardoor alle situaties met elkaar te vergelijken. Zo valt het op hoeveel meer een type D-appartement zal verbruiken. Dit type omsluit immers niet alleen een veel groter volume maar heeft ook veel grotere verliesoppervlakken naar de buitenomgeving. Een éénslaapkamerappartement zal zijn temperatuur veel hoger kunnen instellen en toch nog steeds minder verbruiken dan een tweeslaapkamerappartement. Ter ondersteuning van de tabellen die hierboven besproken werden, geven Figuur 6-9 en Figuur 6-10 een beeld in absolute en relatieve cijfers van het verbruik dat aan verwarming en ventilatie afzonderlijk gespendeerd wordt. Per woningtype is het verbruik voor ventilatie nog vrij constant. Het aandeel van verwarming begint toe te nemen van zodra de woning op 22°C verwarmd wordt. De woning van het type C waar de thermostaat op 27°C ingesteld staat, is zoals te verwachten
Type A Type B Type C Tabel 6-8: Overzichtstabel van het verbruik t.o.v. één referentiewaarde
74 |
Type D
5°C
18°C
+ 30,3%
+ 30,4%
+ 30,3%
REF REF
met voorsprong de grootste verbruiker. Het verbruik ligt bijna driemaal zo hoog als bij de type B-appartementen waar niet verwarmd wordt. Ondanks het uitschakelen van de verwarming zullen de bewoners van deze referentiewoning in ontwerpomstandigheden geen oncomfortabel lage temperatuur ondervinden tijdens de winter. De woning houdt de warmte lang genoeg vast om een korte koude piek probleemloos te overwinnen. De temperatuur in de leefruimte blijft steeds ruimschoots boven de 20°C en neemt vooral ’s avonds toe aangezien de appartementen een zuidwestelijke oriëntering hebben. Wanneer de deuren gesloten blijven, zal de slaapkamer een constante, veel lagere temperatuur aanhouden. In de zomer daarentegen zullen de temperaturen erg hoog oplopen. Zonder het openen van ramen en het voorzien van een bijkomende zonnewering aan binnenkant zal er zelfs een oncomfortabel warm binnenklimaat ontstaan. Oververhitting is duidelijk een belangrijk aandachtspunt in deze wijk!
19°C
+ 1,0% - 0,3%
+ 1,9% - 0,5%
22°C
23°C
+ 42,6%
+ 30,0%
- 1,0%
27°C
+ 89,9%
+ 27,6%
+ 4,0%
24°C
+ 16,8%
+ 23,4% - 5,8%
+ 181,5%
+ 20,6%
+ 65,7%
21°C
+ 31,6%
+ 30,3%
+ 20,6%
+ 65,7%
20°C
- 18,7%
+ 69,9% + 65,2%
Figuur 6-9: Absoluut verbruik in kWh per appartementstype per insteltemperatuur
Figuur 6-12: Temperaturen tijdens een winterweek van een type B-appartement ingesteld op 5°C
Figuur 6-10: Relatief verbruik in % per appartementstype per insteltemperatuur
Figuur 6-11: Temperaturen tijdens een zomerweek van een type B-appartement ingesteld op 5°C
| 75
76 |
7 UITVOERINGSKWALITEIT
7.1 BEZOEK TER PLAATSE 7.1.1 Klachtenmanagement en comfort Simultaan aan de studie van de vele meetgegevens kan ook het oor hebben naar en het behandelen van klachten een potentieel waardevolle input geven om de gebouwen en hun operationele werking te verbeteren. Klachten van bewoners vertellen iets over de manier waarop gebouwsystemen werken en wanneer een wanverhouding ontstaat tussen de condities die gebruikers verwachten en hetgeen ze ervaren bij gebruik, kan dit belangrijke feedback zijn naar de eigenaar en commissioningverantwoordelijke toe. Daarom kan de aandacht voor een goed uitgebouwd klachtenmanagement informatie voorzien die helpt om gebouwen efficiënter te beheren. Dialoog is een belangrijk hulpmiddel om het comfort van de eindgebruikers te relateren aan de technische systemen en dus om de gebouwprestatie te verbeteren. Een klacht representeert een perceptie dat een element van het gebouw slecht presteert. Daarbij kan een enkele klacht invloed hebben op vele aspecten tegelijk van het gebouw. Goins [45] onderscheidt twee types klachten. Spontane klachten zijn expliciete, gebouwgerelateerde verzoeken om bepaalde onbevredigende condities te verbeteren, i.e. een fysiek of psychologisch discomfort. Een bewoner meldt dit probleem in de hoop er voordeel uit te halen. Ook personen die klagen zonder echt reactie te verwachten behoren tot deze groep.
Tijdens de rondgang langs de vele appartementen in de Venningwijk gedurende de maandenlange logperiode kwamen vele dergelijke spontane klachten naar boven. Een vaak terugkerend probleem zijn de akoestische ongemakken via het ventilatiesysteem: het gaat vooral om het horen van lawaai vanuit naburige woningen maar ook het gezoem van het ventilatiesysteem zelf, in het bijzonder in kleinere ruimtes zoals het toilet of de berging. Ook geurhinder werd regelmatig geopperd als storende factor van het ventilatiesysteem. Een bewoner in blok A maakte zelfs melding van zeer klein ongedierte dat het appartement via de ventilatiemonden binnendringt. Deze zijn mogelijks afkomstig vanuit de ventilatiegroep op het dak waar de directe omgeving van de toevoer- en afvoerroosters mogelijks deels geblokkeerd wordt door de grote ventilatiekokers en waar bovendien water op het platte dak blijft staan ter hoogte van de ventilatie-unit. Andere spontane klachten keren terug op een veel lokaler probleem. Zo is er een radiator in de badkamer van een woning geïnstalleerd die voortdurend een beperkte warmte afgeeft terwijl de thermostatische kraan op de 0-stand blijft staan. Dit meerverbruik, ook wanneer geen opwarming van de badkamer gewenst is, is niet alleen een energieverspilling maar betekent ook een meerkost voor die bewoners. Een ander voorbeeld duidt op een zekere tochthinder via een kleine kier ter hoogte van het raam. Er zijn ook bewoners die klagen dat ze het te koud hebben in hun woning of dat het net te warm wordt wanneer de zon op de woning schijnt. Iedereen optimaal tevreden stellen met het gecreëerde binnenklimaat is echter delicate materie. Een onderzoek van onder meer de binnentemperaturen is nodig om de mogelijkheden tot aanpassing te overschouwen. Voor meer toelichting bij het begrip gebruikerscomfort en thermisch comfort kan de lezer zich richten tot het werk van F. Temmerman en C. Vandenbroucke [38]. | 77
Een tweede type zijn de uitgelokte klachten. Hierbij gaat een vraagsteller zeer gerichte vragen naar de gebruiker toe richten. Dit kan bijvoorbeeld onder de vorm van een enquête over de tevredenheid van de gebruiker. Dit is niet altijd even eenvoudig: in een dergelijke enquête kan gepeild worden naar gebouweigenschappen die de gebruiker weinig kan schelen of kunnen onderwerpen ontbreken die gebruiker net wel belangrijk vinden. Een kritische beschouwing bij het opstellen van een vragenlijst is cruciaal: naar welke onderwerpen wordt er gepeild en welke bevragingsmethodieken worden daarbij toegepast? Het kan bijvoorbeeld noodzakelijk zijn dat de respondent over de mogelijkheid beschikt om over te brengen hoe groot het discomfort van een probleem is. In dat geval krijgt de gebruiker de mogelijkheid zijn oordeel over zijn persoonlijke tevredenheid af te wegen op een zevenpuntige schaal, met centraal een neutrale houding en langs beide zijden drie gradaties in (on)tevredenheid. Men moet steeds waakzaam zijn of de enquête op die manier niet te lijvig wordt. Het actief op zoek gaan naar feedback van ontevreden inwoners op een dergelijke manier is een praktijk die slechts zelden gebeurt, uit angst vanuit gebouwbeheerders dat gebruikers directe actie zullen verwachten, dat ze een meer assertieve houding zullen aannemen en dat kostbare tijd wordt gespendeerd aan een niet-kritische activiteit als een enquête [45]. De Universiteit Gent is als partner in het ECO-Life project erg geïnteresseerd in al deze klachten. Zij is echter niet de bevoegde partij om hier ook daadwerkelijk maatregelen voor te nemen. Ze kan hoogstens de spontane meldingen en de uitgelokte klachten via een bevraging doorspelen naar de bevoegde instanties. Hier komt een andere grote uitdaging van klachtenmanagement naar de oppervlakte: bewoners weten niet bij wie ze terecht moeten met een concrete melding of de klachten worden niet efficiënt doorgestuurd naar de juiste
78 |
verantwoordelijken binnen de organisatie. In deze gevalstudie ligt de verantwoordelijkheid voor het verzamelen van klachten bij de huisvestingsmaatschappij Goedkope Woning. Zoals reeds geïnsinueerd, wil deze masterproef geen antwoord bieden op de manier waarop klachten behandeld en opgelost moeten worden. Ze worden hier wel expliciet aangehaald omdat klachten mogelijks wel kunnen bijdragen tot een permanente commissioning die meer rekening houdt met het perspectief van gebruikers. Het identificeren, evalueren en gebruiken van deze informatie vergt daarom regelmatig een herziening van de klachtendatabase. Daarom kan het bijzonder nuttig zijn om, naast het uitbouwen van een eenvoudig bereikbaar klachtenmeldpunt, op regelmatige tijdstippen een expliciete bevraging naar de comfortervaring te organiseren. Een beduchtzame houding is daarbij voortdurend van belang. Het mag immers niet de bedoeling zijn louter een gebruikerstevredenheid voor ogen te hebben zonder dat men per se de gebouwprestatie wenst verbeteren. Een reactieve of proactieve benadering om individuele problemen op te lossen in de eerste plaats om een klacht te doen verdwijnen eerder dan het werkelijke probleem op te lossen moet vermeden worden. Een systematische analyse van de klachten kan immers heel wat nieuwe inzichten in de gebouwgerelateerde problemen bieden. 7.1.2 Gebreken en slijtage Door een eenvoudige rondgang doorheen de wijk kunnen reeds heel wat fouten aan het licht komen. Vaak gaat het om kleine gebreken, veroorzaakt door een foutieve of onzorgvuldige installatie, door ingebruikname en operationele werking of door slijtage. De invloed van deze gebreken op de energieprestatie of de werking van het systeem hoeft daarom niet van grote betekenis zijn, maar kan mogelijks wel een
elders opgemerkt malfunctioneren verklaren. Veel van deze gebreken in de woningen zullen hoogstwaarschijnlijk als spontane klacht aan de verantwoordelijke gemeld worden, toch zijn er ook steeds fouten mogelijk die niemand rechtstreeks aanbelangen. Een nauwgezette controle, meestal net voor de voorlopige oplevering en later bij de fase van definitieve oplevering, is dus een eenvoudige methode om reeds heel wat dubieuze uitvoeringen te ontdekken, zowel binnen als buiten de woningen. Figuur 7-1 toont enkele foto’s van fouten of ongemakken die in de buurt van het ventilatiesysteem opgemerkt werden: een afvoermond die stof of vet aantrekt, een aanvoermond die vervuilde lucht inblaast, een ventilatiekanaal met beschadigde isolatie, een ventilatiemond die slordig bevestigd is en het ontstaan van scheuren in het pleisterwerk ter hoogte van het plafond.
7.2 LUCHTDICHTHEID 7.2.1 Luchtinfiltratie Een belangrijke parameter in het beoordelen van de uitvoeringskwaliteit is de toevallige infiltratie. Via allerlei kieren en andere luchtlekken in de bouwschil kan binnenlucht op een ongecontroleerde manier het gebouw verlaten of kan koude buitenlucht het gebouw binnendringen. In het kader van de huidige tendens naar steeds energiezuiniger bouwen is controle echter erg belangrijk om de energiebalans van een woning te kunnen beheersen. Bijzondere aandacht voor detaillering in het ontwerp en een zeer precieze uitvoering groeit aan belang. Deze luchtdichtheid is meetbaar dankzij een pressurisatieproef, zie 6.2.2.2a Blowerdoortest. De grootheid waarin het resultaat van deze proef wordt uitgedrukt is de
Figuur 7-1: Enkele onzorgvuldige uitvoeringen en ongewenste verschijnselen door gebruik
| 79
n50-waarde [1/h], ook wel het infiltratievoud genoemd. Ze wordt bepaald uit de verhouding tussen het luchtdebiet dat bij een drukverschil van 50 Pa doorheen de gebouwschil stroomt en het gebouwvolume. Vandaar dat een compact gebouw met eenzelfde uitvoeringskwaliteit van de gebouwschil een veel gunstigere n50-waarde heeft dan een nietcompact gebouw. Metingen in het bestaande gebouwenpark variëren sterk: voor appartementen wordt gemiddeld 4 luchtwisselingen per uur gemeten, voor vrijstaande woningen bedraagt het infiltratievoud 9,5 h-1 [46]. Bij laag energiewoningen ligt de n50-waarde rond 1,5 h-1 [47]. Dit is tevens het aan te raden maximale infiltratievoud wanneer een ventilatiesysteem D met warmteterugwinning wordt geïnstalleerd. Voor passiefhuizen gaat men nog een stap verder in ambitieniveau en rekent men op een zeer goede luchtdichtheid. Hier wordt steeds een n50-waarde van ten hoogste 0,6 h-1 geëist. Dit is tevens de waarde waarnaar gestreefd wordt in de Venningwijk. Een aannemer voerde onmiddellijk na de voltooiing van de
Figuur 7-2: Normale distributie van de kwaliteitstest 80 |
bouwwerken reeds een quality assurance test uit in alle 82 appartementen. Hij stelde een rapport op van iedere woning waarin hij telkens een n50-waarde berekende. Figuur 7-2 zet alle gemeten infiltratievouden uit volgens een normale verdeling. Het gaat hier enkel om de resultaten van de kwaliteitstesten voor de 17 woningen die in deze analyse van naderbij worden bestudeerd. De kansdichtheid van de Gausscurve wordt bepaald door volgende vergelijking:
Het gemiddelde van deze grafiek ligt op 0,532 h-1. Men mag verwachten dat 97,5% van de waarden onder 0,654 h-1 zal liggen. Van de resultaten uit de steekproef overschrijdt één waarde, 0,610 h-1, de vooropgestelde bovengrens van 0,6 h-1. Vermoedelijk zal de standaardafwijking σ verder afnemen, wanneer meer meetresultaten bij de steekproef worden genomen dan enkel de appartementen die hier in beschouwing worden genomen.
Figuur 7-3: Verschil tussen onder- en overdrukmetingen
Omdat heel wat waarden net onder de bovengrens van 0,6 h-1 liggen, rees de vraag of de resultaten van deze kwaliteitstest voldoende betrouwbaar waren. Bovendien is het mogelijk dat de luchtdichtheid verder afneemt na de eerste ingebruikname. Zoals in 7.1.1 Klachtenmanagement en comfort reeds geïllustreerd werd, ontstonden sindsdien her en der lichte scheuren in het pleisterwerk. Ook de gebruiker kan de luchtdichtheid verder beïnvloeden, bijvoorbeeld door het slaan van enkele nagels in de muur voor het ophangen van decoratie of van een gordijnrail. Daarom werd er voor dit onderzoek in 9 woningen opnieuw een blowerdoortest uitgevoerd. De woning werd achtereenvolgens onder een kunstmatige overdruk en onderdruk geplaatst. Om tot een karakteristieke waarde voor de luchtdichtheid te komen, de n50-waarde, werd het gemiddelde van de twee resultaten gedeeld door het volume van de woning. Figuur 7-3
Figuur 7-5: Normale distributie van de eigen metingen
toont hoever de debieten om de over- en onderdruk van 50 Pa in stand te houden uit elkaar kunnen liggen. Tegen de rechteras wordt het woningvolume uitgezet. Het valt op dat binnen de testgroep van 9 appartementen drie volumes aanwezig zijn: type B, een eenslaapkamerappartement, bezit het kleinste volume en type A, een gebruikelijk tweeslaapkamerappartement, heeft net een iets groter volume dan type C, een kops tweeslaapkamerappartement. In Figuur 7-5 staan alle gemeten infiltratievouden, eveneens uitgezet op een kansdichtheidsfunctie. Het gemiddelde infiltratievoud is 0,710 h-1, ruim 18% boven de vooropgestelde bovengrens. Slechts twee waarden halen het 0,6 h-1-criterium. De kans dat de luchtdichtheid van een andere woning boven dit criterium ligt, bedraagt maar liefst 83,8%. De eerder uitgevoerde kwaliteitstest stemt dus niet overeen met de eigen metingen.
Figuur 7-4: Vergelijking van de normale distributies | 81
In Figuur 7-4 staan beide normale verdelingen nogmaals naast elkaar. De meeste punten van de kwaliteitstest liggen onder 0,6 h-1; de meeste punten van de eigen meting liggen hierboven. De curve bepaald door eigen metingen is bovendien heel wat breder: het aantal meetpunten ligt lager en ze kennen een veel wijdere spreiding rondom de gemiddelde waarde. Door beide resultaten per woning naast elkaar uit te zetten in Figuur 7-6 wordt duidelijk hoe sterk beide metingen van elkaar verschillen. Enkel bij een appartement van het type A in woonblok A benadert de eigen meting die van de kwaliteitstest. Natuurlijk kan geen perfecte overeenstemming verwacht worden: door de hoge luchtdichtheidsgraad zal de kleinste afwijking bij uitvoering merkbaar zijn in de n50-waarde. Toch lijkt het verschil te frappant om enkel hieraan te wijten te zijn. Er kan geconcludeerd worden dat ofwel een kritische houding tegenover de uitvoering van de kwaliteitstest net na het einde van de werken dient aangenomen te worden, ofwel dat de eerste bewoning
Figuur 7-6: Vergelijking van de absolute n50-metingen 82 |
een aanzienlijke invloed heeft op het resultaat, hetzij door de bewoners zelf hetzij omwille van bouwtechnische oorzaken zoals thermische bewegingen, kruip en gebouwzettingen. Hoe dan ook, wat de oorzaak ook moge zijn, de verleiding ontstaat om een algemene uitspraak in verband met luchtdichtheid te kunnen doen over alle appartementen. Kan ook aan de woningen die niet getest werden een inschatting van een n50-waarde gegeven worden op basis van de reeds beschikbare meetresultaten van de eerdere kwaliteitstest? Na het nemen van het verschil tussen beide testen kan opnieuw een Gaussdistributie opgesteld worden. De eigen meting ligt gemiddeld 0,197 h-1 hoger dan de oorspronkelijke test. In 95,9% van de gevallen zal de nieuwe meting tot een hoger resultaat komen, maar door het beperkt aantal metingen bestaat er dus nog een kans van 4,1% dat de huidige gebouwprestatie het net beter doet dan verwacht. Het is dus niet zonder risico een algemeen geldende absolute of relatieve verhoging aan de eerst gemeten n50-waardes toe te kennen.
Figuur 7-7: Normale distributie van het verschil in n50
7.2.2 Impact op verbruik en temperatuur Om de impact van de verminderde luchtdichtheid op het verbruik in te schatten worden alle oorspronkelijke parameters aangehouden. Enkel het infiltratievoud, dat oorspronkelijk op 0,532 h-1 lag, wordt verhoogd tot 0,710 h-1. Vanaf nu worden de resultaten niet meer met elkaar vergeleken, zoals gebeurde in de tabellen van 6.4 Simulaties, maar de waarden in iedere cel vergelijken nu de nieuwe situatie met de ontwerpsimulaties. Voor de absolute simulatieresultaten van het verbruik kan de lezer opnieuw verder bladeren naar Bijlage E, Simulatieresultaten. Tabel 7-1 toont dat de impact op het verbruik van deze gemeten n50-waarden die hoger liggen dan voorop gesteld, zeer beperkt is. In de eenslaapkamerappartementen van type B laat de invloed zich het meeste voelen. In de kolom van 5°C is de toename van het verbruik voor ventilatie logischerwijs altijd identiek aan de toename van het totale verbruik. Er wordt immers geen energie verbruikt voor ruimteverwarming bij die operatieve temperatuur.
Type A Type B Type C Type D
5°C
18°C
+ 1,1%
+ 1,1%
+ 1,1%
+ 1,2% + 1,2%
19°C
+ 1,1%
+ 1,2% + 1,2%
+ 1,3% + 1,2%
22°C
23°C
+ 2,5%
+ 1,1%
+ 1,1%
27°C
+ 3,3%
+ 0,8%
+ 1,7%
24°C
+ 0,5%
+ 2,9% + 0,7%
+ 2,7%
+ 1,2%
+ 0,9%
21°C
+ 1,2%
+ 1,2%
+ 0,9%
20°C
Dezelfde test kan ook uitgevoerd worden voor een extreme situatie. Wanneer geen passiefconcept nagestreefd wordt maar wel aandacht uitgaat naar de luchtdichtheid kan een infiltratievoud van 2 h-1 bereikt worden. In sommige projecten die een luchtdichtheid van een passiefhuis nastreven maar waar een aannemer slordig is omgesprongen met de detaillering, is het al voorgevallen dat de n50-waarde slechts 2 h-1 bedraagt in plaats van 0,6 h-1. In die context is de mindere uitvoeringskwaliteit van de Venningwijk nog vrij beperkt. Tabel 7-2 toont hoe er in totaal gemakkelijk 15% tot 25% meer energie kan verbruikt worden ten gevolge van een dergelijk onzorgvuldige uitvoering. Figuur 7-8 en Figuur 7-9 tonen dat, in tegenstelling tot het verbruik, de invloed van een hogere n50-waarde op de temperatuur nauwelijks tot 0,5°C kan oplopen, in zomer- en wintercondities. Het temperatuursverloop van de gemeten situatie met een n50 van 0,710 valt nagenoeg samen met dat van de ontwerpsituatie met een n50 van 0,532. Deze specifieke simulatie gebeurde voor een appartement van het type B op 23°C. Het meerverbruik voor dit appartement ligt behoorlijk hoog.
+ 0,4%
+ 1,5% + 0,9%
Tabel 7-1: Overzichtstabel van het verbruik met n50 van 0,532 naar 0,710
| 83
Figuur 7-8: Temperaturen tijdens een winterweek van de leefruimte van een type B-appartement ingesteld op 23°C
Type A Type B Type C Tabel 7-2: Overzichtstabel van het verbruik met n50 van 0,532 naar 2
84 |
Type D
5°C
18°C
+ 8,9%
+ 8,9%
+ 8,9%
+ 9,7% + 9,7%
Figuur 7-9: Temperaturen tijdens een winterweek van de leefruimte van een type B-appartement ingesteld op 23°C
19°C
+ 9,9% + 9,6%
+ 11,6% + 9,2%
22°C
23°C
+ 23,0%
+ 8,5%
+ 8,1%
27°C
+ 28,2%
+ 5,9%
+ 16,4%
24°C
+ 3,5%
+ 26,0% + 5,1%
+ 23,2%
+ 9,1%
+ 6,8%
21°C
+ 11,2%
+ 8,9%
+ 9,1%
+ 6,8%
20°C
+ 2,5%
+ 13,3% + 6,4%
8 VENTILATIE
8.1 VENTILATIEONTWERP In de huidige tendens van het steeds energiezuiniger bouwen neemt het belang van een zorgvuldig uitgewerkt ventilatieontwerp toe. Niet alleen groeit het relatieve aandeel van de ventilatieverliezen drastisch nu de warmteverliezen door transmissie tot een minimum worden herleid, de conceptie van woningen als afgesloten dozen brengt bovendien een aantal risico’s met zich mee. Zoals in 7.2.1 Luchtinfiltratie beschreven, wordt er van aannemers steeds meer verwacht luchtdicht te bouwen om de infiltratie van koude buitenlucht zo veel mogelijk te beperken. Deze vorm van luchtverversing is immers in hoge mate oncontroleerbaar: afhankelijk van de windsnelheid en het temperatuurverschil tussen binnen- en buitenomgeving zal meer of minder debiet aan verse lucht de woning binnendringen. Hier kan dus onmogelijk op gerekend worden als een systeem van basisventilatie om de binnenluchtkwaliteit te beheersen. Bovendien impliceert dit evenzeer dat warmteverliezen ten gevolge van infiltratie in dezelfde mate onbeheersbaar zijn. En dat is net waar het om draait bij ventilatie: controle over comfort. Zoals hierboven aangehaald, verzekert het ventilatiesysteem aan de ene kant het thermisch comfort van de woning. Met behulp van onder andere een intelligente regeling, de toepassing van warmterecuperatie en de installatie van een luchtverwarmingselement nemen de
warmteverliezen af en worden de oncomfortabele ervaringen ten gevolge van tocht vermeden. Anderzijds biedt ventilatie de mogelijkheid om controle te houden over de binnenluchtkwaliteit. Ze is niet geïnstalleerd louter voor de afvoer van hinderlijke stoffen die in de woning vrijkomen en mogelijks schadelijk zijn voor de gezondheid, zoals tabaksrook, rookgassen en allergenen. Aangezien comfortcriteria heel wat strenger zijn dan de gezondheidscriteria, zijn de ventilatievoorzieningen vooral ontworpen met het oog op een comfortabele perceptie van de binnenlucht. Het ventilatiesysteem beoogt met de aanvoer van hygiënische lucht dus in de eerste plaats het verdunnen van de mensgebonden polluenten ten gevolge van dagdagelijkse activiteiten. Door te ademen, te koken, zich te wassen en dergelijke ontstaat immers waterdamp en bij deze activiteiten vormen er zich ook vaak geuren. Dankzij een goed ontworpen ventilatiesysteem vermijdt men bijvoorbeeld muf geurende lucht door een teveel aan koolstofdioxide en condensatie die eventuele schimmelvorming in de hand zou kunnen werken. Zoals verder in dit hoofdstuk zal blijken, is deze toegenomen aandacht ten aanzien van het ventilatiesysteem verre van overbodig. Heel wat mogelijke struikelblokken doorkruisen immers de intenties die het ontworpen ventilatiesysteem nastreeft. Alvorens dieper in te gaan op de verschillende componenten van het ventilatiesysteem in de Venningwijk, wordt er een overzicht gegeven van het globale ventilatieconcept. Op die manier kan de lezer zich een accurater beeld vormen van de reële situatie. Parallel wordt een en ander verduidelijkt met het fotografische materiaal verderop.
| 85
De eerste fase van de Venningwijk bestaat uit vier appartementsblokken. Blok A, i.e. het blok het dichtste in de buurt van het kanaal, heeft een eigen luchtgroep die alle tweeëntwintig appartementen in blok A van verse lucht voorziet. Deze buitengroep staat op het bovenste dakvlak en moet daarom bestand zijn tegen de weersomstandigheden. Vanuit de groep vertrekken de dubbelgeïsoleerde pulsiekanalen over het dak. De ene helft verdeelt zich - na heel wat bochtenwerk - over drie technische kokers naar de twaalf appartementen ten oosten van de circulatiekoker. Het andere kanaal gaat via de schacht naast de trappenkoker naar het lager gelegen dakvlak, waar het zich verdeelt over de vijf kokers van de overige tien woningen. Door deze opstelling bevinden zich heel wat lopende meters aan kanalen in buitenomgeving. De verse lucht van de twee middelste blokken, B en C, is afkomstig uit eenzelfde luchtbehandelingskast. Deze is geïnstalleerd in een technische ruimte in de kelder van blok B en zuigt daar verse lucht aan langs een rooster in de zuidgevel. Het hoofdkanaal splitst zich onmiddellijk in twee pulsiekanalen. Het ene kanaal brengt de verse lucht tot in de tweeëntwintig woningen van blok B. Twee technische kokers vertrekken daarbij vanuit de technische ruimte: één koker gaat via de halfondergrondse parkeergarage naar boven en via een kruipkelder onder het appartementsblok geraken de kanalen tot in de overige vijf kokers. Het tweede pulsiekanaal is opgehangen bovenaan de halfondergrondse parking en gaat zo naar blok C, alwaar het zich verdeelt over de negen kokers van de zesentwintig appartementen. Ook hier verloopt een deel van de distributie via een kruipkelder. Het blok het verste weg van het kanaal, blok D, heeft een luchtgroep in het stookgebouw van de Venningwijk. Net als de twee vorige luchtgroepen is ook deze geïnstalleerd volgens een standaard-
86 |
opstelling waarbij telkens de secties voor de twee horizontale luchtstromen boven elkaar zijn geplaatst. Deze opstelling laat toe om een component voor energieterugwinning in de vorm van een warmtewiel in te bouwen. Op de warmteterugwinning wordt dieper ingegaan in 8.2.1 Luchtgroep B/C. Vanuit de stookplaats duiken de kanalen onmiddellijk de grond in om de twaalf appartementen van blok D via een kleine kruipkelder van onder uit te bedienen. Deze kanalen zijn dus veel minder onderhevig aan de buitencondities dan de andere ventilatiedistributiesystemen. Eens aangekomen in een appartement wordt de verse lucht doorheen een naverwarmingsbatterij gestuurd. De warmtewisselaar in deze batterij zet de warmte van het wijkverwarmingsnet over op de pulsielucht zodat deze laatste aan een aangename temperatuur de woning binnentreedt. De insteltemperatuur wordt centraal vastgelegd; de bewoners beschikken niet over mogelijkheid om dit aan te passen. Voorbij deze warmwaterbatterij vertakt het pulsiekanaal zodat de verse lucht op een gecontroleerde wijze in de verschillende verblijfzones kan worden ingeblazen. Dit zijn telkens alle slaapkamers en de leefruimte. De lucht stroomt vervolgens door via de hal (en in blok D ook via de overloop) naar de natte ruimtes, waar de polluenten aan de bron worden geëxtraheerd. Deze zogenaamde bronbestrijding gebeurt concreet in de keuken, de badkamer en de berging. Wanneer een apart toilet in de woning aanwezig is, wordt ook daar de vervuilde, vochtige lucht afgevoerd. De extractiekanalen komen daarna samen net voor de technische koker en keren via een parallel traject als dat van de pulsiekanalen terug naar de ventilatoren. De af- en aanvoerdebieten worden centraal bij de ventilator geregeld. Het is voor de individuele bewoner niet mogelijk het debiet tijdelijk te verhogen om het systeem te gebruiken voor een korte, intensieve ventilatie.
a
c
e
b
d
f
Figuur 8-1: a) Ventilator op het dak van blok A b) Ventilatiekanalen op het dak van blok A
c) Ventilator in de technische ruime van blok B d) Zicht op de technische ruimte van blok B
e) Ventilator in het stookgebouw f) Warmtewiel in de ventilator van blok D | 87
8.2 LUCHTGROEP De eerste focus gaat uit naar de plaats waar het ventilatieverhaal van start gaat: de luchtgroep. Deze wordt gekenmerkt door vier luchtstromen. De toevoersectie, die onderaan gepositioneerd is, zuigt frisse buitenlucht aan, hieronder steeds toevoerlucht (toe) genoemd, en stuwt deze opnieuw uit de groep, de pulsielucht (pul). De retoursectie bovenaan zuigt de vervuilde lucht uit de woningen, de extractielucht (ext), en blaast deze naar buiten, de zogeheten afvoerlucht (afv). Deze vier begrippen zullen in het verdere verloop van deze analyse consequent op deze manier benoemd en afgekort worden. Figuur 8-2 verduidelijkt de exacte betekenis van deze begrippen. Centraal in de luchtgroep bevindt zich het warmtewiel. Deze component is opgebouwd uit aluminium gegolfde plaatjes, die dankzij hun opslagcapaciteit de warmteaccumulerende werking van het warmtewiel mogelijk maken. Dit is de enige plaats waar toevoer- en retoursectie
met elkaar in contact komen: de bovenste helft wordt verwarmd door de warme luchtstroom van de extractielucht, terwijl de onderste helft wordt gekoeld door de koude luchtstroom. Op die manier recupereert de langzaam draaiende rotor een deel van de warmte uit de extractielucht en draagt ze deze over op de toevoerlucht. Evidenterwijs varieert de temperatuur van de aluminium kanaaltjes daarbij in tangentiële richting. De kanaaltjes hebben immers enige tijd nodig om op te warmen. Figuur 8-3 toont hoe het warmtewiel in zes zones kan ingedeeld worden waarbij de derde en zesde zone respectievelijk de hoogste en laagste temperaturen bereiken. Omwille van het grote temperatuurverschil zal in de vierde zone, bij de intrede van koude lucht, de meeste warmte overgedragen worden. Analoog zal in de eerste zone, bij de intrede van de warme lucht, het warmtewiel sterk in temperatuur stijgen en de temperatuur van de warme lucht even sterk dalen [48].
a Figuur 8-2: Basisfiguur van de ventilatiestromen in de luchtgroep
88 |
b
c
Figuur 8-3: a) Het warmtewiel opgedeeld in zes zones b) Temperatuursverloop volgens gelijkstroomprincipe c) Temperatuursverloop volgens tegenstroomprincipe
Bovendien varieert de temperatuur van het warmtewiel ook in axiale richting. Bij het eerste contact tussen de extractielucht en het warmtewiel is het temperatuurverschil maximaal, met de meeste warmteoverdracht tot gevolg. Daar waar deze luchtstroom het warmtewiel verlaat, is de lucht ondertussen heel wat afgekoeld. Dit kleinere temperatuursverschil resulteert in een beperktere energieoverdracht. Dit laatste effect wordt echter voor een groot deel teniet gedaan doordat de twee stromen volgens het tegenstroomprincipe zijn geschakeld. Figuur 8-3 illustreert de invloed van de stroomrichting op de temperatuur. Links vertrekken de warmste en koudste temperatuur aan dezelfde kant en vlakken ze beiden af tot twee temperaturen die steeds dichter in elkaar buurt komen. De uitgangstemperatuur van de koude tak (pulsie) kan dus nooit boven de uitgangstemperatuur van de warme tak (afvoer) komen. Dit is het geval bij een gelijkstroom warmtewisselaar. De rechtse figuur toont het tegenstroomprincipe waarbij de uiterste temperaturen het warmtewiel elk aan een andere kant binnentreden. Zo blijft het temperatuursverschil tussen beide stromen vrij constant. Hier kan de pulsietemperatuur wel boven de afvoertemperatuur uitstijgen. Daarom is deze tegenstroomconfiguratie in thermisch opzicht de interessantste keuze [49]. Maar in zomercondities is deze warmteaccumulatie niet altijd wenselijk. Omdat de appartementen sterk kunnen profiteren van de zonnewinsten en interne warmtewinsten, bestaat er een reëel risico op oververhitting. In die situatie kan het ventilatiesysteem dienst doen als passieve koelinstallatie. Door een toerentalwijziging kan het rendement eenvoudig gewijzigd worden, de zogenaamde bypass regeling. De pulsielucht wordt dan niet langer opgewarmd door de energie uit de extractielucht. Hoe deze regeling in het Venningproject is gedefinieerd is voorlopig nog niet bekend.
Naast de hierboven beschreven voelbare warmteoverdracht kunnen de luchtgroepen in de Venningwijk ook een groot deel van de latente warmte die in de extractielucht aanwezig is recupereren. Dankzij de oppervlaktebewerking van de enthalpierotor kan vocht worden uitgewisseld tussen beide luchtstromen. Een chemische behandeling geeft de driehoekig gevouwen plaatjes uit aluminium hygroscopische eigenschappen zodat het vocht in de retoursectie beter over de oppervlakte van het warmtewiel wordt verspreid. Het vochtuitwisselende oppervlak vergroot zonder dat er condensatie nodig is om vocht te kunnen overdragen. Zoals Figuur 8-4 weergeeft, zal het vochtgehalte [g/kg] van de afgekoelde lucht dalen waarop niet alleen de temperatuur maar ook het watergehalte in de koude luchtstroom zal toenemen. Hoewel het rendement nog niet zo constant is als bij een sorptierotor, is deze uitvoering een stuk efficiënter dan bij de uitvoering van een zuivere condensatierotor, waarbij enkel vocht kan worden teruggewonnen na condensatie op de rotor. Deze regeneratieve warmtewisselaar draagt energie en vocht over maar moet zoveel mogelijk trachten te vermijden om de extractielucht met de pulsielucht te vermengen. Het is net de bedoeling van het ventilatiesysteem om de vervuilde, CO2-rijke lucht uit de woningen te verwijderen. Door een vermenging van de twee luchtstromen kan de luchtkwaliteit drastisch verminderen, waardoor het primaire doel van de ventilatie, namelijk de controle over comfort, helemaal verloren gaat. De afscheidinggraad zal bij deze uitvoering nooit 100% kunnen bedragen, doordat de draaiende beweging van het warmtewiel steeds een beperkt volume extractielucht tot in de toevoersectie zal brengen, maar door middel van een aantal weldoordachte keuzes streeft men ernaar de interne lekkage zo veel mogelijk te beperken. Bijzondere aandacht gaat daarbij naar het kierdicht afsluiten van alle mogelijke | 89
naden en aansluitingen. Door de positionering van de ventilatoren iedere keer aan het einde van iedere sectie worden de extractie- en toevoerlucht allebei aangezogen in plaats van vooruit gestuwd. Op die manier is er in principe geen overdracht van luchtstromen mogelijk. In Figuur 8-2 zijn de posities van de twee ventilatoren weergegeven. In wat volgt zullen de bevindingen eerst uitgewerkt worden voor de ventilator waar het grootste debiet doorheen geblazen wordt, i.e. de luchtgroep van blok B en C. De reden hiervoor wordt verder nog duidelijk. 8.2.1 Luchtgroep B/C In alle drie de luchtgroepen werden vier loggers geplaatst in de lege secties aan beide zijden van de recuperatiesectie gedurende een periode van 75 dagen (20 december 2013 tot en met 4 maart 2014).
Figuur 8-4: Verloop van de ventilatiestromen in het Mollierdiagram bij een condensatie- en enthalpierotor [50]
90 |
Het gaat hier louter om sensoren die de temperatuur en vochtigheid van de toevoer-, pulsie-, extractie- en afvoerlucht vastleggen. De CO2concentraties en debieten in de luchtgroep zijn niet gemonitord. Alvorens in te gaan op de eigenlijke meetdata van de HOBO-loggers is enige nuancering betreffende de meetresultaten op zijn plaats. De metingen mogen niet altijd als absoluut correcte waarden zonder meer worden aangenomen. Er zijn een aantal mogelijke invloedsfactoren die de temperatuurmetingen in kleine, of iets grotere, mate kunnen doen afwijken. Zo werden de loggers niet consequent op dezelfde plaats in de sectie vastgehecht. Afhankelijk van de bevestigingsmogelijkheden kon een logger verder van het warmtewiel en/of dichter bij de sectierand aangebracht zijn. Zoals in de vorige paragrafen werd toegelicht, varieert de temperatuur volgens de beweging van het warmtewiel. Afhankelijk van de afstand van de logger tot de
aluminiumkanaaltjes kan het feit dat een meetapparaat zich binnen het invloedsdomein van een van de temperatuurzones bevindt mogelijks een invloed hebben. Idealiter hangen de loggers centraal in de toevoeren retourluchtstroom op enige afstand van de warmtewisselaar zodat ook de overgang van de cirkelvormige sectie van het warmtewiel op de rechthoekige sectie van de luchtgroep geen invloed op het meetresultaat uitoefent. Bovendien kunnen loggers die tegen de zijwand zijn opgehangen mogelijks ook enigszins afwijkende waarden vertonen door de invloed van buitenaf. Ondanks de lage warmtedoorgangscoëfficiënt (de U-waarde van het samengestelde paneel bedraagt 0,57 W/m²K) is een ventilator nooit helemaal afgezonderd van de omgevingstemperatuur. Voor de ventilator van blok A, die zich op het dak bevindt, speelt ook de zonnestraling een rol. De precieze invloed van voorgaande factoren is moeilijk te achterhalen met het beperkt aantal metingen waarover deze analyse beschikt en wordt daarom, op deze kanttekening na, niet verder ingerekend in de resultaten. Een laatste oorzaak van afwijkingen is te verklaren door de meetfout op de loggers zelf. Het ijken van deze loggers valt buiten het bestek van deze thesis, maar hiervoor kan wel een richtinggevende inschatting worden gemaakt dankzij de technische fiches van deze apparaatjes. Daar waar een nuancering van de data zinvol is wordt met deze meetfout verder wel rekening gehouden. Het rendement van een warmtewisselaar wordt bepaald door zijn doelmatigheid E. Dit begrip werd in 1930 door een Duitse professor, ene Wilhelm Nusselt, gedefinieerd als de verhouding van de werkelijk overgedragen warmte Q tot de thermodynamisch maximum mogelijke overdraagbare warmte Qmax [51]. Aangezien warmte gelijk gesteld kan worden aan het product van het thermisch capacitief debiet C en de temperatuurverandering van de fluïdumstromen en aangezien het
fluïdum met het kleinste capacitief debiet de grootste temperatuurverandering zal ondergaan, vertaalt zich dit voor de voelbare warmteoverdacht in volgende formulering:
-
In dit werk wordt naast de doelmatigheid E nog een ander begrip geïntroduceerd, namelijk de effectiviteit ε. Deze opdeling is zeker en vast geen algemeen onderscheid in de literatuur. De termen doelmatigheid, rendement en effectiviteit komen meestal als synoniemen voor. Maar omdat de waarde van het capacitief debiet in deze analyse vaak niet gekend is, zal deze opdeling de verklaring van een aantal fenomenen bevattelijker maken. De effectiviteit geeft enkel de verhouding van de werkelijke temperatuurverandering van het fluïdum tot de maximale temperatuurverandering in de warmtewisselaar.
| 91
Met de benaming van de luchtgroepstromen geïntegreerd in voorgaande formuleringen geeft dit volgende vier vergelijkingen. Deze vergelijkingen vormen de basis voor de bevindingen in 8.2.1.1 Voelbaar rendement.
De technische fiche van de luchtgroep voor blok B en C belooft een voelbaar rendement van 85,7%. Het latente rendement zou 34,0% in de zomer en 86,4% in de winter bedragen. Onderstaande analyse wenst dit na te gaan. 8.2.1.1 Voelbaar rendement Analoog kunnen ook de doelmatigheid en effectiviteit van de latente warmte bepaald worden. In dat geval stellen niet de in- en uitgaande temperaturen bovenstaande vergelijkingen samen maar de specifieke vochtgehaltes x [kg/kg] van de stromen ten opzichte van droge lucht [48]. Hierop wordt dieper ingegaan in 8.2.1.2 Latent rendement.
Figuur 8-5: Schematische voorstelling voor de berekening van de voelbare en latente doelmatigheid
92 |
Deze paragraaf focust zich enkel op de gelogde temperaturen in de luchtgroep. Figuur 8-6 toont de meetresultaten voor de vier luchtstromen in de groep van blok B en C gedurende een periode van tien weken. De extractietemperatuur in de ventilator kent een lichte dagelijkse schommeling maar blijft al bij al vrij constant rond de 20°C. De andere toekomende stroom, de toevoertemperatuur, valt nagenoeg samen met de buitentemperatuur en kent daardoor sterke schommelingen. Voor de gemeten periode liggen deze schommelingen tussen 0°C en 14°C. De reden dat de buitentemperatuur veel uitgesprokenere pieken vertoont, is zeer waarschijnlijk te wijten aan de invloed van de zonnestraling op die bewuste logger. In dat geval geeft de logger die de toevoertemperatuur opmeet een meer betrouwbaar meetresultaat. De extractietemperatuur warmt de veel koudere toevoer-
temperatuur op tot de pulsietemperatuur waardoor ze een veel afgevlakter verloop heeft. Ze schommelt rond de 19°C. De schommelende toevoertemperatuur koelt de extractielucht af zodat de afvoerlucht gelijkaardige schommelingen vertoont. a. Pulsie- versus extractierendement Op basis van de meetpunten elke vijf minuten is het mogelijk om over deze periode de instantane pulsie- en extractie-effectiviteiten te berekenen. εpul en εext zijn in Figuur 8-6 tegen de rechteras af te lezen. Het is opvallend dat deze twee waarden behoorlijk ver uit elkaar liggen: een gemiddeld waarde van 0,904 voor εpul en van
0,624 voor εext en (zie de trendlijnen in de Figuur 8-8). Deze getallen liggen respectievelijk een stuk hoger en lager dan het voelbaar rendement van 85,7% dat de productfiche garandeert. De technische informatie van de HOBO-loggers maakt melding van een accuratesse van ± 0,2°C. De resultaten die met deze meetfout rekening houden, worden eveneens op de grafiek uitgezet. Boven en onder beide effectiviteiten staan een maximale en minimale waarde. Om een ruimer referentiekader te hebben, gebeurt dezelfde oefening voor een meetfout van ± 0,5°C, i.e. de lichtst gekleurde lijnen het verste van de effectiviteiten vandaan. In het uiterste geval dat alle vier de loggers aan een maximale afwijking
Figuur 8-6: Temperatuurverlopen van de luchtstromen van luchtgroep B/C tegen de rechteras en verloop van de effectiviteiten tegen de linkeras | 93
Figuur 8-8: Trendlijnen voor de pulsie-effectiviteit, de extractie-effectiviteit en de capacitieve verhouding voor luchtgroep B/C
Figuur 8-7: Capacitieve verhouding op basis van de voelbare effectiviteiten uitgezet in de tijd
94 |
onderhevig zijn, komen de effectiviteiten dichter in elkaars buurt te liggen. Met dien verstande dat het hier slechts over een mogelijke afwijking gaat en dat er in theorie evenveel kans is dat de effectiviteiten in werkelijkheid net verder uit elkaar liggen. Bovendien geeft dit bij een meetfout van ± 0,2°C noch van ± 0,5°C bijlange geen voldoende verklaring voor het grote verschil tussen εpul en εext. Pas wanneer de mogelijke fout op 1°C - het vijfvoud van de waarde volgens de technische fiche - wordt gelegd, komen de twee effectiviteiten in elkaars vaarwater. Volgens de wet van behoud van energie moet in een geïsoleerd systeem de energie overgedragen op de toevoerlucht gelijk zijn aan de energie onttrokken aan de extractielucht. Een luchtgroep is natuurlijk geen ideaal geïsoleerd systeem maar het aandeel transmissieverliezen is relatief beperkt ten opzichte van de warmteoverdracht langsheen het warmtewiel. Omwille van deze behoudswet kan er slechts één waarde voor de doelmatigheid bestaan. Op die manier legt men volgende verhouding vast:
Verder wordt naar deze verhouding steeds verwezen als de capacitieve verhouding. Idealiter zijn de twee capacitieve debieten in een luchtgroep aan elkaar gelijk, evenals het temperatuurverschil van iedere luchtstroom, en ligt hun verhouding dus op 1. Voor de luchtbehandelingkast van blok B en C staat het verloop van de
capacitieve verhouding weergegeven in Figuur 8-7. Ook de mogelijke afwijking ten gevolge van een meetnauwkeurigheid van ± 0,2°C en ± 0,5°C is op de grafiek af te lezen. De maximale capacitieve verhouding ligt nog steeds heel wat onder het optimum, wat opnieuw bevestigt dat de meetfout geen voldoende verklaring biedt voor deze vaststelling. Pas wanneer de nauwkeurigheid wordt verhoogd tot 1°C, schommelt deze verhouding rond de waarde 1. Anders gezegd: pas vanaf deze (on)nauwkeurigheid bestaat er een kans dat het waargenomen fenomeen louter aan de meetfout van de loggers kan toegeschreven worden. Men kan dus aannemen dat een onregelmatigheid in de luchtgroep aan de basis van deze vaststelling ligt. Zes factoren hebben een invloed op de capacitieve verhouding: de temperaturen van de vier luchtstromen en de twee capacitieve debieten doorheen het warmtewiel. De eerste mogelijkheid houdt in dat een van de temperaturen zoals gemeten door de logger (θ aangeduid met een sterretje) eigenlijk niet de temperatuur is die het warmtewiel bereikt (θ zonder superscript). Door een opwarming of afkoeling ligt de capacitieve verhouding daarom niet op 100%. Die temperatuur, waarmee de doelmatigheid berekend wordt, is dus niet de correcte temperatuur om een rendement te bepalen. Hieronder wordt een temperatuurverschil tussen de logger en het warmtewiel, achtereenvolgens veroorzaakt door elk van de vier temperaturen, in beschouwing genomen. De tweede mogelijkheid gaat ervan uit dat de loggers de temperaturen correct opmeten, maar dat er zich een verschil in debiet tussen pulsie- en extractiegroep voordoet. Verder wordt bekeken hoeveel deze debieten van elkaar moeten verschillen om aan de berekende capacitieve verhouding te voldoen. | 95
Al deze fenomenen worden voor de bevattelijkheid volledig afzonderlijk behandeld. De figuren illustreren telkens de conclusies van iedere situatie. Het temperatuursverloop van de luchtstromen wordt in iedere figuur weergegeven met grijswaarden: de donkerste tinten tonen de warmste temperaturen. Met behulp van puntjes met wisselende densiteit wordt er een indicatie van de CO2-concentratie gegeven. De afzonderlijke situaties sluiten echter zeker niet uit dat meerdere fenomenen zich tegelijkertijd kunnen voordoen. Deze situatie is reëel.
Situatie 1a Het warmtewiel werkt zoals het hoort, maar doordat de pulsietemperatuur die hier aankomt,
, niet gelijk is aan de
Het temperatuurverschil
kan ook nadrukkelijker in functie
van de effectiviteiten uitgedrukt worden:
Deze uitdrukking bevestigt inderdaad dat het temperatuurverschil gelijk is aan 0 wanneer de pulsie- en extractie-effectiviteit aan elkaar gelijk zijn. Voor de luchtgroep B/C bedraagt gemiddeld 0,904 en
0,624. Voor deze situatie kan dit verschil tussen de
effectiviteit geen correct resultaat. Het verschil in temperatuur wordt
gemeten pulsietemperatuur en de pulsietemperatuur aan het warmtewiel benaderd worden volgens .
weergegeven door
Bij een buitentemperatuur van
gemeten pulsietemperatuur,
, geeft de berekening van de . Op basis van deze
wetmatigheid kan men een uitdrukking voor dit temperatuurverschil uitwerken:
en een binnentemperatuur van
20°C levert dit maar liefst een opwarming van . Indien dit het enige fenomeen is waardoor de capacitieve verhouding zo laag ligt, werd de extractie-effectiviteit correct en de pulsie-effectiviteit foutief berekend, namelijk . In dat geval zou de werkelijke effectiviteit een heel stuk onder de beloofde waarde van liggen. Het is een realistische aanname om de omgevingstemperatuur steeds kouder dan de pulsietemperatuur te veronderstellen. Aldus is de enige mogelijke bron van deze opwarming van de pulsielucht de warmere extractielucht. In dat geval wordt de energie van de extractielucht niet enkel via het warmtewiel overgedragen maar ook door rechtstreekse vermenging met de pulsiestroom. Het volumetrisch lekdebiet
96 |
, i.e. de hoeveelheid extractielucht die
zich per tijdseenheid vermengt met de pulsielucht, kan bepaald aan de hand van een uitdrukking voor de debietgewogen temperatuur:
Wanneer het verschil tussen de afvoer- en toevoertemperatuur en dat tussen de extractie- en pulsietemperatuur gelijk zijn, zal er geen sprake zijn van een lekdebiet. Deze verhouding is inderdaad gelijk aan 1 bij een optimale werking van de luchtgroep. Voor de luchtgroep B/C betekent dit concreet dat bij dezelfde randcondities als hierboven. Aangezien de ventilatoren in deze groep 9600 m³/h lucht aanzuigen, betekent dit dat ieder uur maar liefst 7150 m³ lucht via een lek vanuit de extractiestroom wordt aangezogen en slechts 2450 m³ afkomstig is van de toevoerlucht. Dit geeft vanzelfsprekend heel grote gevolgen voor de luchtkwaliteit van de pulsielucht die naar de appartementen wordt gestuurd. Algemeen geldt:
In dit geval wordt een pulsielucht naar de woonblokken B en C gestuurd met een CO2-concentratie die voor 74% bestaat uit de CO2-concentratie van de vervuilde extractielucht en die slechts voor een aandeel van 26% aan verse buitenlucht bevat.
Situatie 1b In een tweede mogelijkheid wordt ervan uitgegaan dat enkel de toevoertemperatuur aan het warmtewiel,
, verschilt van de
gemeten toevoertemperatuur, . Omdat dit temperatuurverschil zowel positief als negatief kan zijn, wordt de uitdrukking zoals in situatie 1a consequent verder gebruikt, dus uitdrukking voor het temperatuurverschil volgt uit:
. De ziet er in dit geval als
| 97
Deze uitdrukking is analoog aan die van situatie 1a maar tegengesteld in waarde. Het verschil in effectiviteiten kan dus verklaard worden door een opwarming van de toevoertemperatuur richting het warmtewiel in dezelfde mate als de pulsietemperatuur
Een andere mogelijkheid is dat er tussen de logger en het warmtewiel afvoerlucht zich met de toevoerstroom vermengt. Op dezelfde manier als in situatie 1a kan een inschatting van gemaakt worden:
opwarmde hierboven, dus . In dit geval bevindt de werkelijke effectiviteit zich ergens tussen de berekende pulsie- en extractie-effectiviteit, namelijk . Deze waarde komt dicht in de buurt van de effectiviteit die de productfiche verzekert. Tijdens de gemeten periode schommelt de buitentemperatuur tussen
en
. Het lijkt waarschijnlijk dat de temperatuur in de
technische ruimte zich op de meeste momenten boven de buitentemperatuur zal bevinden. Enkel in de buurt van de zullen deze temperaturen vrij dicht in elkaars buurt liggen, maar tijdens de gemeten periode doet deze situatie zich relatief kortstondig voor. Dit betekent dat de verhoging van de toevoertemperatuur, die zo goed als gelijk is aan de buitentemperatuur, mogelijk is ten gevolge van infiltratie van omgevingslucht in de toevoerstroom. Op de CO2-concentratie in de pulsielucht zal dit nauwelijks invloed hebben.
98 |
Dit is dezelfde uitdrukking voor het lekdebiet als in situatie 1a dus geldt voor de groep B/C in dit geval opnieuw . De conclusies voor de impact op de luchtkwaliteit zijn identiek: de ingeblazen luchtkwaliteit zal voor deze situatie ondermaats zijn.
Situatie 1c Voor de derde situatie verschuift de focus van de pulsie- naar de erboven gelegen extractiesectie. Indien de afvoerlucht een andere temperatuur heeft ter hoogte van het meettoestel dan op de plaats waar ze het warmtewiel verlaat, geldt opnieuw de gelijkheid .
Door
te
stellen
dat
de
extractiedoelmatigheid aan elkaar gelijk zijn, kan
pulsie-
ontbreekt, is het onmogelijk een realistische inschatting te maken van de hoeveelheid lucht die in deze situatie de luchtgroep binnendringt.
en
wederom op
twee manieren uitgedrukt worden:
Situatie 1d De
laatste
temperatuur
die
kan
afwijken,
extractietemperatuur. Dit gebeurt volgens leidt tot volgende betrekking:
Volgens de meetdata betekent dit dat het temperatuurverschil bepaald wordt volgens
is
de . Dit
verwachte
, indien het buiten en binnen is. Wanneer enkel de afvoertemperatuur verschilt, bereikt de reële effectiviteit haar maximaal mogelijke waarde, namelijk . Deze opwarming van de afvoertemperatuur kan natuurlijk niet door vermenging met de toevoerlucht. De enige resterende mogelijkheid is de opwarming door de infiltratie van de warmere lucht uit de omgeving tussen het warmtewiel en de logger. Aangezien meetdata over de temperatuur in de technische ruimte
Bij een standaardsituatie met . In dat geval geldt
en
bedraagt . Maar het lijkt
zeer onwaarschijnlijk dat de extractielucht over de beperkte afstand tussen het meettoestel en het warmtewiel opgewarmd zou worden tot . Deze laatste situatie van de eerste mogelijkheid is dus niet realistisch.
| 99
Situatie 2a Wanneer alle loggers ook daadwerkelijk de temperaturen zoals aan het warmtewiel zouden meten, moet de oorzaak van het verschil in effectiviteiten gezocht worden bij de capacitieve debieten. Daarbij is de betrekking
van toepassing,
met in [kg/s] en in [m³/h]. Aangezien de fluïda aan beide zijden van het warmtewiel lucht zijn, kunnen we de volumieke warmtecapaciteit voor beide stromen benaderend aan elkaar gelijk stellen. De beperkte invloed van de temperatuur op de soortelijke massa en de specifieke warmtecapaciteit wordt hierbij verwaarloosd. Enkel de volumieke debieten van de twee stromen kunnen dus verschillen. Preciezer: het debiet van de extractiegroep moet groter zijn dan die van de pulsiegroep aangezien hoger ligt dan
Situatie 2b De complementaire situatie is een pulsieventilator die werkt zoals ontworpen maar een extractieventilator die teveel debiet uit de luchtgroep stuwt. Ook hier is
, dus bekomt men dezelfde
betrekking:
. In een eerste situatie zuigt de ventilator van de
pulsiegroep te weinig lucht aan. Met
geeft dit volgende
uitdrukking voor het extractiedebiet: Dezelfde vergelijking de basisaanname echter dat
geldt hier opnieuw. Nu is de vooropgestelde waarde van
in stand houdt, zodat doelmatigheden aan elkaar gelijk zouden zijn.
Voor luchtgroep B/C geeft dit vooronderstelling dat het extractiedebiet waarde van
100 |
haalt, bedraagt
. Met de de vooropgestelde .
opdat de twee
b. Lokale onregelmatigheden Ook opvallend zijn de regelmatig terugkerende pieken in het verloop van εext en εpul, telkens op hetzelfde tijdstip. Figuur 8-9 vergroot een deel van de grafiek in Figuur 8-6 tot een domein van zeven dagen. De oorzaak van deze pieken wordt al gauw duidelijk: de twee gegenereerde temperaturen, de pulsie- en afvoertemperatuur, vertonen geregeld een plotse, kortstondige toename van hun meetresultaten. Dit kan niet te wijten zijn aan een plotse drift van de meettoestellen: het gaat telkens om een vijftal afwijkende waarden alvorens de algemene trend wordt verder gezet.
Bovendien vertonen zowel de pulsietemperatuur als de afvoertemperatuur hetzelfde fenomeen op exact hetzelfde tijdstip, terwijl de twee loggers volledig onafhankelijk functioneren. De stippellijn in Figuur 8-8 toont hoe het verschil in pulsie- en toevoertemperatuur plots toeneemt bij een vast temperatuurverschil tussen de aankomende extractie- en toevoerstromen. Analoog toont de figuur een plotse afname van het verschil tussen de extractie- en afvoertemperatuur. Deze pieken vinden niet plaats op een vast tijdstip op de dag maar iedere keer wanneer de toevoertemperatuur bij afkoeling een waarde van 7°C bereikt. Dit komt overeen met een afvoertemperatuur van 12°C en een pulsietemperatuur van 19°C.
Figuur 8-9: Temperatuurverlopen van de ventilatiestromen en verloop van de effectiviteiten gedurende één week | 101
De oorzaak van dit fenomeen ligt vermoedelijk ergens bij de werking van de luchtgroep. Bij deze temperaturen gebeurt een plotse onregelmatigheid. Een onverwacht disfunctioneren van het warmtewiel lijkt eerder uitgesloten aangezien niet alleen de opgewarmde pulsietemperatuur toeneemt in die situatie, maar ook de afgekoelde afvoertemperatuur. Als de buitentemperatuur daalt, lijken beide luchtstromen door een externe bron kortstondig maar heel even intensief te worden opgewarmd. Een verder onderzoek van de installatie is nodig om de precieze reden te achterhalen. c. Effectiviteit i.f.v. de buitentemperatuur Een derde opvallende vaststelling betreft de terugkerende schommelingen van de effectiviteit. Zoals Figuur 8-10 toont, gaat het verloop van εpul mee met de schommelingen van de toevoertemperatuur. Figuur 8-11 lijkt eerder het omgekeerde aan te tonen: hoe hoger de toevoertemperatuur, des te lager εext evolueert. Ook bij het uitzetten van de luchttemperaturen en de effectiviteiten in functie van de buitentemperatuur, zoals in Figuur 8-12, is deze correlatie duidelijk zichtbaar. Het is evident dat de luchttemperaturen toenemen als de buitentemperatuur stijgt. De
Figuur 8-10: Verloop van de pulsie-effectiviteit en de toevoertemperaturen gedurende één week 102 |
extractie- en pulsietemperaturen veranderen een weinig terwijl de toevoertemperatuur, en daardoor ook de afvoertemperatuur, zeer duidelijk mee evolueren met de buitentemperatuur. De punten die afwijken van de trend zijn louter te wijten aan de momenten waarop de meting van de buitentemperatuur plots toeneemt ten gevolge van (onrechtstreekse) zonnestraling op de logger. Van de effectiviteiten daarentegen verwacht men een constanter verloop. Naar de technische informatie van de luchtgroep voor blok B en C beweert, zou de warmteterugwinning in de winter procentueel gelijk moeten zijn aan die bij zomercondities. In de figuren vertoont εpul echter een duidelijk stijgende trend (εpul bedraagt ca. 0,89 als het buiten 2°C is en gemiddeld 0,93 als het buiten 14°C is). εext vertoont veeleer een dalende trend (εext bedraagt ca. 0,63 als het buiten 2°C is en gemiddeld 0,60 als het buiten 14°C is). De weerslag op de temperaturen blijft relatief beperkt: als het buiten 2°C is, betekent dit een temperatuurverschil van 0,72°C voor de pulsielucht en 0,54°C voor de afvoerlucht. Desalniettemin blijft het een opvallende vaststelling.
Figuur 8-11: Verloop van de extractie-effectiviteit en de toevoertemperaturen gedurende één week
Figuur 8-12: Ventilatietemperaturen, pulsie-effectiviteit en extractie-effectiviteit in functie van de buitentemperatuur
| 103
Elke effectiviteit wordt berekend met slechts drie temperaturen. De oorzaak voor de correlatie moet dus gezocht worden bij de verhouding van de temperaturen ten opzichte van elkaar. Figuur 8-13 geeft in een schematische weergave per effectiviteit vier mogelijkheden hoe de temperatuurverlopen in vergelijking met de gemeten situatie zouden moeten veranderen om tot een constante effectiviteit te komen. De donker gekleurde lijn staat voor de gemeten situatie en de lichtere stippellijn voor de lucht aan het warmtewiel waar de effectiviteit wel constant is. Het valt op dat door een kleine trendverandering van een van de temperaturen de richtingscoëfficiënt van de effectiviteit sterk kan wijzigen. De werkelijke effectiviteitwaarde is echter niet gekend dus is er niet geweten waar de lijn van de verwachte en van de gemeten effectiviteit elkaar snijden. Daarom wordt, daar waar realistisch, de twee uiterste situaties weergegeven, i.e. het snijpunt uiterst links en uiterst rechts. Figuur 8-14 a, b en c ondersteunen de zoektocht naar de verklaring van de mogelijke oorzaken. Ze tonen hoe de temperatuurverlopen veranderen na een vermenging van 20% en 50% met een andere luchtstroom (stippellijnen) en vergelijken deze met het oorspronkelijk verloop (volle lijn). Zoals steeds toont de groene kleur de pulsietemperatuur en de oranje kleur de afvoertemperatuur. Aangezien bij deze twee stromen de lucht zich verplaatst van het warmtewiel richting de logger, zal bij beiden in geval van lekkage het temperatuurverloop evolueren van de volle lijn aan het warmtewiel naar de stippellijn in de buurt van de logger. Bij de toevoer- en extractiestromen is dit logischerwijs omgekeerd: de volle lijn zou de nog onvermengde situatie aan de logger tonen en de stippellijn die aan het warmtewiel.
104 |
Deze figuren gaan uit van een aantal aannames. De toevoerlucht is de koudste stroom, gevolgd door respectievelijk de afvoer- en pulsielucht. De extractietemperatuur is de warmste stroom. In de koudste periode ligt de temperatuur van de technische ruimte, waar de luchtgroep B/C zich bevindt, ergens tussen de pulsie- en de afvoertemperatuur. Het temperatuurverloop in die technische ruimte verhoogt met de buitentemperatuur op zo’n manier dat ze relatief gezien sterker toeneemt dan de pulsie- en extractietemperatuur maar minder sterk dan de afvoer- en toevoertemperatuur. Bij hogere buitentemperaturen is de omgevingstemperatuur dus lager dan de toevoertemperatuur. Dit alles is enkel van toepassing voor een winter- en tussenseizoensituatie, aangezien de metingen bij een dergelijk klimaat plaats vonden. Met een zomersituatie, waarbij de toevoertemperatuur hoger kan liggen dan de extractietemperatuur of waarbij een by-pass wordt ingeschakeld, wordt geen rekening gehouden. Een bijsturing van het rendement naargelang het buiten warmer wordt ten gevolge van een onverwachte toerentalwijziging in functie van de buitentemperatuur, is geen mogelijkheid. In dat geval zouden beide effectiviteiten dezelfde trend moeten vertonen, beiden stijgend of beiden dalend, wat Figuur 8-13 duidelijk tegenspreekt. De oorzaak kan dus niet gevonden worden in de werking van het warmtewiel. De stijgende trend van de pulsie-effectiviteit kan veroorzaakt worden door een toevoertemperatuur die trager stijgt, een extractietemperatuur die trager stijgt of een pulsietemperatuur die sneller stijgt ten opzichte van de andere stromen. Dit is mogelijk door een verschil in temperatuur tussen de plaats van de meting en het
Figuur 8-13: Schema als hulp bij de zoektocht naar de oorzaak waarom de effectiviteiten niet constant zijn in functie van de buitentemperatuur | 105
warmtewiel. De eerste situatie betekent dat de toevoerstroom van de volle lijn (logger) naar de stippellijn (warmtewiel) zou moeten evolueren en dus over die beperkte afstand zou moeten opwarmen bij hoge temperaturen. Dit is de enige mogelijkheid want de toevoerstroom is de koudste stroom, quasi identiek aan de buitentemperatuur, dus verder afkoelen is niet mogelijk. Opwarmen door luchtlekkage vanuit de technische ruimte van blok B is wel denkbaar maar uit Figuur 8-14 b is af te leiden dat de richtingscoëfficiënt in dat geval verkleint terwijl net een stijlere toevoertemperatuur nodig is om naar een constante effectiviteit te evolueren. Deze eerste situatie is dus niet aannemelijk.
In het tweede geval zou de gemeten extractietemperatuur in de winter warmer zijn dan de extractielucht die het warmtewiel bereikt. Het verloop van de extractietemperatuur aan het warmtewiel zou dus stijler moeten verlopen, wat - gezien de gemaakte aannames overeenkomt met de situatie die Figuur 8-14 b toont. De omgekeerde situatie, met het snijpunt van de gemeten en verwachte effectiviteit links in Figuur 8-13, is niet realistisch: de extractielucht kan als warmste van de vier stromen door vermenging met een andere stroom immers enkel afgekoeld worden. De derde situatie zou betekenen dat als het buiten warmer wordt, de pulsietemperatuur gegenereerd aan het warmtewiel lager zou
Figuur 8-14: Verandering van de temperatuurverlopen na vermenging met een andere luchtstroom a) vermenging met buitenlucht b) vermenging met constante, warme lucht c) vermenging met lucht uit de technische ruimte 106 |
liggen dan hetgeen nu gemeten werd. De pulsielucht warmt dus op tussen het warmtewiel en de logger, wat enkel mogelijk is door vermenging met de nagenoeg constante extractielucht. Figuur 8-14 c spreekt dit vermoeden echter tegen aangezien de pulsietemperatuur aan het warmtewiel een lagere hellingsgraad moet hebben terwijl deze in Figuur 8-14 c, nog zonder vermenging, net stijler is. De vierde mogelijkheid tenslotte toont dat in de winter de gegenereerde temperatuur hoger zou liggen dan gemeten. In dat geval moet de pulsielucht afkoelen door externe lekkage. Figuur 8-14 b bevestigt deze conclusie omdat de temperatuur aan de logger, na vermenging, stijler moet verlopen. De dalende richtingscoëfficiënt van de extractie-effectiviteit kan haar oorzaak vinden in een toevoertemperatuur die trager stijgt, een extractietemperatuur die trager stijgt of een afvoertemperatuur die sneller stijgt ten opzichte van de andere stromen. De eerste twee situaties waren ook het geval in de vorige alinea en leiden aldus tot dezelfde conclusies. In de derde situatie is de afvoertemperatuur de variabele. Indien de temperatuur zou verschillen op de plaats van de meting en aan het warmtewiel, zou bij een hoge buitentemperatuur de eerste hoger liggen dan de laatste. Dit impliceert een opwarming van de lucht na het warmtewiel. Enkel als de temperatuur van de technische ruimte hoger ligt dan de afvoertemperatuur, zoals in Figuur 8-14 b, is dit een realistische situatie. Situatie vier toont een afkoeling van de lucht in de winter. Aangezien de afvoertemperatuur waarschijnlijk lager ligt dan de omgevingstemperatuur lijkt de oorzaak geen externe lekkage te kunnen zijn. Interne lekkage vanuit de koudere toevoerlucht kan de afvoerlucht wel tot een stijler verloop afkoelen, zie Figuur 8-14 a.
8.2.1.2 Latent rendement Latente warmte vormt een aanzienlijk deel van alle warmte in een luchtstroom. Zo bestaat de warmte-inhoud van lucht op 20°C en een relatieve vochtigheid van 60% ongeveer voor de helft uit latente warmte. De latente warmteterugwinning kan dus zeer effectief blijken. Daarom worden naast de temperaturen θ ook de relatieve vochtigheden φ [-] en de absolute vochtigheden ρv [kg/m³], ook wel volumetrische vochtigheden genoemd, in de lucht opgemeten. Volgens voorgaande definitie gebeuren de berekeningen van de latente effectiviteit ε’ en de latente doelmatigheid E’ niet met de absolute maar met de specifieke vochtgehaltes x [kg/kg], i.e. de verhouding van de waterdampmassa tot de massa van de droge lucht. Opgelet: de naamgeving van de verschillende vochtgerelateerde grootheden varieert sterk binnen de literatuur. Het is raadzaam steeds de eenheden goed in de gaten te houden. In dit werk gebeurt de naamgeving grotendeels zoals gedefinieerd door prof. dr. B. Holtslag [52]. Omdat de massadichtheid van lucht in zekere mate varieert in functie van haar temperatuur, zal de verhouding van het overgedragen vochtgehalte op het maximaal overdraagbare vochtgehalte licht afwijken bij beide situaties. Door gebruik te maken van de specifieke vochtgehaltes wordt getracht de invloed van de temperatuur op het latent rendement weg te filteren. Deze omrekening gebeurt aan de hand van volgende formules [53]:
| 107
een gelijkaardige trend aan die van de buitenlucht, weliswaar enigszins afgevlakt. Het pulsievochtgehalte verschilt gedurende deze meetperiode nauwelijks van de vochtigheid van de extractielucht. a. Pulsie- versus extractierendement
-
Zoals Figuur 8-16 weergeeft, werden ook hier de vier stromen gelogd. Het vochtgehalte van de toevoerstroom komt opnieuw nagenoeg overeen met dat van de buitenlucht en schommelt in de gemeten periode van tien weken tussen 7 g/kg en 3 g/kg. De afvoervochtgehaltes liggen een stuk hoger maar verlopen nog steeds erg parallel aan die van de toevoerlucht. Opvallend is dat het verloop van het vocht in de extractielucht heel wat minder constant is dan het geval was bij de temperatuur van die stroom. Hoewel een heel stuk hoger, vertoont de damp in de extractielucht
108 |
De opgemeten volumetrische vochtigheden hebben slechts een resolutie van één decimaal. Aangezien ze omgerekend worden tot specifieke vochtigheden aan de hand van bovenstaande formules, die weliswaar benaderend zijn, komt de nauwkeurigheid van de resultaten een stuk lager te liggen. In figuur [xx] staan de pulsie- en extractie-effectiviteiten af te lezen tegen de rechter as. Zoals te verwachten staat ook hier de pulsie-effectiviteit met een gemiddelde waarde van 0,92 boven de extractie-effectiviteit die gemiddeld 0,38 bedraagt. De productfiche geeft melding van een meetfout van ±3% voor de relatieve vochtigheid. Na omrekening van deze nauwkeurigheid naar specifieke vochtgehaltes kan voor elke effectiviteit een minimale en maximale waarde in de grafiek uitgezet worden. Het valt niet alleen op dat beide effectiviteiten heel sterk schommelen, met algauw een verschil van 20% tussen de minimale en maximale waarde, maar ook dat de band van onzekerheid rond de effectiviteitwaarden veel breder is dan bij de temperatuur. Een eenduidige waarde vastpinnen op de effectiviteiten is hier dus eerder kort door de bocht. De capacitieve verhouding schommelt rond een gemiddelde waard van 0,41. Op Figuur 8-16 staan ook de marge van een 3%en 6%-nauwkeurigheid op de relatieve vochtigheid. Bij een nauwkeurigheid van ±3% kan het verschil tussen de extractie- en pulsie-effectiviteit als beduidend worden aanzien. Het springt in het
Figuur 8-15: Vochtigheden van de ventilatiestromen tegen de rechteras en verloop van de effectiviteiten tegen de linkeras
Figuur 8-16: Capacitieve verhouding op basis van de latente effectiviteiten uitgezet in de tijd | 109
oog dat wanneer de marge dubbel zo groot wordt als de technische fiche vermeldt, bijvoorbeeld door een drift in de loop der jaren, de capacitieve verhouding rond de optimale waarde van 100% kan fluctueren. Dit betekent dat de vaststelling van een verschil in effectiviteiten in het slechtste geval toegeschreven kan worden aan meetfouten van de loggers. Deze opmerking moet meegenomen worden bij het interpreteren van onderstaande conclusies. Tegelijkertijd bestaat het sterke vermoeden dat het verschil in effectiviteiten wel degelijk haar oorzaak vindt in een fout in de luchtbehandelingkast, aangezien bij de temperaturen een gelijkaardige vaststelling werd gedaan. Door de conclusies uit het onderzoek van de vochtgehaltes naast die van de temperaturen te leggen, kunnen mogelijks een aantal hypothetische oorzaken uitgesloten worden. Deze synthese gebeurt verderop in 8.2.2 Luchtlekkage.
men tal van andere eigenschappen aflezen, bijvoorbeeld de enthalpie van de lucht, de waterdampfractie en de heersende dampdruk. De verzadigingslijn begrenst de grafiek: hier bereikt de lucht haar maximale vochtigheid. Op basis van deze lijn kunnen onder meer de verzadigingsdampdruk en het dauwpunt afgelezen worden, wat het mogelijk maakt om eventuele condensatieproblemen in te schatten. In essentie laat het Mollierdiagram een visuele weergave zien van de formules aan het begin van deze paragraaf, aangevuld met volgende formule voor enthalpie h [kJ/kg]:
b. Het Mollierdiagram Aangezien er bij de latente warmteoverdacht ook vier stromen betrokken zijn, er twee verschillende effectiviteiten kunnen berekend worden en de capacitieve verhouding voor handen is, kan volkomen dezelfde methodologie als bij het voelbaar rendement toegepast worden en kunnen gelijkaardige redeneringen doorgetrokken worden. Deze methode werd reeds uitgebreid uitgewerkt. Daarom wordt er hier niet dieper op ingegaan. Een ander nuttig werkinstrument blijkt het Mollierdiagram te zijn. In dit psychometrisch diagram kunnen de eigenschappen uitgezet worden van lucht waarin zich waterdamp bevindt. Aan de hand van twee eigenschappen, bijvoorbeeld temperatuur en relatieve vochtigheid, kan een punt in het diagram uitgezet worden en kan
110 |
Het diagram zegt dus zowel iets over de temperatuur als over het vochtgehalte van de lucht. Vele afgeleide luchteigenschappen zijn onlosmakelijk verbonden met beide factoren. Zo kan de warmteinhoud van de lucht, de enthalpie, enkel bepaald worden als beide parameters gekend zijn. Aangezien de paragraaf 8.2.1.1 Voelbaar rendement het temperatuuraspect reeds zeer nadrukkelijk uitspit, gaat de focus bij de studie van deze Mollierdiagrammen voornamelijk uit naar de vochteigenschappen van de lucht. Met de gevolgen van debietverschillen wordt hier geen rekening gehouden.
Iedere stroom wordt op ieder tijdstip gekenmerkt door een temperatuur en een relatieve vochtigheid en kan dus als een punt in het Mollierdiagram worden uitgezet. In tegenstelling tot wat de figuren in voorgaande paragraaf tonen, is dit een meer statische methode: om een leesbaar diagram te krijgen, moet ieder tijdstip afzonderlijk worden bekeken. Op die manier bevat ieder Mollierdiagram telkens vier punten die de eigenschappen weergeven van elke luchtstroom op hetzelfde tijdstip. In luchtgroep B/C gebeurde er iedere vijf minuten een meting, wat tot een enorm aantal diagrammen zou leiden. De keuze van enkele in het oog springende momenten kan echter al voldoende zijn om mogelijke problemen te ontdekken. In Bijlage C, Mollierdiagrammen zijn een drietal Mollierdiagrammen uitgetekend voor drie verschillende periodes: bij een minimale buitentemperatuur op 12 januari 2014, 6u00, bij een maximale buitentemperatuur op 6 januari 2014, 14u30, en bij een meer gematigde situatie op 16 februari 2014, 16u00.
Aan de hand van een visuele inspectie kan snel een inschatting gemaakt worden van de verhouding van de voelbare en latente effectiviteiten en van hun verhoudingen ten opzicht van elkaar. Figuur 8-17 a en b tonen hoe de horizontale en verticale afstanden tussen de punten respectievelijk de latente en voelbare effectiviteiten weergeven. Deze twee effectiviteiten geven samen een beeld van de hoeveelheid energie die de toevoerstroom wint en de extractiestroom verliest. De enthalpieverandering Δh in Figuur 8-17 c toont hoeveel joule iedere kilogram luchtstroom wint of verliest. Volgens de wet van behoud van energie moet de diagonale afstand volgens de enthalpieas tussen het extractie- en afvoerpunt gelijk zijn aan de diagonale afstand tussen het toevoer- en pulsiepunt, zie Figuur 8-17 c. De energie die de extractiestroom verliest moet immers gelijk zijn aan de energie die de pulsiestroom wint. Wanneer geen condensatie optreedt, kan de wet van energiebehoud ook doorgetrokken naar de temperaturen: in een
Figuur 8-17: Schematische voorstelling van de verschillende effectiviteiten in het Mollierdiagram | 111
geïsoleerd systeem moet de verticale afstand tussen het extractieen de afvoerpunt gelijk zijn aan de verticale afstand tussen het toevoer- en pulsiepunt, zie Figuur 8-17 a. Omwille van de wet van behoud van massa moet de horizontale afstand tussen het toevoer- en pulsiepunt gelijk zijn aan de horizontale afstand tussen het extractie- en afvoerpunt, zie Figuur 8-17 b. De waterdamp die de pulsielucht wint, moet immers gelijk zijn aan de waterdamp die de extractielucht verliest. Er kan geen vocht in het niets verdwijnen. Deze twee behoudswetten hebben als direct gevolg dat in theorie de hellingen en de lengtes van de pulsiestroom en de extractiestroom identiek moeten zijn, althans wanneer geen condensatie optreedt.
Uit de meetdata van de gelogde periode lijkt er zich op het eerste zicht geen condensatie te hebben voorgedaan. Het risico op condensatie is het grootst bij zeer koude temperaturen, wat door de zachte temperaturen in de winter van 2014 nooit echt het geval was. Hoewel volgens de productfiche de condenshoeveelheid zelfs in de winter 0,0 kg/h bedraagt, maken de technische gegevens wel melding van een relatieve vochtigheid in de afvoerlucht van 99% bij een buitentemperatuur van -10°C. Een zéér nipte marge. Door de zachte weersomstandigheden in de periode dat deze analyse tot stand kwam, is het niet mogelijk dit verder te onderzoeken. Toch is het belangrijk om ook in de toekomst oog te hebben voor eventuele condensatievorming bij koude temperaturen. De Mollier-
Figuur 8-18: Schematische voorstelling van de verschillende effectiviteiten in het Mollierdiagram
112 |
diagrammen voor de ontwerpsituatie in zomer- en winterklimaat, zoals vermeld in de productgegevens, zijn daarom ook te vinden in Bijlage C, Mollierdiagrammen. Ondanks het uitblijven van condensatie zijn deze hellingen in de reële situaties die in het Mollierdiagram zijn uitgezet niet gelijk: de pulsiestroom verloopt zowel bij koude, middelmatige als warme buitentemperatuur minder stijl dan de extractiestroom en is bovendien iedere keer een stuk langer. Als ervan uitgegaan wordt dat het warmtewiel naar behoren werkt, zijn er hypothetisch vier afzonderlijke verklaringen voor dit fenomeen mogelijk. Deze vier mogelijkheden worden geïllustreerd in Figuur 8-18, die gebaseerd is op het Mollierdiagram van 12 januari 2014 om 6u00 in de ochtend. De verschillende eigenschappen van de vier luchtstromen op dat moment zijn in onderstaande tabel opgelijst, met in het zwart de gemeten data en in grijswaarde de berekende waarden. De analyse steunt op de aannames over de omgevingstemperatuur zoals in 8.2.1.1 Voelbaar rendement vermeld. De absolute vochtigheid ρv [g/m³] in de technische ruimte zal bij benadering gelijk zijn aan die van de buitenomgeving.
Situatie 1 In een eerste mogelijkheid is de anomalie ontstaan doordat het pulsiepunt oorspronkelijk meer naar links, omwille van de massawet, en meer omlaag, omwille van de energiewet, stond. Dat zou betekenen dat de pulsielucht over de afstand tussen het warmtewiel en de logger meer waterdamp is gaan bevatten en is opgewarmd. Aangezien de omgevingstemperatuur lager ligt dan de pulsietemperatuur en ook minder waterdamp bevat is deze situatie enkel mogelijk indien de extractielucht, de vochtigste en warmste van de vier stromen, zich rechtstreeks is gaan vermengen met de pulsielucht, ten gevolge van een kortsluiting net voor het warmtewiel. In dit geval bedraagt de voelbare effectiviteit 63,4% en de latente effectiviteit 57,8%. Ongeveer 62% van de energie wordt overgedragen van de extractie- op de pulsielucht.
θ [°C]
ρv [g/m³]
φ [-]
psat [Pa]
p [Pa]
θD [°C]
x [g/kg]
h [kJ/kg]
hvoel / hlat [kJ/kg]
TOE
0,56
4,6
0,90
636
582
-0,67
3,6
9,5
0,6 / 9,0
PUL
17,95
9,6
0,63
2061
1291
10,73
8,0
38,4
18,3 / 20,0
εpul
89,4%
97,8%
93%
EXT
20,02
9,6
0,55
2346
1300
10,83
8,1
40,6
20,4 / 20,2
AFV
7,68
6,9
0,85
1051
895
5,36
5,5
21,6
7,8 / 13,8
57,8%
61%
εext
63,4%
Tabel 8-1: De gemeten eigenschappen van de ventilatiestromen op 12 januari 2014, 6u00 | 113
Situatie 2 De tweede mogelijkheid houdt in dat de oorspronkelijke positie van het gemeten extractiepunt, i.e. aan het warmtewiel, meer naar rechts (massawet) en meer omhoog (energiewet) stond. Om van de meetwaarde naar de waarde aan het warmtewiel te evolueren moet de extractielucht dus 5°C opgewarmd en 2,3 g/m³ bevochtigd worden in haar weg van de logger naar de warmtewisselaar. Aangezien de extractielucht reeds de warmste en meest vochtige van alle stromen is, zal deze situatie zich onmogelijk kunnen voordoen door vermenging met een andere stroom, zowel door interne als externe lekkage.
Situatie 3 De oorzaak van de stijlere pulsiestroom kan ook bij de koude temperaturen gezocht worden. Als de pulsiestroom aan het warmtewiel in werkelijkheid stijler verloopt en bovendien korter is, dan moeten de gemeten eigenschappen van de toevoerlucht verschillen van die ter hoogte van de rotor. Het toevoerpunt moet zich dus oorspronkelijk meer naar rechts (massawet) en meer omhoog (energiewet) bevonden hebben. Dat zou betekenen dat de toevoerlucht in haar tocht richting het warmtewiel is opgewarmd en meer waterdamp is gaan bevatten. Op basis van de vooronderstellingen omtrent de omgeving is het twijfelachtig dat dit fenomeen veroorzaakt zou worden door lucht uit de technische ruimte: deze is wel warmer maar bevat nauwelijks meer vocht dan de toevoerlucht. De warmere en vochtigere afvoerlucht zou deze evolutie wel kunnen veroorzaken. Door een lek net voor het warmtewiel is rechtstreekse recirculatie van de afvoerlucht mogelijk. Deze opwarming van 5°C en bevochtiging met 2,3 g/m³
114 |
stelt het latente rendement op 96%, wat erg twijfelachtig is. Bovendien ontstaat hier een zeer groot condensatierisico: aan het warmtewiel komt de dampdruk p zeer dicht in de buurt van de verzadigingsdruk. Als de temperatuur met slechts 0,57°C daalt, zal er zich condensatie op de rotor vormen. Indien deze situatie de voornaamste oorzaak van de afwijking in het Mollierdiagram is, moet de lekkage dringend worden hersteld. De luchtbehandelingkast is immers niet voorzien op condensvorming en wanneer er zich bij koude temperaturen vocht begint op te stapelen, kan dit aanleiding geven tot het ontstaan van schimmels of ander ongewenst leven.
Situatie 4 Daar tegenover staat dat niet de pulsiestroom in werkelijkheid stijler verloopt, maar dat de extractiestroom een minder stijl en langer verloop kent in het Mollierdiagram. Daarvoor moet het punt dat de eigenschappen van de afvoerlucht weergeeft oorspronkelijk meer naar links (massawet) en meer omlaag (energiewet) staan. Tijdens de beweging vanuit het warmtewiel naar de logger moet de afvoerlucht dus opgewarmd en bevochtigd worden. Doordat de omgevingstemperatuur voor de luchtgroep B/C waarschijnlijk hoger ligt dan de afvoertemperatuur, is opwarming mogelijk maar vermoedelijk is de lucht in de technische ruimte nauwelijks vochtiger dan de afvoerlucht. Bovendien toon het Mollierdiagram van 12 januari 2014 om 6u00 dat in die concrete situatie het warmtewiel quasi alle toekomende waterdamp overdraagt van de extractie- naar de pulsiestroom. Het lijkt dus weinig realistisch dat dit de enige oorzaak zou zijn.
θ [°C]
ρv [g/m³]
φ [-]
psat [Pa]
p [Pa]
θD [°C]
x [g/kg]
h [kJ/kg]
hvoel / hlat [kJ/kg]
TOE
0,56
4,6
0,90
636
582
-0,67
3,6
9,5
0,6 / 9,0
PUL
12,90
7,6
0,67
1490
1004
7,02
6,2
28,7
13,1 / 15,5
εpul
63,4%
57,8%
62%
EXT
20,02
9,6
0,55
2346
1300
10,83
8,1
40,6
20,4 / 20,2
AFV
7,68
6,9
0,85
1051
895
5,36
5,5
21,6
7,8 / 13,8
57,8%
61%
εext
63,4%
θ [°C]
ρv [g/m³]
φ [-]
psat [Pa]
p [Pa]
θD [°C]
x [g/kg]
h [kJ/kg]
hvoel / hlat [kJ/kg]
TOE
0,56
4,6
0,90
636
582
-0,67
3,6
9,5
0,6 / 9,0
PUL
17,95
9,6
0,63
2061
1291
10,73
8,0
38,4
18,3 / 20,0
εpul
71,0%
69,8%
71%
EXT
25,07
11,5
0,50
3187
1584
13,84
9,9
50,4
25,7 / 24,7
AFV
7,68
6,9
0,85
1051
895
5,36
5,5
21,6
7,8 / 13,8
69,8%
70%
εext
71,0%
Tabel 8-2: Aangepaste eigenschappen voor situatie 1
Tabel 8-3: Aangepaste eigenschappen voor situatie 2
| 115
Tabel 8-4: Aangepaste eigenschappen voor situatie 3
Tabel 8-5: Aangepaste eigenschappen voor situatie 1
116 |
θ [°C]
ρv [g/m³]
φ [-]
psat [Pa]
p [Pa]
θD [°C]
x [g/kg]
h [kJ/kg]
hvoel / hlat [kJ/kg]
TOE
5,61
6,8
0,96
911
876
5,04
5,4
19,2
5,7 / 13,5
PUL
17,95
9,6
0,63
2061
1291
10,73
8,0
38,4
18,3 / 20,0
εpul
85,6%
96,3%
90%
EXT
20,02
9,6
0,55
2346
1300
10,83
8,1
40,6
20,4 / 20,2
AFV
7,68
6,9
0,85
1051
895
5,36
5,5
21,6
7,8 / 13,8
96,3%
89%
εext
85,6%
θ [°C]
ρv [g/m³]
φ [-]
psat [Pa]
p [Pa]
θD [°C]
x [g/kg]
h [kJ/kg]
hvoel / hlat [kJ/kg]
TOE
0,56
4,6
0,90
636
582
-0,67
3,6
9,5
0,6 / 9,0
PUL
17,95
9,6
0,63
2061
1291
10,73
8,0
38,4
18,3 / 20,0
εpul
89,4%
97,8%
93%
EXT
20,02
9,6
0,55
2346
1300
10,83
8,1
40,6
20,4 / 20,2
AFV
2,63
4,7
0,81
739
599
-0,28
3,7
11,9
2,7 / 9,2
97,8%
92%
εext
89,4%
8.2.2 Luchtlekkage In voorgaande paragrafen werden op basis een aantal vaststellingen verschillende conclusies geformuleerd omtrent luchtlekkage als oorzaak van deze fenomenen. Zowel interne lekkage binnen de luchtgroep als externe lekkage vanuit de omgeving kwamen als mogelijke oorzaken aan de oppervlakte. Binnen deze problematiek van luchtlekkage zijn er heel wat mogelijkheden. Deze worden allen opgelijst in Tabel 8-7. Iedere mogelijkheid in de linkerkolom wordt afgetoetst aan de conclusies van de waargenomen fenomenen, die in de eerste rij opgelijst staan. De vastgestelde fenomenen kunnen als volgt opgedeeld worden:
θ ≠ θ*: de gemeten temperatuur is niet gelijk aan temperatuur aan het warmtewiel (zie 8.2.1.1a Pulsie- versus extractierendement, situatie 1)
Cext ≠ Cpul, Vext = Vpul: de capacitieve debieten zijn niet gelijk terwijl de pulsie- en extractiedebieten wel hetzelfde zijn zodat evenveel lucht naar de woningen wordt gestuurd als er opnieuw aangezogen wordt (zie 8.2.1.1a Pulsie- versus extractierendement, situatie 2)
Cext ≠ Cpul, Vafv = Vpul: de capacitieve debieten zijn niet gelijk ondanks dat de pulsie- en extractieventilatoren eenzelfde debiet vooruit stuwen zodat er mogelijks beperkte drukverschillen in de appartementen kunnen ontstaan (zie 8.2.1.1a Pulsie- versus extractierendement, situatie 2)
ε i.f.v. θ: de effectiviteit varieert in functie van de buitentemperatuur (zie 8.2.1.1c Effectiviteit i.f.v. de buitentemperatuur)
ρ ≠ ρ*: de gemeten vochtigheid is niet gelijk aan de vochtigheid aan het warmtewiel op basis van de Mollierdiagrammen (zie 8.2.1.2b Het Mollierdiagram).
Wanneer geen uitspraak van de invloed van het fenomeen op de optie kan gebeuren of wanneer de conclusie de optie niet versterkt noch tegenspreekt, krijgt het een label ‘0’ in de tabel. Wanneer het waargenomen fenomeen de mogelijkheid eerder tegenspreekt, staat een ‘-‘ in de tabel. Omgekeerd, als het fenomeen bevestigt dat het door de betreffende optie veroorzaakt kan worden, wordt een ‘+’ gebruikt. Iedere optie wordt ondersteund door een figuur in de tabel, afgeleid van Figuur 8-19 hieronder.
Figuur 8-19: Basisschema van de luchtstromen
| 117
Om de samenvattende tabel ietwat bevattelijker te maken is een uitgewerkt voorbeeld op zijn plaats. Neem bij wijze van voorbeeld de eerste optie bij interne lekkage waarbij een lekdebiet de vervuilde lucht van de extractiestroom rechtstreeks vermengt met de verse pulsielucht. Deze situatie warmt de pulsielucht die aan het warmtewiel vertrekt (θpul) op zodat aan de logger een hogere temperatuur (θ*pul) wordt gemeten. In navolging van de gedachtegang in 8.2.1.1a Pulsie- versus extractierendement, situatie 1 komt hier een ‘+’. In diezelfde paragraaf, bij situatie 2, bleek dat het capacitief debiet in de retoursectie hoger moet liggen dan het capacitief debiet in de toevoersectie. Wanneer extractie- en pulsiedebiet gelijk zijn, zijn de capcitieve debieten ter hoogte van het warmtewiel gelijk. Dit bevestigt noch ontkrachtigt deze eerste optie, vandaar het label ‘0’. Echter wanneer de ventilatoren eenzelfde debiet lucht vooruit stuwen zal in deze situatie C ext hoger liggen dan Cpul, dus een ‘+’. In de derde situatie van 8.2.1.1c Effectiviteit i.f.v. de buitentemperatuur werd besloten dat de pulsielucht moet opwarmen tussen het warmtewiel en de logger maar daarbij een stijlere hellingsgraad moet krijgen, wat niet gebeurt door het lekdebiet vanuit de extractielucht. Vandaar een ‘-‘. Tot slot concludeerden de Mollierdiagrammen dat de pulsielucht bevochtigd moest worden, wat inderdaad gebeurt als het zich met extractielucht vermengt. Vandaar de ‘+’ in de laatste kolom van de tabel.
118 |
OPTIE
θ ≠ θ*
CEXT ≠ CPUL
ε I.F.V. θ
ρ ≠ ρ*
+
-
+
0
+
-
+
-
0
-
+
-
-
0
-
+
-
VEXT = VPUL
VAFV = VPUL
+
0
+
INTERNE LEKKAGE
| 119
OPTIE
θ ≠ θ*
CEXT ≠ CPUL
ε I.F.V. θ
ρ ≠ ρ*
0
+
-
+
0
0
0
+
0
0
-
0
0
0
0
0
0
VEXT = VPUL
VAFV = VPUL
-
+
0
EXTERNE LEKKAGE T.H.V. EXTRACTIE
EXTERNE LEKKAGE T.H.V. TOEVOER
120 |
OPTIE
θ ≠ θ*
CEXT ≠ CPUL
ε I.F.V. θ
ρ ≠ ρ*
+
+
-
+
+
0
0
-
-
0
0
VEXT = VPUL
VAFV = VPUL
-
+
0
0
EXTERNE LEKKAGE T.H.V. PULSIE
| 121
OPTIE
θ ≠ θ*
CEXT ≠ CPUL
ε I.F.V. θ
ρ ≠ ρ*
-
-
-
0
-
0
0
0
+
0
0
VEXT = VPUL
VAFV = VPUL
+
0
0
0
EXTERNE LEKKAGE T.H.V. AFVOER
Tabel 8-7: Opsomming van de pro’s en contra’s van iedere mogelijkheid van lekkage
122 |
Deze tabel pretendeert niet een sluitende oplossing te bieden. Daarvoor oefenen teveel factoren een invloed uit op de reële situatie. Inderdaad, er is geen enkele rij waarbij enkel positieve of neutrale labels genoteerd staan. Dit bevestigt het eerder geformuleerde vermoeden: de waargenomen fenomenen zijn vermoedelijk een combinatie van factoren. De tabel kan een CxA wel begeleiden in het zoeken naar de mogelijke fout. Voor luchtgroep B/C zou men best de interne lekkage ter hoogte van het warmtewiel van de extractie- naar de pulsielucht en van de afvoer- naar de toevoerlucht als eerste onderzoeken. Op vlak van externe lekkage steekt de mogelijkheid waarbij lucht net na de logger in de pulsiesectie de luchtgroep binnendringt erboven uit. Mogelijks door een onzorgvuldige kierdichting wordt hier buitenlucht aangezogen. Let ook op de opdeling van het fenomeen Cext ≠ Cpul in twee deelfenomenen. Omdat geen data over de debieten beschikbaar zijn, werden de opties open gelaten. Het toevoegen van extra monitoringapparatuur zou hier een duidelijke stap vooruit betekenen. Ook het opmeten van CO2-concentraties zou de CxA veel kunnen bijleren over het vermengen van luchtstromen. Hierover is geen data beschikbaar. 8.2.3 Luchtgroepen A en D Na het uitgebreide onderzoek van de luchtbehandelingskast in dienst van appartementsblokken B en C, lijkt ook een beknopte studie van de ventilatoren van blok A en van blok D op zijn plaats. Ook hier werden vier meettoestelen in iedere luchtgroep aangebracht gedurende een periode van een elftal weken. De analyse begint opnieuw met de meest eenvoudige controle: het berekenen van de effectiviteit op ieder tijdstip. In Figuur 8-20 werden alle vier de metingen in een tijdreeksdiagram geplaatst, evenals de pulsie- en
extractie-effectiviteiten. De lage resultaten van deze laatste twee springen daarbij onmiddellijk in het oog: εext schommelt rond 19% en εpul zelfs slechts rond 7,6%. Deze ongelooflijk lage resultaten doen vermoeden dat de rotor gedurende de logperiode heeft stil gestaan. Inderdaad, de pulsietemperatuur verschilt nauwelijks van de toevoertemperatuur. Het verlangen om dit nogmaals dubbel te checken dankzij de geïntegreerde meetapparatuur van het monitoringsysteem werd niet ingelost: doordat de geïnstalleerde loggers niet aangesloten bleken via bedrading aan het seriële M-bus systeem was afstandsuitlezing van deze specifieke data niet mogelijk. Toch stijgt de pulsietemperatuur een weinig boven de toevoer uit. Indien we een eventuele meetonnauwkeurigheid buiten beschouwing laten, is de enige reden om dit fenomeen te verklaren vermoedelijk te vinden bij de transmissieverliezen binnen de ventilator waardoor de warmte in de retoursectie toch in beperkte mate werd overgedragen aan de toevoersectie. De temperatuur van de afvoerlucht ligt dan weer veel verder van de extractiestroom vandaan. Een deel van zijn warmte zal hij overdragen op de pulsiestroom maar een deel van de warmte zal hij daarnaast verliezen aan de buitenomgeving. Bijvoorbeeld toont Figuur 8-20 hoe de buitentemperatuur op 7 januari een sprong maakt van 4°C naar 15°C. Op dat moment wordt de tussenafstand tussen de extractie- en afvoerstroom wat kleiner. De algemene trend van de extractie-effectiviteit stijgt eveneens op datzelfde moment. Luchtgroep A staat immers in op het dak van blok A en bevindt zich dus in buitenklimaat. De pulsiestroom zal door haar lage temperatuur nauwelijks warmte afstaan aan de buitenomgeving. Medio mei 2014 werd het warmtewiel van blok A hersteld. Er bleken enkele draadjes verkeerd verbonden te zijn. Op dat moment had het geen zin meer om de werking van dat warmtewiel nog na te gaan, aangezien het toen | 123
Figuur 8-20: Temperatuurverlopen van de luchtstromen van luchtgroep A tegen de rechteras en verloop van de effectiviteiten tegen de linkeras
Figuur 8-21: Trendlijnen voor de pulsie-effectiviteit, de extractie-effectiviteit en de capacitieve verhouding voor luchtgroep A 124 |
Figuur 8-22: Temperatuurverlopen van de luchtstromen van luchtgroep D tegen de rechteras en verloop van de effectiviteiten tegen de linkeras reeds warm genoeg was om de bypassregeling in te schakelen. Pas volgende winterperiode, wanneer de temperaturen opnieuw voldoende zakken, kan men zich ook op de werking van dit warmtewiel focussen. De verrassing is groot wanneer dankzij Figuur 8-22 ook voor luchtgroep D een zelfde vaststelling wordt gedaan: de pulsietemperatuur ligt nauwelijks hoger dan de toevoertemperatuur en het verloop beide effectiviteiten varieert sterk maar is globaal heel erg laag. Ook hier is het warmtewiel niet in werking getreden tijdens de periode waarin meetresultaten beschikbaar zijn. Net zoals Figuur 8-21
voor blok A toont, geldt ook hier dat de verhouding van het capacitief extractiedebiet op het capacitief pulsiedebiet boven het optimum van 1 ligt. Dit in tegenstelling tot diezelfde verhouding voor luchtgroep B/C die in Figuur 8-8 onder het optimum ligt. De extractie-effectiviteit ligt bij luchtgroepen A en D immers boven de pulsie-effectiviteit omwille van de grotere afstand tussen afvoer- en extractietemperatuur dan tussen de pulsie- en toevoertemperatuur. Bij luchtgroep B/C was dit niet het geval. Hoe dan ook is het weinig zinvol om deze capacitieve debieten verder te bestuderen aangezien het warmtewiel niet gewerkt heeft. | 125
Ondanks de teleurstelling van het gebrek aan informatie over de werking van de warmtewielen in blok A en D en ondanks de grote opportuniteit tot energiebesparing die door dit defect verloren is gegaan, geeft ook dit malfunctioneren een waardevolle bijdrage in dit onderzoek. Deze situatie geeft een beeld van hoe het ventilatiesysteem functioneert zonder de recuperatie van warmte, terwijl de loggers op min of meer dezelfde afstand van het warmtewiel opgehangen zijn. De voorgaande aanname in 8.2.1 Luchtgroep B/C dat de transmissieverliezen vrijwel verwaarloosbaar zijn ten opzichte van de grote hoeveelheid warmte die wordt overgedragen dankzij het warmtewiel is iets te kort door de bocht. De resultaten in deze paragraaf tonen aan dat de warmte zich niet enkel via het warmtewiel verplaatst en dat hier zeker ook rekening mee moet gehouden worden bij de analyse. Dit wil niet zeggen dat de conclusies over luchtgroep B/C niet waardevol zijn, in tegendeel: de vastgestelde problematiek aldaar is te groot om louter door transmissieverliezen verklaard te worden. Het kadert wel de gevolgen van het feit dat de loggers op een afstand van het warmtewiel zijn geplaatst en die invloed zorgt ervoor dat het probleem minder dramatisch hoeft te zijn dan eerst gedacht. 8.2.4 Beschouwing 8.2.4.1 Meetapparatuur Zoals reeds herhaaldelijk aangehaald, werden voor dit onderzoek vier loggers in de luchtbehandelingkast geplaatst. Na het uitgebreide onderzoek in de paragrafen hiervoor blijft enkel de vraag nog over hoe belangrijk elk van die meters zijn. De hoeveelheid aan gemonitorde parameters heeft immers een belangrijke invloed op het ambitieniveau van het commissioningproces. Iedere bijkomende logger betekent
126 |
immers een meerkost, niet enkel op vlak van installatie maar ook wat de opvolging en de verwerking van de data betreft. Wat zijn de belangrijkste te loggen variabelen om een minimaal systeemcontrole uit te voeren en welke parameters komen beter pas in het vizier wanneer men een uitgebreidere commissioning tot doel heeft? Maar ook: welke meetapparatuur was voor deze analyse niet voor handen maar had vermoedelijk een belangrijke meerwaarde betekend? Van de vier gemeten temperaturen is die van de pulsiestroom zonder twijfel de meest cruciale. Haar temperatuurverloop geeft een sterke indicatie of de ventilatielucht aan een comfortabele temperatuur in de appartementen zal geblazen worden. Om na te gaan of het warmtewiel functioneert, kan voor de vrij constante extractietemperatuur een vaste waarde van 20°C aangenomen worden. Het onderzoek heeft ook aangetoond dat de toevoertemperatuur vrij goed benaderd kan worden door de buitentemperatuur. Wanneer één buitenlogger aanwezig is, bijvoorbeeld in het klimaatstation, kan voor de toevoertemperatuur van de verschillende luchtgroepen een vrij accurate inschatting gemaakt worden. Met enkel deze twee meettoestellen weet men of het warmtewiel al dan niet draait, wat op zich een belangrijke controle is vanwege de grote impact ervan op het energieverbruik. Het achterhalen van de pulsie-effectiviteit is met deze twee toestellen mogelijk, mits een vrij grote foutenmarge. In het bijzonder een temperatuurlogger in de extractiesectie zal nodig zijn om de nauwkeurigheid op te drijven en de gemeten effectiviteit te vergelijken met die in de productfiche. Door die effectiviteit uit te zetten in functie van de buitentemperatuur, kan mogelijks al een eerste indicatie in verband met luchtlekkage gegeven worden. Wenst men een stap verder te gaan en de twee effectiviteiten met elkaar te vergelijken, pas dan zal het opmeten van de afvoertemperatuur interessant
worden. Met alle vier de loggers kan men de verhouding van de capacitieve debieten bepalen en komt men tot een diepgaande analyse als hierboven. Deze analyse van de luchtlekkage is zeer boeiend maar slechts secundair ten opzicht van de verificatie van de werking van het warmtewiel. In deze analyse kon iedere logger ook de relatieve vochtigheid van de lucht opmeten. Deze metingen zijn onderhevig aan grotere onzekerheden en daarom minder bepalend dan het loggen van de temperaturen. Bovendien is de kans op problemen met de vochtbalans heel wat kleiner. Het voorzien van een vochtigheidsmeter wordt pas interessant men een stap verder wil gaan dan een oppervlakkige commissioning. Hij wordt pas echt interessant wanneer de twee effectiviteiten met elkaar vergeleken worden en wanneer men meer informatie over de latente warmteoverdracht wenst te verzamelen. Wat voor deze analyse in de eerste plaats ontbrak, was informatie over de gegenereerde debieten in de luchtgroepen. Vooral in de pulsiesectie is zo’n meting belangrijk. Samen met de quality assurance test van de ventilatiekanalen die plaats heeft gevonden kan op die manier een goede inschatting gemaakt worden of alle appartementen voldoende debiet aan verse lucht zullen ontvangen. Het is een brutere, maar eenvoudigere methode dan de debieten in ieder afzonderlijk appartement na te gaan, zie verder in 8.3.1 Debieten. Een bijkomende debietmeting op de plaats waar de extractielucht de luchtgroep binnentreedt, of beter nog: vlakbij het warmtewiel, zou een diepteanalyse heel wat vooruithelpen, bijvoorbeeld voor het samenstellen van een tabel als die in 8.2.2 Luchtlekkage. Tot slot nog een vermelding voor de CO2-concentraties, waarvan in deze gevalstudie eveneens geen informatie beschikbaar is. Vooral het aantal CO2-partikels in de pulsielucht is een interessante variabele om
op te volgen. Dit vertelt immers veel of het ventilatiesysteem een goede kwaliteit, i.e. een gezonde lucht zonder eventuele geurproblemen, te garanderen. Aangezien de het Belgische milieu op dit moment een vrij constante concentratie van 390 ppm heeft, kunnen grote problemen met de luchtkwaliteit ten gevolge van interne lekkage of een kortsluiting aan de afblaas- en aanzuigroosters gealarmeerd worden. De installaties van deze CO2-meters in de andere secties wordt pas zinvol wanneer men een diepgaande analyse van de luchtlekkage in de luchtgroep wenst te maken. Dit onderzoek is echter secundair aan het controleren of het warmtewiel operationeel werkt en of het ventilatiesysteem haar functie vervult, namelijk een gezond binnenklimaat garanderen. 8.2.4.2 Impact op verbruik en temperatuur Het stilstaan van het warmtewiel zal zonder twijfel een grote impact op de energievraag van de woningen hebben. De ventilatieverliezen zouden wel eens drastisch hoger kunnen liggen en aangezien zij reeds een belangrijk deel in de totale energievraag van deze goed geïsoleerde woningen vormen, zal het totale energieverbruik merkbaar toenemen zonder deze warmteterugwinning. Ook op vlak van comfort zouden problemen kunnen ontstaan. Bij ontwerpberekeningen werd geopteerd om het rendement van de uiteindelijke warmterecuperatie op de ventilatielucht niet hoger dan 60% te nemen, omwille van verliezen eigen aan het verdeelnetwerk van de ventilatielucht. Gelukkig lagen de temperaturen vrij hoog in de zachte winter van 2014, zodat het meerverbruik en discomfort in de reële situatie niet al te problematisch waren. De simulaties uitgevoerd om een beeld te krijgen van het meerverbruik zullen hier uiteraard geen rekening mee houden; zij werken met een standaardklimaat volgens de meetdata in Ukkel. | 127
Na het simuleren van de verschillende combinaties woningtype insteltemperatuur blijkt dat de naverwarmingsbatterij quasi de volledige winter en een groot deel van de tussenseizoenen aan vol vermogen moet werken om de koude van de ventilatielucht te compenseren. Een enorme toename van het ventilatieverbruik is het logische gevolg. Op het moment waarop de opwarming van de lucht gelimiteerd wordt door het vermogen van de naverwarmingsbatterij moet de ruimteverwarming compenseren om de energievraag in balans te houden. Dus ook het verbruik voor ruimteverwarming zal een merkbare stijging ondervinden. Figuur 8-23 toont dat het aandeel van ruimteverwarming in de totale energievraag relatief gezien beduidend groter is geworden. In Tabel 8-8 verdubbelt in bijna alle gevallen het totale en ventilatieenergieverbruik door dit gebrek. Woningen van het type D met een temperatuur van 5°C springen daarbij in het oog, aangezien zij hier het ventilatieverbruik ‘slechts’ met 47% toeneemt. Maar bij woningen van het type D lag het verbruik voor ventilatie oorspronkelijk reeds erg hoog. Wanneer het warmtewiel niet werkt, moet de naverwarmingsbatterij bijna de hele tijd aan vol vermogen werken.
Figuur 8-23: Relatief verbruik in % per appartementstype per insteltemperatuur bij ε=0
128 |
Hierdoor is de toename met 47% de maximaal mogelijke toename. Het toestel kan gewoon niet meer energie leveren. Figuur 8-24 toont hoe de naverwarmingsbatterij ’s winters op volle toeren werkt om de buitenlucht ongeveer 8°C op te warmen en hoe ze zelfs ’s zomers nog een vermogen van meer dan 400 W moet leveren. Een zeer oncomfortabel koude lucht wordt in de woning geblazen. De rest van de energievraag moet ingevuld worden door de ruimteverwarming. Wanneer de thermostaat echter ingesteld staat op een setpunt van slechts 5°C zal de ruimteverwarming nooit in werking treden. Daarom zal de temperatuur in de woning ’s winters zeer laag liggen door het onvoldoende binnenbrengen van nieuwe warmte-energie. Figuur 8-26 toont hoe de temperaturen ’s winters ongeveer 4°C verschillen tussen een situatie met en zonder roterend warmtewiel. ’s Zomers is er uiteraard geen verschil aangezien in ontwerpomstandigheden de bypass op dat moment staat ingeschakeld. In tegenstelling tot de overige cellen in de tabel neemt bij de woning van het type C met een operatieve temperatuur van 27°C het aandeel van de ventilatie relatief veel meer toe dan het totale verbruik. Dit betekent niet dat het verbruik voor ruimteverwarming is afgenomen. Omdat die in de ontwerpsituatie reeds zeer hoog ligt, is de toename relatief beperkt. De naverwarming van de ventilatielucht lag oorspronkelijk vrij laag ten opzichte van andere woningen aangezien het kon rekenen op de recuperatie van heel wat warmte uit de zeer warme extractietemperatuur. Nu dit voordeel wegvalt, neemt het verbruik voor ventilatie veel meer toe dan bij de andere appartementen.
Figuur 8-24: Inblaastemperatuur en ventilatieverbruik tijdens een winterweek van een type C-appartement ingesteld op 5°C
Figuur 8-26: Temperaturen van een type C-appartement op 5°C 5°C
Type C Type D
19°C
+ 77,0%
Type A Type B
18°C
20°C
21°C
+ 98,6%
+ 71,9%
+ 72,3%
Figuur 8-25: Inblaastemperatuur en ventilatieverbruik tijdens een zomerweek van een type C-appartement ingesteld op 5°C
Figuur 8-27: Temperaturen van een type C-appartement op 5°C 22°C
23°C
+ 118,0%
+ 104,0%
+ 75,6%
+ 91,8%
+ 109,9%
+ 116,4%
+ 124,5%
+ 133,9%
+ 132,3%
+ 109,9%
+ 110,5%
+ 111,0%
+ 112,1%
+ 122,9%
+ 85,7%
+ 46,5%
27°C
+ 85,5%
+ 85,7%
+ 46,5%
24°C
+ 175,5%
+ 95,7% + 46,9%
Tabel 8-8: Overzichtstabel van het verbruik met ε van 0,6 naar 0 | 129
8.3.1 Debieten
8.3 VENTILATIEMONDEN Nu wordt de focus verschoven van de productie-eenheid naar de afgifte. Na een tocht door vele meters ventilatiekanalen komt de verse lucht toe in een individueel appartement. Alvorens het te verdelen over de slaapkamers en leefruimte, passeert ze voorbij de verwarmingsbatterij die de lucht opwarmt - indien nodig - tot een aangename inblaastemperatuur. Hieronder volgt eerst een overzicht van de uitgevoerde debietmetingen om vervolgens de temperatuursprofielen van de inblaaslucht van naderbij te bekijken.
Toevoerruimte Woonkamer
Om het energieverlies te beperken, is de installatie van een gecontroleerde ventilatie belangrijk. Dit betekent dat een evenwicht bestaat tussen voldoende en niet overmatig ventileren. Er is echter meer nodig dan louter het openzetten van vensters en deuren opdat een minimale ventilatie op een gecontroleerde manier in iedere woning voorzien wordt. Het openen van ramen is immers niet doeltreffend: naast het feit dat dit tot thermisch en akoestisch discomfort kan leiden, worden ramen meestal enkel geopend bij warm weer. De mogelijkheid van ramen is vooral belangrijk omwille van de psychologische impact, maar om energetische redenen wordt het meestal beter vermeden. Het kan dus zeker niet dienen als basisventilatie.
Minimaal debiet
Vrijblijvende beperking
Type A
Type B
Type C
Type D
75
150
125 / 130
130
120
140
40 / 30
45
40 / 30
50 / 40 / 40
25
72
Type C
Type D
25
25
Slaap- / speelkamer Studeerkamer
Afvoerruimte
-
Minimaal
Vrijblijvende
debiet
beperking
Type A
Type B
Keuken Badkamer
50 75
50
Was- / droogplaats
Tabel 8-9: Overzicht van de ventilatienorm en de ontwerpdebieten
130 |
Open keuken
75
WC
25
75 -
25
-
Daarom moet in iedere ruimte voortdurend voldoende verse lucht geblazen worden, hetzij rechtstreeks via de pulsiemonden hetzij onrechtstreeks via de spleten onder de deur vanuit de toevoerruimtes. De Vlaamse regelgeving legt in residentiële gebouwen een debiet van 3,6 m³/h voor iedere vierkante meter als algemene regel op. Hoewel het in deze kleine woningen overbodig is, is het ook toegelaten om het vereiste debiet te verdelen over meerdere openingen. Verder vermeldt de wetgeving ook een minimaal debiet waaraan voldaan moet zijn en een vrijblijvend maximum tot waar het debiet beperkt mag worden [54]. Tabel 8-9 lijst deze waarden op en geeft een overzicht van de vooropgestelde debieten in de verschillende appartementstypes van de Venningwijk. In de afvoerruimtes zijn de ontwerpdebieten overal hetzelfde en gelijk gesteld aan de minimale eis. In de toevoerruimtes is het ventilatieontwerp ambitieuzer: de toevoerdebieten liggen hoger dan de minimumwaarde. Hier zijn wel verschillen merkbaar tussen de verschillende types. Enerzijds omdat er een verschillend aantal slaapkamers aanwezig zijn, anderzijds om de massabalans van de ventilatie in evenwicht te brengen. Vreemd genoeg klopt dit laatste niet altijd: voor type A zijn er in het inregelrapport bijvoorbeeld twee verschillende waarden voor het debiet in de woonkamer voorgeschreven, zonder aanwijsbare reden. Ook in het type Cappartement is geen sprake van een ventilatiebalans in evenwicht. 8.3.1.1 Metingen Net als bij de blowerdoormetingen, zie 7.2.1 Luchtinfiltratie, werden debietmetingen uitgevoerd voordat de bewoners de appartementen betrokken. In het daarbij opgestelde inregelrapport lagen alle gemeten waarden net hoger dan de gevraagde. Om dezelfde redenen bij de blowerdoortesten werd besloten deze metingen, één jaar na de eerste
inregelmeting, opnieuw uit te voeren. Dit gebeurde voor iedere kamer in het appartement. Voor de manier waarop de meting werd uitgevoerd, kan de lezer terugbladeren naar 6.2.2.2 Uitgevoerde metingen. Daarbij ontbreken voor de berging telkens een meetresultaat. De reden hiervoor is de afvoermond die vrij in de ruimte hangt waardoor de debietmeter niet tegen een vlak oppervlak kan gedrukt worden. Een sluitende massabalans tussen pulsie- en extractiedebieten kan dus niet berekend worden. Het resultaat is erg teleurstellend: in tegenstelling tot het inregelrapport kwamen overal in de Venningwijk de gemeten debieten in de verste verte niet in de buurt van hun ontwerpdebiet. In dertien woningen werden één of twee metingen uitgevoerd, telkens met dezelfde vaststelling. Figuur 8-28 tot Figuur 8-30 tonen de resultaten van de uitgevoerde metingen voor een woning in blok A, C en D, die telkens als karakteristiek voor de andere appartementen in dat blok kunnen aanzien worden. Vooral in blok A liggen de debieten erg laag tijdens de eerste twee metingen. Blok C komt voor deze metingen als beste naar voren. De oorzaak van deze lage resultaten bleek het instellen van de luchtgroep op nachtstand omwille van lawaaihinder in de appartementen. Akoestische problemen vormen immers een van de voornaamste uitdagingen bij de installatie van een geïntegreerd ventilatiesysteem. Oorspronkelijk waren bij het ontwerp in iedere woning akoestische dempers voorzien. In de loop van het bouwproces werd beslist deze toch niet te installeren wegens plaatsgebrek, waardoor de gevoeligheid voor akoestische hinder sterk is toegenomen.
| 131
Figuur 8-28: Debieten in een woning van blok A
Figuur 8-30: Debieten in een woning van blok D
Norm
Blok B, niveau 3
44 Hz L
L
[m³/h]
[dB(A)]
[m³/h]
[dB(A)]
Leefruimte
135
35
120
41,5
Slaapkamer
40
30
33
38,5
Keuken
75
35
78
-
Badkamer
50
35
51
-
Tabel 8-10: Debiet- en geluidsmetingen op niveau 3 van blok B Figuur 8-29: Debieten in een woning van blok C
132 |
Omwille van comforteisen en omwille van de verantwoording die afgelegd moet worden naar Europa toe omwille van de participatie in het ECO-Life project, was een bijregeling op zijn plaats. Op 11 maart 2014 werd de frequentieregeling bij een test in blok B verhoogd van ca. 20 Hz, de nachtfrequentie, naar 37 Hz en vervolgens naar 44 Hz. Telkens werden debietmetingen en akoestische metingen op een tweetal meter afstand van de ventilatiemond uitgevoerd in twee appartementen van blok B. De resultaten zijn weergegeven in tabellen Tabel 8-10 en Tabel 8-11. Doordat de appartementen in kwestie geen deel uitmaken van de onderzochte steekproefpopulatie in dit werk, zijn helaas geen metingen bij een frequentie van 20 Hz beschikbaar. Het is duidelijk dat een bijregeling van de frequentiesturing tot hoger dan 44 Hz noodzakelijk is om in iedere ruimte aan de vooropgestelde debieteisen te voldoen. In dat geval ligt het geluidsniveau echter veel te hoog. In het bijzonder in het appartement op het gelijkvloers betekent dit een verdubbeling van het geluidsniveau (+ 10 dB(A)). In beide appartementen schommelt het geluidsvermogen ter hoogte van de naverwarmingsbatterij en ter hoogte van de brandklep, waar in beide richtingen een debiet van 175 m³/h lucht passeert, rond de 50 dB(A) bij een luchtgroepregeling van 44 Hz. Dit komt overeen met de
Blok B, gelijkvloers
Norm
waarneming van een constante luide stem [55]. Theoretisch zou dit slechts 35 dB(A) mogen zijn. Tijdens het bezoek aan de appartementen in kwestie bleek het akoestisch discomfort dat hiermee gepaard gaat absoluut niet leefbaar. Na deze test werd beslist de instellingen van de luchtgroep opnieuw te verlagen tot een dagregime van 32 Hz en een nachtregime van 20 Hz en op zoek te gaan naar een geschikte oplossing. Na deze bijregeling medio maart 2014 werden opnieuw debietmetingen uitgevoerd, deze keer in zestien appartementen. Ondanks dat het resultaat nog steeds ver beneden de normwaarde ligt, is er een duidelijke stijgende trend op te merken. In Figuur 8-28 tot Figuur 8-30 komt dit overeen met de donkergekleurde ‘Meting 3’, evenals in Figuur 8-31 tot Figuur 8-34 die alle resultaten van de twee belangrijke pulsie- en extractieruimtes naast elkaar leggen. Daaruit blijkt dat vooral de woningen in blok C, die voorheen reeds de beste resultaten boekten, profiteren van deze bijregeling. In de leefruimte halen de meesten nu een debiet van 75 m³/h en in de keuken haalt het merendeel de grens van 50 m³/h. In blok A schommelt het meetresultaat in de leefruimte slechts rond 40 m³/h en in de keuken haalt maar de helft van de metingen de 30 m³/h na de bijregeling.
37 Hz
44 Hz
V
L
V
L
V
L
[m³/h]
[dB(A)]
[m³/h]
[dB(A)]
[m³/h]
[dB(A)]
Leefruimte
135
35
116
-
147
43
Slaapkamer
40
30
26
34
34
40
Keuken
75
35
62
-
76
-
Badkamer
50
35
33
-
44
-
Tabel 8-11: Debiet- en geluidsmetingen op het gelijkvloers van blok B
| 133
Figuur 8-31: Overzicht van de debietmetingen in de leefruimte van de steekproefappartementen
Figuur 8-32: Overzicht van de debietmetingen in de keuken van de steekproefappartementen 134 |
Figuur 8-33: Overzicht van de debietmetingen in de slaapkamer van de steekproefappartementen
Figuur 8-34: Overzicht van de debietmetingen in de badkamer van de steekproefappartementen | 135
Aangezien de nieuwe debieten nog steeds niet in de buurt van de normwaarden liggen, werd ook na de eerste bijregeling verder gezocht naar een geschikt voorstel tot remediëring. Het plaatsen van een akoestische flexibel net voor de naverwarmingsbatterij werd getest en ook de installatie van een overspraakdemper werd overwogen. Hoewel deze flexibel door de bewoners als een minder esthetische oplossing worden ervaren, kan het mogelijk het geluid wel enigszins dempen. Na een periode van overwegingen en testen werd op 4 juli 2014 de ventilatie aangepast en werden opnieuw controlemetingen uitgevoerd. Tabel 8-12 en Tabel 8-13 tonen de op dat moment uitgevoerde debieten geluidsmetingen voor twee woningen en vergelijken deze met de eigen metingen 4 maanden voordien. Volgens deze metingen is heel wat vooruitgang geboekt: voor blok A zijn de meeste debieten meer dan verdubbeld zonder de akoestische limiet te overschrijden. Hier staat de pulsiefrequentie op 45 Hz en de extractiefrequentie op 50 Hz. Blok C steekt niet langer boven de resultaten van blok A uit. De luchtgroep B/C kreeg een pulsie- en extractiefrequentie van 40 Hz. Maar aangezien de auteur van dit werk sindsdien de Venningwijk niet meer bezocht heeft, wordt op deze resultaten verder niet ingegaan. De bevoegde partij voor het aanpassen van de ventilatie geeft aan dat de oorzaak waarom de waardes bij inregeling niet overeenkomen met die bij de controlemetingen, ligt bij de bewoners die de ventielen zouden gemanipuleerd hebben. Hoewel in de 15 enquêtes voor dit onderzoek slechts één bewoner aangeeft dat er iemand aan de ventilatiemonden is gekomen, bevestigden de bewoners van de appartementen uit de steekproef op 4 juli 2014 dat heel wat ventielen door hen werden dichtgedraaid. Het is inderdaad zo dat door de individuele manipulatie van de ventielen de bewoners het systeem over het volledige blok gaan beïnvloeden. Eigen metingen toonden aan dat
136 |
het pulsiedebiet in een leefruimte in blok A, dat normaal een debiet van 42 m³/h de ruimte inblaast, daalt tot 33 m³/h bij verder dicht draaien en stijgt tot 57 m³/h bij het verder open draaien. Op die manier zou een individuele gebruiker zijn persoonlijke ventilatievraag kunnen verhogen door de monden verder open te zetten. Maar aangezien de ventilator een constante hoeveelheid verse lucht het gebouw inblaast, zal deze manipulatie ten koste gaan van de verseluchtvoorziening in andere appartementen. Daarom worden de bewoners regelmatig op het hart gedrukt hier van af te blijven. 8.3.1.2 Luchtkwaliteit Dankzij deze lage debieten zullen de ventilatieverliezen sterk dalen, zoals hierna in 8.3.1.3 Impact op verbruik en temperatuur nader wordt verklaard. Maar dit betekent dat het ventilatiesysteem mogelijks niet zal voldoen aan haar taak om de mensgebonden polluenten in de woning voldoende te verdunnen. Door de sterke opmars van nieuwe constructietechnieken de laatste jaren is het binnendringen van lucht via muren, ramen en deuren sterk verminderd. Als gevolg daarvan kan de ophoping van CO2-rijke lucht en vocht in gebouwen een probleem vormen. Dit kan immers leiden tot comforthinder onder de vorm van geuren of een teveel aan waterdamp. Het is natuurlijk niet omdat de debieten niet voldoen aan de door een norm opgelegde criteria dat daarom per definitie een slecht binnenklimaat zal ontstaan. De ontwerpdebieten zijn immers slechts een manier om een doel te bereiken maar zijn geen doel op zich. Een studie van de luchtkwaliteit is noodzakelijk. Om die reden werden CO2-meters in de woningen geplaatst als comfortindicator voor geurhinder.
Blok A, W02
Norm
Meting 17-03-14
Meting 04-07-14
V
L
V
L
V
L
[m³/h]
[dB(A)]
[m³/h]
[dB(A)]
[m³/h]
[dB(A)]
Leefruimte
135
35
53
-
115
30,4
Slaapkamer
40
30
12
-
38
30
Keuken
75
35
32
-
55
-
Badkamer
50
35
20
-
46
-
Blok C, W07
Norm
Meting 17-03-14
Tabel 8-12: Debiet- en geluidsmetingen in blok A
Meting 04-07-14
V
L
V
L
V
L
[m³/h]
[dB(A)]
[m³/h]
[dB(A)]
[m³/h]
[dB(A)]
Leefruimte
130
35
46
-
110
38,7
Slaapkamer
40
30
32
-
32
-
Keuken
75
35
47
-
62
-
Badkamer
50
35
33
-
46
-
Tabel 8-13: Debiet- en geluidsmetingen in blok C
Figuur 8-35: Gesloten ventilatiemond (33 m³/h) en open ventilatiemond (57 m³/h) | 137
Om een oordeel te kunnen vellen over de binnenluchtkwaliteit maakt men veelal gebruik van de IDA-klassen. Deze geven ons meer informatie over de CO2-concentratie in een ruimte. De vier klassen worden bepaald afhankelijk van het concentratieverschil ΔC tussen binnen en buiten. Tabel 8-15 toont de kenmerken van iedere klasse [56]. In deze studie is de concentratie van CO2-partikels in de binnenomgeving gekend dankzij de metingen, maar de buitenconcentratie wordt niet expliciet gemeten. Deze wordt voor dit onderzoek vastgelegd op 350 ppm. 1 pers.
2 pers.
Type A
3
3
6
Type B
5
1
6
2
2
Type C Type D 8
6
3 pers.
4 pers.
2
1
3
2
1
17
Tabel 8-14: Bezetting per type appartement
Alvorens de resultaten aan een grondige interpretatie te onderwerpen moet opgemerkt worden dat de woningen in de Venningwijk vaak gekenmerkt worden door een vrij lage bezetting. Het is niet uitzonderlijk dat een tweeslaapkamerappartement, ontworpen voor drie bewoners, slechts door één iemand bewoond wordt. Tabel 8-14 toont dat het merendeel van de steekproefwoningen van deze in situ analyse slechts één bewoner heeft. Enkel in twee van de zeventien woningen is er sprake van een maximale bezetting. Wanneer de resultaten op dit moment gunstig uitdraaien, geeft dit niet noodzakelijk een garantie voor een probleemloos gebruik in de toekomst, wanneer nieuwe bewoners de woning in gebruik nemen. De CO2-metingen geven zeer uiteenlopende resultaten. De minimale concentraties variëren van ca. 300 ppm voor sommige metingen tot 1000 ppm voor anderen. Maar bij het plaatsen van eenzelfde toestel in verschillende woningen liggen de minima meestal relatief dicht in elkaars buurt. Dit doet vermoeden dat de absolute meetcijfers niet zomaar worden overgenomen. De meetdata moeten aangepast worden zodat hun minimale waarde overeenstemt met de waarde van het CO2-gehalte in de buitenomgeving, 350 ppm CO2. Echter is niet ΔC [ppm CO2]
Klasse
Tabel 8-15: Definiëring van de vier IDA-klasses
138 |
Luchtkwaliteit
V [m³/h.pers]
Typische waarden
Standaardwaarden
Typische waarden
Standaardwaarden
IDA 1
Hoog
≤ 400
350
> 54
72
IDA 2
Middelmatig
400 - 600
500
36 - 54
45
IDA 3
Aanvaardbaar
600 - 1000
800
22 - 36
29
IDA 4
Laag
> 1000
1200
< 22
18
duidelijk of deze overeenstemming dient te gebeuren door middel van een translatiebeweging of via een verschaling. Figuur 8-36 toont aan dat de twee transformaties erg ver uit elkaar kunnen liggen. Uit de beschikbare gegevens is het niet mogelijk een sluitende conclusie te formuleren welke transformatie boven de andere te verkiezen is. De auteur kiest voor de duidelijkheid de analyse enkel met meetdata te vervolgen die een translatiebeweging ondergaan hebben. Naar persoonlijk aanvoelen en na menig bezoek in de Venningwijk lijkt deze aanpak het dichtste aan te leunen bij de realiteit. Toch moet hier steeds het nodige voorbehoud gemaakt worden.
In ieder appartement vertoont de CO2-concentratie een sterk repetitief patroon mits af en toe. Een voorbeeld staat in Figuur 8-37 tot Figuur 8-41 die de luchtkwaliteit van woning 06 in blok A voor een net geen vier dagen weergeeft. In deze grafieken staan steeds de begrenzingen van de IDA-klassen aangeduid. Let op: in tegenstelling tot in Figuur 8-36 staat op de rechteras niet langer de absolute concentratie maar het concentratieverschil. De waarde 0 op de as komt dus overeen met de buitenconcentratie. Ook het temperatuurverloop op ieder tijdstip is tegen de rechteras af te lezen. De CO2-concentratie in de leefruimte maakt ‘s avonds de grootste opmars vanaf ongeveer
Figuur 8-36: Verschil tussen een translatie en een verschaling van de CO2-resultaten
| 139
Figuur 8-37: CO2-verloop na translatie voor de leefruimte van W06
Figuur 8-39: CO2-verloop na verschaling voor de leefruimte van W06
Figuur 8-40: CO2-verloop na translatie voor de slaapkamer van W06 140 |
Figuur 8-38: CO2-verloop na translatie voor de slaapkamer van W06
Figuur 8-41: CO2-verloop na verschaling voor de slaapkamer van W06
18u tot 23u. Enkel op de tweede dag is dit niet het geval: die dag waren de bewoners ’s avonds blijkbaar niet aanwezig. ’s Nachts wordt de vervuilde lucht steeds meer uitgedund en evolueert het richting een constante concentratie, namelijk het concentratieverschil met de pulsielucht. Maar alvorens dit verloop min of meer afgevlakt is, stijgen de CO2-deeltjes iedere dag opnieuw vanaf ongeveer 8 uur. Dit wijst erop dat het luchtdebiet in de leefruimte, op dat moment 26 m³/h, te laag ligt om de lucht voldoende snel te verdunnen tijdens de nacht. In de namiddag daalt het concentratieverschil meestal opnieuw. Af te leiden uit de plotse neergang van de temperatuur wordt op dit moment waarschijnlijk het raam open gezet. Het valt op dat het CO2-verloop dan richting een lagere concentratie evolueert. Op 4 februari 2014 vanaf 23u evolueert de concentratie ’s nachts opnieuw langzaam tot een constante waarde. Dit lijkt dezelfde waarde te zijn waarnaar de luchtkwaliteit de vorige ochtend ook evolueerde en die ligt rond de grens tussen de IDA 2- en IDA3-klasse op 600 ppm. Deze vaststelling wijst erop dat de ventilatielucht meer CO2-deeltjes bevat dan de buitenlucht. De oorzaak kan liggen bij interne lekkage in de luchtgroep van blok A. In de slaapkamer van woning 06 verloopt de CO2-concentratie complementair: ’s nachts om 23u stijgt ze plots heel sterk tot een relatief stabiele waarde ’s nachts. Dit is de concentratie waarbij de CO2-productie door de twee slapende bewoners in evenwicht is met die van de ingeblazen verse lucht. ’s Ochtends wordt het raam open gezet en gaat de concentratie opnieuw pijlsnel naar beneden. Iedere middag doet een van de bewoners nog een dutje, vandaar de korte piek rond 13u. De luchtkwaliteit ligt in de IDA 3-klasse en is dus net nog aanvaardbaar maar aan de lage kant. Volgens bovenstaande tabel is immers een 44 m³/h nodig terwijl slechts 16 m³/h wordt geleverd. In
de volgende meetperiode in april waren de debieten reeds voor een eerste keer bijgeregeld, maar in de slaapkamer van deze woning werd opnieuw 16 m³/h gemeten. Ook Figuur 8-40 toont geen merkbare verbetering van de luchtkwaliteit in deze periode. In woning 12 van blok C kon voor een langere periode van 19 dagen data opgeslagen worden. In de leefruimte is opnieuw duidelijk merkbaar hoe, bij het openen van een raam, de temperatuur zeer plots daalt en parallel daaraan ook het concentratieverschil met buiten, zie Figuur 8-42. De waarden liggen meestal in de eerste twee IDAklasses. Op zaterdag 15 februari 2014 bereikt de concentratie een zeer hoge piek. Op die dag zal het appartement, dat anders slechts door één persoon wordt bewoond, een veel hogere bezetting gehad hebben. Het ventilatiesysteem heeft minstens een halve dag nodig om opnieuw rond normale waarden te schommelen. In de slaapkamer, Figuur 8-43, wordt het raam nooit geopend, wist de bewoner te vertellen. Het temperatuurverloop lijkt deze stelling te bevestigen. Daardoor is de buitenconcentratie mogelijks niet af te lezen op de grafiek waardoor het concentratieverschil in werkelijkheid hoger ligt dan de figuur weergeeft. Opnieuw springt het repetitieve patroon in het oog waarbij de bewoner vrij laat gaat slapen en vrij laat opstaat. Het concentratieverschil vlakt iedere dag opnieuw af naar de concentratie in de ventilatielucht. De waarden liggen ’s nachts binnen de grenzen van de IDA 3-klasse. In combinatie met een zekere geurhinder in de woning kan geconcludeerd worden dat de luchtkwaliteit dus onvoldoende is. Het debiet in de slaapkamer bedroeg op dat moment 26 m³/h. Voor meer grafieken van andere woningen, eveneens in de leefruimte en slaapkamer, verwijst de auteur naar de digitale informatie voor de lezer die een algemener beeld van de luchtkwaliteit in de Venningwijk wenst te bestuderen. | 141
Figuur 8-42: CO2-verloop na translatie voor de leefruimte van W12
Figuur 8-43: CO2-verloop na translatie voor de slaapkamer van W12
142 |
8.3.1.3 Impact op verbruik en temperatuur Zoals reeds gebleken is, heeft ventilatie een grote invloed op de energiebalans van een woning. Hoe meer verse, koude lucht in de woning geblazen wordt, hoe meer energie de naverwarmingsbatterij zal eisen. Na de invloed van de luchtdichtheid van een woning en het al dan niet functioneren van het warmtewiel, wordt hier bekeken wat de invloed is van de veel te lage debieten die werden vastgesteld. Tabel 8-16 vergelijkt de basissituatie, i.e. met de oorspronkelijke n50-waarde, een werkend warmtewiel met bypassregeling en met de ontwerpdebieten, met een situatie waarin de debieten gereduceerd worden tot waarden in de buurt van de eerste twee metingen. Concreet werd dit ingevuld door de debieten te verminderen tot een vierde van hun respectievelijke ontwerpdebiet. Voor alle appartementen resulteert dit in een vermindering van het verbruik met maar liefst 80%. Figuur 8-46 zet deze aangepast verbruiken af tegen de oorspronkelijke verbruiken, zoals ze in 6.4 Simulaties werden voorgesteld. Hoewel de veel te lage debieten nefast zijn voor het verzekeren van een goede
5°C
Type C Type D
19°C
- 80,8%
Type A Type B
18°C
- 82,6%
- 81,8% - 82,7%
- 82,7%
23°C
- 82,7%
27°C
- 79,5%
- 80,8%
- 80,7%
24°C
- 79,8%
- 81,2% - 82,2%
- 73,2%
- 81,4%
- 80,7%
- 81,2%
22°C - 80,0%
+ 81,0%
- 81,4%
- 80,7%
21°C
- 80,2%
- 80,9%
- 82,6%
20°C
luchtkwaliteit, blijkt hier dat de bewoners een veel lagere factuur zullen voorgeschoteld krijgen. Er wordt daarbij natuurlijk vanuit gegaan dat het gebrek aan verse lucht niet gecompenseerd wordt door het open zetten van ramen, wat natuurlijk ook een niet onbelangrijke impact op de energiebalans van de woning zal hebben. Bij de simulatie van een appartement van het type C op 5°C blijkt dat de resultaten reeds bij ontwerpcondities heel hoge temperaturen voorspellen. Vooral in de zomermaanden kunnen volgens het simulatiemodel de temperaturen in de leefruimte ’s avonds oplopen tot 30°C en meer. Zonder het openen van ramen voor extra verkoeling is dit geen leefbaar binnenklimaat. Door de vaststelling van de lage debieten zal daarbovenop het afkoelend effect van ventilatielucht deels verloren gaan. ’s Winters betekent dit een temperatuurstijging van zo’n 2°C in de leefruimte maar vooral ’s zomers evolueert het oververhittingsprobleem buiten proporties. De reeds hoge binnentemperatuur zal nog eens met 6°C toenemen tot 38°C op piekmomenten. De simulatie levert dus een bijkomend cruciaal argument om de debieten zo vlug mogelijk bij te regelen.
- 78,9%
- 80,9% - 80,7%
Tabel 8-16: Overzichtstabel van het verbruik met een vierde van de oorspronkelijke debieten | 143
Figuur 8-44: Temperaturen van een type C-appartement op 5°C tijdens een winterweek met een kwart van de ontwerpdebieten
Figuur 8-46: Absoluut verbruik in kWh per appartementstype per insteltemperatuur met een kwart van de ontwerpdebieten
144 |
Figuur 8-45: Temperaturen van een type C-appartement op 5°C tijdens een zomerweek met een kwart van de ontwerpdebieten
8.3.2 Naverwarmingsbatterij 8.3.2.1 Inblaaslucht Wanneer het buiten kouder dan 13°C wordt, zal de pulsietemperatuur in de luchtgroep aan een temperatuur lager dan 19°C vertrekken, in het geval dat het warmtewiel aan een effectiviteit van 85,7% werkt. Om te vermijden dat in wintercondities de lucht die in de appartementen wordt ingeblazen oncomfortabel laag zou zijn, werd een naverwarmingsbatterij in iedere woning geïnstalleerd. Deze werd gedimensioneerd naar een streeftemperatuur van 19°C. Het vermogen van de naverwarmingsbatterij bedraagt 0,68 kW. Daarbij werd een warmteterugwinning van slechts 60% ingerekend om tegemoet te komen aan de onzekerheid van de eventuele warmte die tussen de luchtgroep en het appartement verloren gaat. Deze warmteverliezen, of zelfs -winsten, zijn inderdaad uiterst onvoorspelbaar. Enkel wanneer ook de temperatuur gelogd wordt van de pulsielucht wanneer die de woning bereikt, kan hier een redelijke inschatting van gemaakt worden. Door technische problemen ontbreken echter tijdens de onderzoeksperiode data over de temperatuur van de naverwarmingsbatterij op een zelfde tijdstip als er data beschikbaar zijn over de vertrektemperatuur van de pulsielucht. Ook over de buitenlucht is op datzelfde moment geen informatie verkrijgbaar, uit eigen metingen noch uit het monitoringsysteem. In wat volgt is een zinvolle inschatting niet mogelijk zodat deze warmteverliezen nauwelijks kunnen ingerekend worden. In enkele woningen werd een HOBO-logger in het pulsiekanaal van de leefruimte neergelegd. Deze mat de temperatuur van de ingeblazen lucht gedurende enkele weken. Van de mogelijkheid dat lichte temperatuurschommelingen kunnen ontstaan doordat de lucht op weg van de naverwarmingsbatterij naar de logger nog enige afstand aflegt,
wordt hierna abstractie gemaakt. Door omstandigheden was er slechts een beperkte overlap van elf dagen met de meetgegevens die in de ventilator werden vergaard. Deze periode is echter ruim voldoende om reeds een aantal opmerkelijke vaststellingen te doen. Figuur 8-47 toont een tijdreeksdiagram van enkele variabelen voor woning 04 in blok A. Zoals in 8.2.3 Luchtgroepen A en D reeds werd vastgesteld, ligt de pulsietemperatuur die bij de luchtgroep vertrekt nauwelijks hoger dan de buitentemperatuur. Dit heeft nauwelijks een invloed op de temperatuur van de pulsielucht die de leefruimte wordt ingeblazen. Deze heeft een zeer constant verloop van 21°C. Dat is 2°C boven de ontwerptemperatuur. Door deze hogere temperatuur zal de ventilatielucht niet louter opgewarmd worden om een tochtgevoel te vermijden, maar lijkt ze ook bij te dragen aan het invullen van de verwarmingsbehoefte van de woning. De temperatuur van de leefruimte, die voor de eenvoud ook wordt gelijkgesteld aan de extractietemperatuur van de lucht uit het appartement, blijft voortdurend rond de 21°C schommelen. Enkel rond 1 en 2 februari 2014, wanneer het buiten enigszins kouder wordt, mogelijks gekoppeld aan minder zonnewinsten en een beperkte aanwezigheid tijdens het weekend, zakt de temperatuur van de leefruimte onder deze grens. Op het spreidingsdiagram van Figuur 8-48 wordt de constante temperatuur van de inblaaslucht bevestigd. In datzelfde woonblok kan men bij woning 03 eveneens een vrij constante temperatuur waarnemen. In het spreidingsdiagram van Figuur 8-49 liggen de meetpunten iets hoger dan 21°C. Deze insteltemperatuur, die twee graden hoger ligt dan vooropgesteld, is daarmee geen lokale fout. Ook uit andere metingen naar de temperatuur van de ventilatielucht blijkt dat deze instelling in alle appartementen is doorgevoerd. | 145
146 |
Figuur 8-47: Pulsie- en extractietemperaturen t.h.v. de luchtgroep en W04
Figuur 8-48: Inblaastemperatuur van W04 i.f.v. de buitentemperatuur
Figuur 8-49: Pulsie- en extractietemperaturen t.h.v. de luchtgroep en W03
Figuur 8-50: Inblaastemperatuur van W03 i.f.v. de buitentemperatuur
Dit brengt enkele opvallende gevolgen met zich mee. Aangezien de insteltemperatuur van de naverwarmingsbatterij niet door een individuele gebruiker kan bijgeregeld worden, leidt dit tot mogelijks tot een onnodig meerverbruik. Vele bewoners willen in het tussenseizoen hun woning niet verwarmen maar optimaal profiteren van de zonnewinsten en andere interne warmtewinsten. De verbruikpost van ventilatie valt echter niet te omzeilen. En aangezien de extractietemperatuur in de luchtgroep nauwelijks boven de 21°C uitstijgt, zal de pulsietemperatuur nooit opklimmen tot 21°C ten gevolge van warmtewisseling bij een koud en gemiddeld klimaat. De naverwarmingsbatterij kan dus enkel afslaan wanneer het buiten meer dan 21°C is en de bypassregeling is ingeschakeld. Meer zelfs: het is op die manier niet ondenkbaar dat het warmtewiel wordt stilgelegd omwille van relatief hoge buitentemperaturen maar dat tegelijkertijd de naverwarmingsbatterij de lucht toch nog zeer sterk zal opwarmen. In een woonwijk die CO2-neutraliteit wil nastreven is dit nutteloze meerverbruik zonder twijfel een pijnpunt! Bovendien verhoogt dit het risico op oververhitting. Wanneer er weinig transmissieverliezen naar de buitenomgeving zijn en de zonnestraling veel warmte in de woning brengt, zou de ventilatie de woning op een vrij passieve manier kunnen afkoelen. Bij een temperatuur van 21°C gaat die optie verloren. Een derde mogelijks gevolg is dat de naverwarmingsbatterij onvoldoende vermogen kan leveren om de ingestelde waarde te halen. Ze is immers niet ontworpen om een dergelijke hoge temperatuur te leveren. Bij woning 04 werd dit niet vastgesteld, maar door het veel te lage luchtdebiet van circa 43 m³/h in plaats van 195 m³/h, zie 8.3.1.1 Metingen, kan dit probleem zich niet voordoen. Figuur 8-49, die de temperatuurverlopen van woning 03 uitzet in de tijd, geeft een eerste indicatie van een daling van de inblaastemperatuur bij een lage
buitentemperatuur op 2 februari 2014. Het lijkt erop dat er onvoldoende vermogen kan geleverd worden om de lucht op temperatuur te houden. Figuur 8-50 toont aan dat de inblaaslucht constant net boven 21°C ligt maar bij een buitentemperatuur onder 4°C slaagt de naverwarmingsbatterij er niet meer in de lucht dusdanig op te warmen. Door de hoge temperaturen tijdens de winter 2014 en gelijktijdig de lage debieten werden nog geen noemenswaardige problemen vastgesteld. Maar deze situatie moet aangepast worden of op z’n minst goed in de gaten worden gehouden om tocht in de woning tijdens de volgende koude winter te vermijden. Figuur 8-51 illustreert deze problematiek. Daarvoor werd het verbruik Q berekend. Aangezien iedere 5 minuten een meting van het pulsiedebiet in het appartement en in de luchtgroep plaatsvond, wordt het verbruik over deze tijdspanne berekend. Dit gebeurt volgens volgende formule:
.
| 147
Figuur 8-51: Ventilatieverbruik berekend voor W03
Figuur 8-52: Inblaastemperatuur berekend voor W03 148 |
Deze berekening gebeurde zowel voor de ontwerpsituatie ( ) als voor de reële situatie waar de debieten veel lager liggen ( ). Als temperatuurverschil werd steeds het verschil genomen tussen de inblaastemperatuur en de pulsietemperatuur aan de ventilator. Omdat warmtewinsten en -verliezen zonder twijfel een grote impact hebben op dit verschil, maar moeilijk te begroten zijn, werd bij beide situaties een arbitraire marge van 3°C in beide richtingen ingerekend. De batterij heeft volgens de technische specificaties een vermogen van 0,68 kW, wat overeenkomt met het leveren van 0,057 kWh aan energie iedere vijf minuten. Het HVACverdeelnetschema vermeldt echter een vermogen van 0,5 kW, of 0,042 kWh energie per vijf minuten. Het valt niet alleen op hoeveel meerverbruik er zou zijn moesten de ontwerpdebieten gehaald worden, in dat geval zou de naverwarmingsbatterij geregeld onvoldoende vermogen kunnen leveren om de inblaastemperatuur van woning 03 constant op 21°C te houden. In het bijzonder op de nacht van 2 februari 2014 is dit het geval. Figuur 8-52 voorspelt de temperatuur van de inblaastemperatuur wanneer na bijregeling de ontwerpdebieten gehaald worden. Temperaturen die schommelen rond 17°C zullen eerder als oncomfortabel gepercipieerd worden. Maar wanneer ook het warmtewiel zal gerepareerd worden, zal de druk op de batterij afnemen en zal het probleem van discomfort grotendeels verholpen zijn. Woning 11 bevindt zich in blok C. Vandaar dat de pulsietemperatuur aan de ventilator veel hoger ligt, zoals Figuur 8-53 weergeeft. In Figuur 8-54 beginnen de meetpunten naar hogere temperaturen uit te wijken, wanneer het buiten meer dan 10°C is. Dit stemt ongeveer overeen met een pulsietemperatuur van 19°C. Op 23 en 24 februari 2014 doet deze situatie zich concreet voor. Dit is mogelijks een indicatie dat de naverwarmingsbatterij niet meer aanslaat. Aangezien
de pulsietemperatuur aan de ventilator op dat moment nog onder 21°C ligt, doet dit vermoeden dat de verse lucht in haar weg naar woning 11 verder opwarmt. De warmtewinsten zouden dus van een grootteorde van een tweetal graden zijn. Daarnaast ligt woning 12. Hier is de binnentemperatuur van de leefruimte veel hoger dan inblaastemperatuur zodat de ventilatie in dit specifieke geval wel een afkoelend effect zal teweeg brengen. In Figuur 8-54 liggen de temperatuurwaarden van de inblaaslucht zeer dicht bij elkaar maar vertonen ze verrassend genoeg een lichte correlatie met de buitentemperatuur en dus ook met de pulsielucht die aan de ventilator vertrekt. Nochtans liggen ze - in tegenstelling tot bij andere appartementen - ongeveer 1°C onder de 21°C. Daarnaast vertoont de temperatuur een plotse piek die ook bij de meting in het naburige appartement, woning 11, merkbaar is, zie Figuur 8-55 en Figuur 8-56. Voor geen van de drie bovennoemde fenomenen kan op het eerste zicht een oorzaak gevonden worden. Maar erg invloedrijk lijken ze niet te zijn. Voor de laatste analyse van de inblaastemperatuur wordt er teruggekeerd naar blok A, namelijk naar woning 01. De pulsie- en extractietemperaturen ter hoogte van het appartement en de luchtgroep staan weergegeven in Figuur 8-57. Hier haalt de inblaastemperatuur echter de 21°C niet maar ligt ze veel lager. Ze vertoont dagelijkse schommelingen die volledig parallel verlopen aan de buitentemperatuur. Figuur 8-58 bewijst deze sterke correlatie tussen beide variabelen. Men zou kunnen concluderen dat de naverwarmingsbatterij hier helemaal niet werkt, maar een opwarming van 6°C tot zelfs 11°C die volledig te wijten is aan warmtewinsten tussen de luchtgroep en het appartement lijkt onwaarschijnlijk. Een preciezere studie van de naverwarmingsbatterij is op zijn plaats. | 149
150 |
Figuur 8-53: Pulsie- en extractietemperaturen t.h.v. de luchtgroep en W11
Figuur 8-54: Inblaastemperatuur van W11 i.f.v. de buitentemperatuur
Figuur 8-55: Pulsie- en extractietemperaturen t.h.v. de luchtgroep en W12
Figuur 8-56: Inblaastemperatuur van W12 i.f.v. de buitentemperatuur
Figuur 8-57: Pulsie- en extractietemperaturen t.h.v. de luchtgroep en W01
Figuur 8-58: Inblaastemperatuur van W01 i.f.v. de buitentemperatuur
Figuur 8-59: Berekende waterdebieten voor W01
| 151
De batterij is een warmtewisselaar die de warmte uit het wijkverwarmingsnet overzet op de pulsielucht. Dit gebeurt door een spoel bestaande uit koperen buizen met aluminium schoepen die volgens een zig-zag-patroon geplaatst worden. Omwille van de wet van energiebehoud moet de warmtestroom die vanuit het water vertrekt door de ventilatielucht opgenomen worden. Van warmteverliezen naar de omgeving en van een zekere traagheid door de opwarming van materialen wordt dus abstractie gemaakt. Het luchtdebiet blijft constant op 190 m³/h volgens ontwerpcondities. De gekozen verwarmingsbatterij kan een debiet van 200 m³/h aan. Wanneer de temperatuur van de pulsielucht daalt, moet meer energie van het water op de lucht overgedragen worden. Aangezien het de bedoeling is de retourtemperatuur van het water min of meer constant te houden om een stabiel verwarmingssysteem te verzekeren, zal het waterdebiet doorheen de warmtewisselaar daardoor toenemen. De sterke schommelingen in het temperatuurverloop van de inblaaslucht in appartement 01 doen vermoeden dat de regeling van het waterdebiet stuk is waardoor deze zich niet aanpast aan de temperatuur van de
Figuur 8-60: Principe van de naverwarmingsbatterij
152 |
pulsielucht. Met andere woorden: de analyse wenst na te gaan of de schommelingen te verklaren zijn door een constant en bovendien te laag waterdebiet. Dit onderzoek gebeurt aan de hand van volgende wetmatigheden: en Behoud van energie
met
Op Figuur 8-60 staan de gehanteerde temperaturen afgebeeld. De binnenkomende en uitgaande watertemperaturen van de verwarmingsbatterij, respectievelijk 48°C en 33°C, zijn vastgelegd bij het verwarmingsontwerp en zijn vrijwel constant. Het luchtdebiet blijft, als
alles goed gaat, ook onveranderd. Tijdens de logperiode in Figuur 8-57 was het debiet immers nog de hele tijd ingesteld volgens een nachtfrequentie, zie 8.3.1 Debieten. Voor de uittredende luchttemperatuur wordt natuurlijk getracht een stabiele temperatuur aan te houden. Bij de meeste appartementen bleek dit rond de 21°C te liggen. De luchttemperatuur die de naverwarmingsbatterij binnenkomt, wordt voornamelijk bepaald door de buitentemperatuur en de werking van het warmtewiel. Deze kan heel sterk fluctueren. Uit bovenstaande vergelijking kan afgeleid worden dat het waterdebiet zich evenredig aanpast aan het temperatuurverschil van de luchtstroom, namelijk aan de temperatuurwijzigingen van de binnenkomende pulsietemperatuur. Steunend op deze vergelijking toont Figuur 8-59 de berekening van het waterdebiet in functie van de tijd. Voor werd gesteund op de debietmetingen voorheen en werd een waarde van 52 m³/h in de formule gebruikt. Aangezien er van het moment wanneer de inblaaslucht werd gelogd geen metingen net vòòr de naverwarmingsbatterij ter beschikking zijn, wordt θa,in benaderd door de pulsietemperatuur aan de ventilator. Voor θa,uit wordt achtereenvolgens de vaak vastgestelde setpunttemperatuur van de inblaaslucht (21°C), de vooropgestelde setpunttemperatuur (19°C) en de gemeten, sterk variërende inblaastemperatuur genomen. Logischerwijs ligt het waterdebiet het hoogste om een temperatuur van 21°C te bereiken. Maar in tegenstelling tot het eerste vermoeden verloopt het waterdebiet van de gemeten situatie niet constant. Het vertoont een gelijkaardig verloop als de debieten bij ontwerpcondities. Vermoedelijk zal de oorzaak van de lage inblaastemperaturen niet te vinden zijn bij de debietregelingen van de naverwarmingsbatterij. Een nadere studie van de warmteverliezen en - winsten en in hoeverre die de pulsietemperatuur uitvlakken, is echter nodig om uitsluitsel te bieden.
8.3.2.2 Caloriemeter Ondanks de hoge en constante inblaastemperaturen en het niet in werking zijnde warmtewiel in blokken A en D tonen alle caloriemeters die het verbruik van de naverwarmingsbatterij bijhouden een 0, of hoogstens 6 à 7 kWh, als verbruik in de afgelopen maanden sinds juli 2013. Een duidelijke ongerijmdheid dus, want de metingen wijzen uit dat de naverwarmingsbatterij wel degelijk functioneert. Het is onmogelijk dat de pulsielucht reeds zo warm toekomt in de woning dankzij de warmterecuperatie en de warmtewinsten dat ze niet verder moet opgewarmd worden. Nochtans lijken de andere warmtemeters, i.e. voor ruimteverwarming, sanitair warm water en totaal verbruik, wel realistische waarden aan te nemen en vermeerderen ze bij ieder bezoek aan de Venningwijk. Daarnaast val het ook op dat de som van de deelverbruikers absoluut niet overeenkomt met de meter die het totale verbruik weergeeft. Deze laatste toont een veel hogere waarde. Dankzij de pulsietemperaturen is het mogelijk een gefundeerde inschatting te maken wat de naverwarmingsbatterij tijdens de gelogde periode moet verbruikt hebben. Dit gebeurt dankzij de eerder aangehaalde vergelijking:
Dit verbruik van het ventilatiesysteem Qvent hangt af van een constant debiet en van het temperatuurverschil van de lucht. De auteur wenst opnieuw te benadrukken dat de warmteverliezen of -winsten langsheen de ventilatiekanalen niet gekend zijn, waardoor opnieuw een belangrijke onzekerheid in de berekening sluipt. Om een aanvoelen van de invloed ervan op het resultaat mee te nemen, wordt voor θa,in | 153
opnieuw θpul,groep met een marge van ± 3°C in rekening gebracht. In Figuur 8-61 tot Figuur 8-63 wordt dit verbruik cumulatief uitgezet naast het verbruik voor verwarming Q*verw en sanitair warm water Q*SWW dat van de warmtemeters werd afgelezen. Ook het afgelezen totale verbruik Q*tot staat op de grafiek, evenals het berekende totale verbruik Qtot als som van Q*verw, Q*SWW en Qvent. In alle drie de weergegeven woningen blijkt de berekening van het totale verbruik heel dicht bij de afgelezen waarde te liggen. Aan de hand van deze formule met een geïntegreerde foutenmarge zou dus een eenvoudig algoritme kunnen geprogrammeerd worden die een foutmelding genereert wanneer de afwijking te groot wordt. In deze specifieke gevallen blijkt de marge van 3°C zelfs zeer ruim geschat. Zoals Figuur 8-61 duidelijk maakt, is woning 01 een grote verbruiker. De thermostaat staat dan ook ingesteld op 27°C. Daardoor neemt de ruimteverwarming het grootste aandeel van de energievraag voor zich. De bijdrage van het verbruik van het ventilatiesysteem is dan ook relatief beperkt. Maar in woningen die nauwelijks de radiatoren
Figuur 8-61: Verbruik van W01 154 |
aanzetten, zoals woning 04 in blok A, is de ventilatie erg belangrijk in het totale verbruik, zie Figuur 8-62. Doordat de caloriemeter van de ventilatie niet werkte, begreep de bewoner in kwestie niet waarom de caloriemeter van het totale verbruik zoveel toenam. Deze berekening bewijst dat quasi het volledige verbruik in de woning naar de ventilatie gaat. Met het uitblijven van warmteterugwinning in de luchtgroep in gedachten, hoeft dit niet te verwonderen. Figuur 8-63 toont het verbruik van woning 11 in blok C. Hier heeft het warmtewiel wel gewerkt, waardoor het verbruik dat naar luchtverwarming gaat veel lager ligt. Door het kleinere temperatuurverschil tussen θa,in en θa,uit heeft de marge van 3°C een veel grotere invloed, wat ook in de figuur af te lezen is. Bij een warmtewinst van 3°C moet de ventilatielucht zelfs niet meer opgewarmd worden. Natuurlijk zullen in absolute termen de warmtewinsten in blok C beperkter zijn dan in blok A aangezien de pulsielucht zich veel dichter bij de ruimtetemperaturen van de appartementen bevindt.
Figuur 8-62: Verbruik van W04
Figuur 8-63: Verbruik van W11
8.3.2.3 Invloed op verbruik en temperatuur Door het setpunt van de naverwarmingsbatterij hoger te leggen dan bij ontwerpberekeningen zal de energie die naar het ventilatiesysteem gaat zonder twijfel sterk toenemen. Maar wat zal de impact op het totale verbruik zijn? De energie die de inblaaslucht opwarmt, moet immers niet meer gecompenseerd worden door de ruimteverwarming. De ventilatie heeft een minder afkoelend effect op de warmtebalans van de woning. Opnieuw wordt gebruik gemaakt van de TRNSYSsoftware om dit aan de hand van simulaties te onderzoeken. Alle variabelen worden wederom ingesteld volgens ontwerpomstandigheden - een werkend warmtewiel, ontwerpdebieten, etc. - enkel het setpunt van de naverwarmingsbatterij wordt verhoogd van 19°C naar 21°C en de relatieve toename wordt in Tabel 8-17 neergeschreven. Daaruit blijkt dat het verbruik voor verwarming sterk afneemt, tot zelfs halveert in sommige situaties, terwijl de naverwarmingsbatterij natuurlijk veel meer energie verbruikt. Voor een woning van type C die opgewarmd wordt tot 27°C betekent dit dat de toename aan 5°C
Type C Type D
19°C
+ 33,4%
Type A Type B
18°C
+ 37,4%
+ 36,9% + 37,6%
+ 37,7%
23°C
+ 38,2%
27°C
+ 8,66%
+ 35,6%
+ 34,6%
24°C
+ 43,8%
+ 20,4% + 43,1%
- 0,1%
+ 33,7%
+ 26,0%
+ 36,4%
22°C + 25,8%
+ 33,6%
+ 33,7%
+ 26,0%
21°C
+ 32,9%
+ 33,4%
+ 37,4%
20°C
ventilatieverbruik gecompenseerd wordt door de afname in verwarmingsverbruik. Voor de andere woningen zal deze instelling in totaal toch een meerverbruik met zich meebrengen. In het bijzonder die woningen die een operatieve temperatuur van 21°C of minder hebben aangezien zij warmte toegevoerd krijgen die ze eigenlijk niet wensen. Het verbruik voor ruimteverwarming was daar oorspronkelijk reeds zeer laag dus kan er niet veel gecompenseerd worden. Aangezien de berekening van het verbruik voor ventilatie in vorige paragraaf heeft bewezen vrij accuraat te zijn, kan met deze formuleringen de toe- of afname in verbruik ook vergeleken worden met de ontwerpcondities. In Figuur 8-64 tot Figuur 8-66 wordt telkens één parameter aangepast, in casu woning 04 in blok A; Figuur 8-67 toont het totale effect van de verschillende aanpassingen ten opzichte van ontwerpcondities. Op de linkeras staat het absolute verbruik uitgedrukt in kWh, op de rechteras staat het relatieve verschil in verbruik met de ontwerpomstandigheden na elf dagen als 100%. Let op: in tegenstelling tot Tabel 8-17 gaat het hier niet om het totale verbruik maar betreft het enkel de verbruikspost ventilatie.
+ 64,9%
+ 24,7% + 26,3%
Tabel 8-17: Overzichtstabel van het verbruik met θnav van 19°C naar 21°C
| 155
156 |
Figuur 8-64: Berekend ventilatieverbruik van W04 met θnav van 19°C naar 21°C
Figuur 8-65: Berekend ventilatieverbruik van W04 met ε van 60% naar 0%
Figuur 8-66: Berekend ventilatieverbruik van W04 met V van 195 m³/h naar 43 m³/h
Figuur 8-67: Berekend ventilatieverbruik van W04 met θnav = 21°C, ε = 0% en V = 43 m³/h
Wanneer de bereikte temperatuur van de inblaaslucht twee graden hoger dan ligt dan bij ontwerp, wordt na deze specifieke meetperiode 51,3% meer energie verbruikt door het ventilatiesysteem. Voor het ontwerp bij verbruik wordt gerekend met een warmteterugwinning van slechts 60% om eventuele warmteverliezen mee in te rekenen. Wanneer echter gerekend wordt met een stilstaand warmtewiel wordt een meerverbruik van maar liefst 175% opgetekend. De temperatuur van de pulsielucht zal immers al gauw een zevental graden lager liggen. In een ander geval, wanneer alle variabelen aan de verwachtingen voldoen behalve de ingeblazen debieten die 43 m³/h in plaats van 195 m³/h bedragen, zal het ventilatieverbruik dalen met 77,9%. Het gecombineerd effect van de hogere insteltemperatuur en het niet werkende warmtewiel, die een meerverbruik veroorzaken, samen met het minderverbruik van de te lage debieten, leidt in totaal tot een minderverbruik van 28,1% ten opzichte van ontwerpomstandigheden. De samenkomst van verschillende gebreken zullen elkaar dus enigszins camoufleren. Worden ook de temperaturen in de leefruimte en slaapkamer gesimuleerd, zoals in Figuur 8-70 en Figuur 8-71 voor een appartement van het type A op 23°C, dan blijkt de temperatuursverhoging zich te beperken. In de zomer loopt dit verschil op tot circa 1°C, wat op zichzelf geen immens probleem is, maar aangezien het risico op oververhitting in sommige appartementen reeds erg hoog is, moet iedere temperatuursverhoging zo veel als mogelijk vermeden worden. Door de naverwarmingsbatterij 2°C hoger in te stellen, zal dit probleem alleen maar toenemen. Uit Figuur 8-70 blijkt dat de verhoogde inblaastemperatuur vrij constant kan gehouden worden, op een kleine afwijking op zeer koude moment na. De oorspronkelijke inblaastemperatuur blijft zelfs op deze
koude momenten constant, wat opnieuw bewijst dat de naverwarmingsbatterij niet gedimensioneerd is voor een opwarming tot 21°C. In de oorspronkelijke situatie wordt het maximaal vermogen van de batterij immers nooit bereikt. Het meerverbruik is niet enkel in de winter merkbaar maar ook in zomerweek blijkt dat veel meer energie moet gespendeerd worden aan het opwarmen van de ventilatielucht. Er moet niet alleen meer maar ook langer energie toegevoerd worden. Dit meerverbruik bleek ook al uit Tabel 8-17.
| 157
158 |
Figuur 8-68: Temperaturen tijdens een winterweek van een type A-appartement ingesteld op 24°C
Figuur 8-69: Temperaturen tijdens een zomerweek van een type A-appartement ingesteld op 24°C
Figuur 8-70: Inblaastemperatuur en ventilatieverbruik tijdens een winterweek van een type A-appartement ingesteld op 24°C
Figuur 8-71: Inblaastemperatuur en ventilatieverbruik tijdens een zomerweek van een type A-appartement ingesteld op 24°C
9 SYNTHESE
In de loop van deze studie werden een aantal belangrijke zaken in de werking van de installaties in de eerste fase van de Venningwijk opgespoord. Door de combinatie van enkele actieve en passieve functionele testen konden verschillende parameters samengebracht worden waaruit bleek dat in de operationele situatie onder meer de operatieve temperatuur van de naverwarmingsbatterij hoger lag dan ontworpen, dat twee van de drie warmtewielen deze winter niet actief waren en dat het ventilatiesysteem een zeer laag debiet aan verse lucht de woning inblies. Het herstellen van deze fouten kan soms zeer eenvoudig gebeuren, bijvoorbeeld de inblaastemperatuur van de ventilatie centraal aanpassen. Andere zaken vergen enige moeite om te corrigeren, zoals het in orde brengen van de bekabeling van het warmtewiel. Maar in bepaalde gevallen is een intensieve inspanning nodig om de fout te remediëren. Omwille van de akoestische moeilijkheden blijken voor het bijregelen van de debieten meerdere operationele proefstellingen, tests en controles nodig. Bovendien zal nog moeten blijken of een oplossing kan gevonden worden die overal voldoet aan zowel de debieteisen als de akoestische normen. In navolging van Costa’s Key factors methodologie werden in dit werk aan de hand van heel wat simulaties verschillende scenario’s naast elkaar gelegd. Dit gebeurde niet zozeer om op zoek te gaan naar de meest efficiënte parameters, dan wel om een beeld te krijgen van de gevolgen van bepaalde fouten en keuzes. De simulaties tonen aan
dat men niet zomaar blind kan blijven voor de gevolgen van de opgemerkte problemen. De procentuele verschillen met de ontwerpsituatie zijn aanzienlijk en bewijzen daarmee dat deze studie bijzonder nuttig is gebleken voor de gevalstudie in casu om de energieverspilling afgelopen winter en de energiebesparing in de toekomst in kaart te brengen. Zo werd dankzij deze foutdetectie onder meer een vorm van simultaan opwarmen en afkoelen gedetermineerd, ten gevolge van de fout ingestelde naverwarmingsbatterij en het gedeactiveerde warmtewiel. Bovendien blijkt commissioning ook noodzakelijk voor het wooncomfort in een energiebesparende, residentiële woonwijk zoals de Venningwijk. Door de debieten vòòr de zomerperiode voor een groot deel bij te regelen, kon niet alleen de luchtkwaliteit verbeterd worden, ook het grootste risico op discomfort door oververhitting werd dankzij deze foutdetectie vermeden. Bij wijze van synthese worden alle voorgaande simulaties die telkens de invloed van één parameter toelichtten, samengebracht in een nieuwe simulatie. Daarin worden alle waargenomen fouten en gebreken opgenomen en de resultaten worden vergeleken met de waarden van de ontwerpsituatie. Tabel 9-1 toont de verschillen tussen beide simulaties. De vergelijking van beide simulatieresultaten in Tabel 9-2 leert dat de bewoners van de Venningwijk ten gevolge van de verschillende problemen minder energie hebben verbruikt dan voorzien. De invloed van de te lage ventilatiedebieten weegt dus zwaar door. Het minderverbruik varieert tussen 23% en 48%. Voor de ventilatie afzonderlijk wordt een gelijkaardige daling genoteerd. Enkel bij de woning op 27°C gaat de ventilatie meer verbruiken. Door de uitzonderlijk grote terugval van het verbruik voor ruimteverwarming gaat het totaalverbruik toch nog drastisch achteruit.
| 159
Probleem
Luchtdichtheid
Warmtewiel
Referentie
Simulatie
n50 = 0,532 h-1
n50 = 0,710 h-1
< 18°C => ε = 0,6
Ventilatiedebieten
Naverwarmingsbatterij
ε=0
V
nav
V/4
= 19°C
nav
= 19°C
Tabel 9-1: Het verschil tussen de synthesesimulatie met de ontwerpparameters
5°C
Type C Tabel 9-2: Overzichtstabel van het verbruik met de vier aangepaste parameters
160 |
Type D
19°C
- 30,4%
Type A Type B
18°C
Met alle voorgaande simulatieresultaten in het achterhoofd, die onder meer voor het stilstaande warmtewiel een groot meerverbruik voorspelden, is de Venningwijk duidelijk onderhevig aan fenomenen die elkaar camoufleren. Dat betekent dat alleen op basis van het opvolgen van eenvoudige verbruiksmetingen weinig ontdekt kan worden. Zo zal de hogere insteltemperatuur bijvoorbeeld niet op te merken zijn door de lagere debieten en door de warmtemeter van de naverwarmingsbatterij die nergens functioneert. Uit Figuur 9-2 en Figuur 9-1 blijkt bovendien dat door deze combinatie de naverwarmingsbatterij uiteindelijk toch niet op vol vermogen zal werken, wat wel het geval was in bepaalde gevallen van voorgaande afzonderlijke simulaties. Het nut van een grondige bottum-up strategie bewijst zich hier, want ondanks het lagere energieverbruik dan verwacht, doet zich toch een belangrijke energieverspilling voor. De studie levert ook stof tot nadenken over het ontwerp- en bouwproces die aan deze studie vooraf ging. Er is - niet zonder enige frustratie - gebleken dat het volledig gebruiksklaar maken van een monitoringsysteem in dienst van de commissioning heel wat voeten in
- 23,7%
- 23,4% - 23,5%
- 23,4%
23°C
- 23,0%
27°C
- 44,8%
- 29,0%
- 23,9%
24°C
- 22,5%
- 33,2% - 19,0%
- 48,1%
- 24,9%
- 26,2%
- 23,3%
22°C - 33,8%
- 30,3%
- 24,9%
- 26,2%
21°C
- 30,2%
- 30,5%
- 23,7%
20°C
+ 11,4%
- 27,8% - 26,0%
de aarde heeft. In een belangrijke mate afhankelijk zijn van technologie verloopt zelden zonder problemen. Onder meer door het ontbreken van sensoren of hun aansluiting of door computertechnische moeilijkheden is de beschikbaarheid van data in de praktijk niet altijd even evident. Een ander punt van feedback richt zich tot het uitvoeren van kwaliteitstesten. Deze zijn zonder twijfel zeer belangrijk om uit te voeren in een ambitieus project als de Venning, doch toont de studie aan dat het daarbij niet stopt. De gemeten parameters moeten ook na de test nog steeds goed in de gaten worden gehouden. Deze gevalstudie bewees bijvoorbeeld dat het opstellen van een inregelrapport vòòr ingebruikname niet voldoende is om voldoende luchtdebieten in de woningen te garanderen. De praktijk biedt ook de kans om terug te koppelen naar de gemaakte ontwerpkeuzes. Zoals al vaker uit de studie van energieefficiënte projecten werd geconcludeerd, is ook hier oververhitting een cruciaal aandachtspunt. Doordat de bouwschil thermisch zo goed geïsoleerd is, moeten de installaties dit risico trachten in te dijken.
Figuur 9-2: Inblaastemperatuur en ventilatieverbruik tijdens een winterweek van een type D-appartement ingesteld op 5°C
Wanneer deze echter niet werken zoals gepland, komt het hele ontwerp in gevaar. Dit blijkt ook uit de simulatieresultaten van een type C-appartement op 5°C zoals in Figuur 9-3 en Figuur 9-4 waar ’s zomers de temperatuur in de leefruimte met maar liefst 5°C stijgt. Daarnaast toonden de meetdata, berekeningen en simulaties aan dat ten gevolge van de ventilatie heel wat energie is verspild tijdens de winter 2014. Bewoners hebben echter geen enkele controle over deze zeer grote verliespost. Hoewel 92% van de geënquêteerden aangeeft tevreden te zijn met de automatische werking van het ventilatiesysteem en dus geen nood te hebben om dit zelf te regelen, kan men zich afvragen of dit ongecontroleerd verbruik wel de beste keuze is. De mogelijkheid om het ventilatiesysteem uit te schakelen of het debiet bij te regelen lijkt geen waardevol alternatief aangezien het risico te groot is dat velen het gewoon zullen uitschakelen of gebruiken zoals een dampkap. Maar een minimale controle over de inblaastemperatuur en de mogelijkheid om die bijvoorbeeld ’s nachts te verlagen, kan wel een mogelijkheid zijn.
Figuur 9-1: Inblaastemperatuur en ventilatieverbruik tijdens een zomerweek van een type D-appartement ingesteld op 5°C | 161
Ook een reflectie over het monitoringontwerp kwam her en der in onderhavig werk aan bod. Uit de eigen metingen is immers gebleken dat het niet vanzelfsprekend is te bepalen welke parameters, en dus welke meettoestellen, cruciaal zullen zijn op het moment van onderzoek. Voor deze ver doorgedreven vorm van commissioning is bijvoorbeeld gebleken dat een of meerdere CO2-meters in de luchtgroep een belangrijke bijdrage zouden kunnen vormen in het onderzoek naar luchtlekkage. In diezelfde context was ook een logger die de omgevingstemperatuur van de technische ruimte waar de ventilator zich bevindt, goed van pas gekomen. Daarnaast kwam uit de studie naar voren dat het belangrijk is om over voldoende temperatuurmetingen van de inblaaslucht te beschikken, gelijktijdig met meetdata over de temperaturen in de ventilatoren. Met zijn vele bevindingen hoopt dit werk ook een bijdrage te leveren aan het algemene onderzoek naar commissioning, in het bijzonder voor residentiële projecten. Uit het literatuuronderzoek blijkt dat de residentiële toepassingen slechts als secundair behandeld worden. Dit
Figuur 9-3: Temperaturen tijdens een winterweek van een type C-appartement ingesteld op 5°C
162 |
is niet onbegrijpelijk: de economische drijfveren, voort gestuurd door managers en ondernemers, zijn niet op dezelfde manier aanwezig in de huisvestingssector. Dit onderzoek werkt daarom een aantal methodieken en controleparameters uit die stof bieden tot een aanzet voor het ontwikkelen van een tool die een automatische commissioning in woongebouwen moet toelaten. Dit werk zelf is niet tot dit stadium geraakt maar een verdere evolutie richting een snelle, geautomatiseerde aanpak zou zeker van nut kunnen zijn. Zo hadden bijvoorbeeld de problemen met de luchtgroepen veel sneller aan het licht kunnen komen. In de huidige omstandigheden kwam het immers pas tot het formuleren van conclusies toen de luchtgroep reeds in bypass was ingesteld. Het formuleren van een eenduidig plan van aanpak is zeer delicaat. Alle monitoring- en verificatiekeuzes gebeuren immers na een grondige afweging van hoe ver mens wenst te gaan in deze commissioning. Maakt men de keuze om enkele cruciale componenten uit te pikken zodat men die nauwgezet kan opvolgen dan is in de eerste plaats de
Figuur 9-4: Temperaturen tijdens een zomerweek van een type C-appartement ingesteld op 5°C
controle van de debieten van groot belang, ook nadat de inregelrapporten zijn opgesteld. De impact op de luchtkwaliteit en de binnentemperatuur is, zoals reeds meermaals aangehaald, niet te onderschatten. Ook de inspectie van het warmtewiel is bijzonder nuttig. De controle is niet alleen zeer eenvoudig, maar ook zeer effectief: het energieverbruik kan in vele gevallen meer dan gehalveerd worden. De studie van de infiltratie binnen de luchtbehandelingskast zal daarentegen pas bij een hogere graad aan commissioning mogelijk zijn. Hoewel er ook reële problemen kunnen ontstaan, in de vorm van onhygiënische pulsielucht of een warmteterugwinning die deels wordt tenietgedaan, is de impact van dit gebrek meestal beperkter. De Venningwijk is een project dat meegaat in de tendens om de componenten in residentiële gebouwen steeds meer met elkaar te verweven. Hierdoor worden de gebouwen zeer complexe eenheden waar een grondige opvolging veel tijd en moeite vergt. Het nastreven, verifiëren en op elkaar afstemmen van de vele prestatie-eisen die aan dit project zijn gesteld is een hele opgave gebleken. Dit werk heeft zich louter gefocust op de belangrijkste ventilatieaspecten maar verder onderzoek op het wijkverwarmingsnet, het binnenklimaat in de zomer, de warmteverliezen van de ventilatiekanalen en zo veel meer nog ligt helemaal open. Ook daar zal een grondige analyse zonder twijfel op heel wat dubieuze situaties stuiten en daarmee haar nut bewijzen.
| 163
164 |
10 REFERENTIES
[1]
VISIER J.C., Annex 40: Commissioning tools for improved energy performance, International Energy Agency, 2004, p. 9-31
[2]
EUROPESE COMMISSIE, Doelstellingen Europa 2020, ec.europa.eu, 10/08/2014
[3]
EUROSTAT, Energy statistics, epp.eurostat.ec.europa.eu, 10/08/2014
[4]
COSTA A. et al., Building operation and energy performance: Monitoring, analysis and optimisation toolkit, Applied Energy 101, 2013, p. 310-316
[5]
MINER M., Continuous Commissioning, www.neuralenergy.info, 10/08/2014
[6]
SCHMIDT F. et al., Report on energy savings, CO2 reduction and the practicability and cost benefit of developed tools and continuous commissioning, Part 1, Building EQ - WP6, 2009, p. 1-253
[7]
BUILDING EQ, Demonstration building: multi-purpose building, Stuttgart (D), www.buildingeq-online.net, 10/08/2014
[8]
SUNIKKA-BLANK M. en GALVIN R., Introducing the prebound effect: the gap between performance and actual energy consumption, Building Research & Information 40(3), 2012, p. 260-273
[9]
MAJCEN D. et al., Theoretical vs. actual energy consumption of labeled dwellings in the Netherlands: Discrepancies and policy implications, Energy Policy 54, 2013, p. 125-136
[10] ROYAL HASKONING, Commissioning, www.royalhaskoninggebouwinstallaties.com, 10/08/2014 [11] HOUTSMA R., Ontwerpsoftware voor commissioningrapportages, TVVL Magazine 07/08, 2011, p. 12-14 [12] COSTA A. et al., Key factors methodology - A noval support to the decision making process of the building energy manager in defining optimal operation strategies, Energy and Buildings 49, 2012, p. 158-163 | 165
[13] NAKAHARA N. et al., Defining Commissioning Process/Tools using Model Quality Control Matrix, National Conference on Building Commissioning, 2004 [14] WIKIPEDIA, Energiemonitoring, nl.wikipedia.org, 10/08/2014 [15] BRAGA L.C. et al., On the characterization and monitoring of building energy demand using statistical process control methodologies, Energy and Buildings 65, 2013, p. 205-219 [16] WIKIPEDIA, Gebouwbeheersysteem, nl.wikipedia.org, 10/08/2014 [17] JANG W.-S. et al., Wireless sensor networks as part of a web-based building environmental monitoring system, Automation in Construction 17 (6), 2008, p. 729-736 [18] O’DONNELL J., Specification and communication of building performance information for holistic environmental and energy management, University College Cork, 2009 [19] LEBRUN J. en ANDRÉ P., Annex 40: Commissioning tools for improved energy performance, International Energy Agency, 2004, p. 32-65 [20] CHOINIERE D. et al., Annex 40: Commissioning tools for improved energy performance, International Energy Agency, 2004, p. 66-81 [21] LUTZENHISER L., Social and behavioral aspects of energy use, Annual Review of Energy Environment 18, 1993, p. 247-289 [22] BRAGA L., Estudo de aspectos de eficiência energética de edificações uma abordagem de automação predial, 2007, p. 113-117 [23] PAGE E.S., Continuous inspection schemes, Biometrika 41, 1954, p. 100-115 [24] BRAGA L., Validação ampla de operação de edificações, 2013, p. 42-49 [25] GUSTAFSSON F., Adaptive filtering and change detection, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, 2000, p. 1-496
166 |
[26] WIKIPEDIA, Bouwwerk informatie model, nl.wikipedia.org, 10/08/2014 [27] Watson JR et al., Post Construction BIM implementations and facility asset management, Journal of Building Information Modeling, 2009, p. 34-35 [28] Raftery P. et al., Calibrating whole building energy models: an evidence-based methodology, Energy and Buildings 43, 2001, p. 2356-2364 [29] ASHRAE, Standard 55-2010, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancey, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2010 [30] HAVES P. en BAUMAN O., Annex 40: Commissioning tools for improved energy performance, International Energy Agency, 2004, p. 82-104 [31] KMI, Huidig klimaat België, www.meteo.be, 10/08/2014 [32] NIEUWSBLAD, Waarom het amper winter was deze winter, www.nieuwsblad.be, 20/03/2014 [33] NIEUWSBLAD, We stookten deze winter 40% minder, www.nieuwsblad.be, 14/03/2014 [34] BURO II & ARCHI+I, Sociale woonwijk Venning Kortrijk, www.b2ai.com, 10/08/2014 [35] CONCERTO Plus, Concerto, a cities' guide to a sustainable built environment, 2010 [36] VAN GESTEL E., Energetische analyse van een CO2-neutrale woonwijk in situ: normalisatie van het energieverbruik in functie van het buitenklimaat en het gebruikersgedrag, Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2014 [37] DEVOC T J. en D’ ONDT K., Optimalisatie van wijkverwarmingsnetten a.d.h.v. dynamische simulaties: analyse van een sociale woonwijk, Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2012
| 167
[38] TEMMERMAN F. en VANDENBROUCKE C., Energetische analyse van wijken in situ: invloed van het bewonersgedrag met focus op thermisch comfort, Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2012 [39] VAN CAMPEN M., Intelligente systemen voor communicatie over het energiegebruik in een CO2-neutrale woonwijk, Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2013 [40] PIERS I., ECO-Life Venning - CO2-neutrale woonwijk in Kortrijk, Energiedag VVSG, 2013 [41] VAN MARCKE, Presentatie De Venning - Frederik Carrein BURO II & ARCHI+I, press.vanmarcke.com, 10/08/2014 [42] ONSET, Hobo data loggers, products, www.onsetcomp.com, 10/08/2014 [43] CO2METER, CO2 measurement specialists data-loggers, www.co2meter.com, 10/08/2014 [44] ACIN INSTRUMENTEN BV, Producten FlowFinder mk-2, acin.nl, 10/08/2014 [45] GOINS J. en MOEZZI M., Linking occupant complaints to building performance, Building Research & Information, 41 (3), 2013, p. 361-372 [46] WTCB, Luchtdicht bouwen, www.wtcb.be, 10/08/2014 [47] EPC-PLATFORM, Blowerdoortest - luchtdichtheidsmeting, www.epc-platform.be, 10/08/2014 [48] RIETKERK J., Energiebesparende installatiecomponenten in de praktijk, De toepassing van het warmtewiel, masterproject Technische Universiteit Eindhoven, Eindhoven, 2007, p. 1-89 [49] VAN ESCH B.P.M. et al., syllabus Procestechnische Constructies I, hoofdstuk 5: Warmtewisselaars, Technische Universiteit Eindhoven, w3.wtb.tue.nl, 10/08/2014, p. 71-103 [50] KLINGENBURG GMBH, Rotors for air conditioning technology, Storage mass types, www.klingenburg.de, 10/08/2014
168 |
[51] DE PAEPE M., syllabus Technische Thermodynamica, hoofdstuk 2: Algemene ontwerpmethodes voor warmtewisselaars, Universiteit Gent, Gent, s.d. [52] HOLTSLAG B. et al., syllabus Inleiding Atmosfeer, college 3: Vocht in de atmosfeer, Wageningen University & Research Centre, Wageningen, 10/08/2014, www.met.wau.nl [53] JANSSENS A., syllabus Bouwfysische aspecten van gebouwen, hoofdstuk 2: Vochtbeheersing in gebouwen, Universiteit Gent, 2011 [54] VLAAMS ENERGIEAGENTSCHAP, www.energiesparen.be, 10/08/2014 [55] WEGEN EN VERKEER, Geluidsdrukniveaus, www.wegenenverkeer.be, 10/08/2014 [56] WTCB, Ventilatie in kantoorgebouwen, Naar een betere formulering van de eisen…, Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Afdeling Bouwfysica en Binnenklimaat, 2005
| 169
170 |
11 LIJST VAN FIGUREN
FIGUUR 2-1: JAARLIJKS ENERGIEVERBRUIK VAN EEN BUILDING EQ-GEVALSTUDIE TE STUTTGART [7]
8
FIGUUR 2-2: EEN PROJECT DASHBOARD DIE DE UITGESPAARDE ENERGIEKOSTEN UITZET IN FUNCTIE VAN DE TIJD.
10
FIGUUR 3-1: DE TYPES COMMISSIONING EN EEN BEPERKTE OPSOMMING VAN DE BIJHORENDE TAKEN IN FUNCTIE VAN DE FASES VAN HET BOUWPROCES [1]
16
FIGUUR 3-2: SCHEMATISCHE VOORSTELLING VAN DE KEUZE VOOR EEN VAN DE VIJF STANDAARDMODELLEN.
23
FIGUUR 3-3: MQC-MATRIX MET ACHTEREENVOLGENS EEN ONDERWERPSHEET EN INVOERSHEET [13]
24
FIGUUR 4-1: EEN PERFORMANCE FRAMEWORK TOOL [4]
26
FIGUUR 4-2: EEN TIJDREEKSDIAGRAM MET STATISTISCHE MARGES [6]
31
FIGUUR 4-3: EEN SPREIDINGSDIAGRAM MET EEN GROEPERING VAN WEEK- EN WEEKENDDAGEN [4]
31
FIGUUR 4-4: EEN TAPIJTDIAGRAM MET EEN MEETPUNT IEDER UUR GEDURENDE EEN ZEVENTAL MAANDEN [4]
32
FIGUUR 4-5: EEN SPREIDINGSDIAGRAMMATRIX [6]
32
FIGUUR 4-6: EEN DOOSDIAGRAM WAAR DE UITERSTE MEETPUNTEN AFZONDERLIJK WORDEN AANGEDUID [6]
33
FIGUUR 4-7: SCHEMATISCHE WEERGAVE VAN DE MTS-MODULE VAN BRAGA [15]
36
FIGUUR 4-8: DRIEDIMENSIONALE VOORSTELLING VAN EN DWARSE SNEDE DOORHEEN EEN MULTIKANAALSTRUCTUUR
37
FIGUUR 4-9: MULTIKANAALMATRIX
37
FIGUUR 4-10: HET CONVERGENT GEDRAG VAN DE ONZEKERHEID IN FUNCTIE VAN DE TIJD [15]
38
FIGUUR 4-11: VOORBEELD VAN EEN STATUSVLAG ‘GEPLAND’ [15]
39
FIGUUR 4-12: HET SAMENSTELLEN VAN EEN GEPLAND PROFIEL [15]
40
| 171
FIGUUR 4-13: DE DREMPELWAARDE H EN DE TESTAFWIJKING Ν IN FUNCTIE VAN HET AANTAL ALARMERINGEN [25]
42
FIGUUR 4-14: VOORBEELD VAN EEN CUSUM-ALARM [15]
42
FIGUUR 4-15: SCHEMATISCHE WEERGAVE VAN DE KEY FACTORS METHODOLOGIE VAN COSTA [4]
46
FIGUUR 4-16: GEMIDDELD JAARLIJKS GASVERBRUIK IN FUNCTIE VAN DE NEDERLANDSE ENERGIELABELING [9]
51
FIGUUR 6-1:
61
FIGUUR 6-2: ONSET-HOBO, BUITENKLIMAATMETINGEN [42]
66
FIGUUR 6-3: ONSET-HOBO, BINNENKLIMAATMETINGEN [42]
66
FIGUUR 6-4: ONSET-HOBO, VENTILATIEMETINGEN [42]
66
FIGUUR 6-5: CO2METER, LUCHTKWALITEITMETINGEN [43]
66
FIGUUR 6-6: BLOWERDOORTEST
68
FIGUUR 6-7: FLOWFINDER, DEBIETMETINGEN [44]
68
FIGUUR 6-8: CUMULATIEVE DISTRIBUTIE VAN GEBOORTEJAREN
70
FIGUUR 6-9: ABSOLUUT VERBRUIK IN KWH PER APPARTEMENTSTYPE PER INSTELTEMPERATUUR
75
FIGUUR 6-10: RELATIEF VERBRUIK IN % PER APPARTEMENTSTYPE PER INSTELTEMPERATUUR
75
FIGUUR 6-11: TEMPERATUREN TIJDENS EEN ZOMERWEEK VAN EEN TYPE B-APPARTEMENT INGESTELD OP 5°C
75
FIGUUR 6-12: TEMPERATUREN TIJDENS EEN WINTERWEEK VAN EEN TYPE B-APPARTEMENT INGESTELD OP 5°C
75
FIGUUR 7-1: ENKELE ONZORGVULDIGE UITVOERINGEN EN ONGEWENSTE VERSCHIJNSELEN DOOR GEBRUIK
79
FIGUUR 7-2: NORMALE DISTRIBUTIE VAN DE KWALITEITSTEST
80
FIGUUR 7-3: VERSCHIL TUSSEN ONDER- EN OVERDRUKMETINGEN
80
FIGUUR 7-4: VERGELIJKING VAN DE NORMALE DISTRIBUTIES
81
FIGUUR 7-5: NORMALE DISTRIBUTIE VAN DE EIGEN METINGEN
81
172 |
FIGUUR 7-6: VERGELIJKING VAN DE ABSOLUTE N50-METINGEN
82
FIGUUR 7-7: NORMALE DISTRIBUTIE VAN HET VERSCHIL IN N50
82
FIGUUR 7-8: TEMPERATUREN TIJDENS EEN WINTERWEEK VAN DE LEEFRUIMTE VAN EEN TYPE B-APPARTEMENT INGESTELD OP 23°C
84
FIGUUR 7-9: TEMPERATUREN TIJDENS EEN WINTERWEEK VAN DE LEEFRUIMTE VAN EEN TYPE B-APPARTEMENT INGESTELD OP 23°C
84
FIGUUR 8-1:
87
FIGUUR 8-2: BASISFIGUUR VAN DE VENTILATIESTROMEN IN DE LUCHTGROEP
88
FIGUUR 8-3:
88
FIGUUR 8-4: VERLOOP VAN DE VENTILATIESTROMEN IN HET MOLLIERDIAGRAM BIJ EEN CONDENSATIE- EN ENTHALPIEROTOR [50]
90
FIGUUR 8-5: SCHEMATISCHE VOORSTELLING VOOR DE BEREKENING VAN DE VOELBARE EN LATENTE DOELMATIGHEID
92
FIGUUR 8-6: TEMPERATUURVERLOPEN VAN DE LUCHTSTROMEN VAN LUCHTGROEP B/C TEGEN DE RECHTERAS EN VERLOOP VAN DE EFFECTIVITEITEN TEGEN DE LINKERAS 93 FIGUUR 8-7: CAPACITIEVE VERHOUDING OP BASIS VAN DE VOELBARE EFFECTIVITEITEN UITGEZET IN DE TIJD
94
FIGUUR 8-8: TRENDLIJNEN VOOR DE PULSIE-EFFECTIVITEIT, DE EXTRACTIE-EFFECTIVITEIT EN DE CAPACITIEVE VERHOUDING VOOR LUCHTGROEP B/C
94
FIGUUR 8-9: TEMPERATUURVERLOPEN VAN DE VENTILATIESTROMEN EN VERLOOP VAN DE EFFECTIVITEITEN GEDURENDE ÉÉN WEEK
101
FIGUUR 8-10: VERLOOP VAN DE PULSIE-EFFECTIVITEIT EN DE TOEVOERTEMPERATUREN GEDURENDE ÉÉN WEEK
102
FIGUUR 8-11: VERLOOP VAN DE EXTRACTIE-EFFECTIVITEIT EN DE TOEVOERTEMPERATUREN GEDURENDE ÉÉN WEEK
102
FIGUUR 8-12: VENTILATIETEMPERATUREN, PULSIE-EFFECTIVITEIT EN EXTRACTIE-EFFECTIVITEIT IN FUNCTIE VAN DE BUITENTEMPERATUUR
103
FIGUUR 8-13: SCHEMA ALS HULP BIJ DE ZOEKTOCHT NAAR DE OORZAAK WAAROM DE EFFECTIVITEITEN NIET CONSTANT ZIJN IN FUNCTIE VAN DE BUITENTEMPERATUUR 105 FIGUUR 8-14: VERANDERING VAN DE TEMPERATUURVERLOPEN NA VERMENGING MET EEN ANDERE LUCHTSTROOM
106
FIGUUR 8-15: VOCHTIGHEDEN VAN DE VENTILATIESTROMEN TEGEN DE RECHTERAS EN VERLOOP VAN DE EFFECTIVITEITEN TEGEN DE LINKERAS
109
FIGUUR 8-16: CAPACITIEVE VERHOUDING OP BASIS VAN DE LATENTE EFFECTIVITEITEN UITGEZET IN DE TIJD
109
| 173
FIGUUR 8-17: SCHEMATISCHE VOORSTELLING VAN DE VERSCHILLENDE EFFECTIVITEITEN IN HET MOLLIERDIAGRAM
111
FIGUUR 8-18: SCHEMATISCHE VOORSTELLING VAN DE VERSCHILLENDE EFFECTIVITEITEN IN HET MOLLIERDIAGRAM
112
FIGUUR 8-19: BASISSCHEMA VAN DE LUCHTSTROMEN
117
FIGUUR 8-20: TEMPERATUURVERLOPEN VAN DE LUCHTSTROMEN VAN LUCHTGROEP A TEGEN DE RECHTERAS EN VERLOOP VAN DE EFFECTIVITEITEN TEGEN DE LINKERAS 124 FIGUUR 8-21: TRENDLIJNEN VOOR DE PULSIE-EFFECTIVITEIT, DE EXTRACTIE-EFFECTIVITEIT EN DE CAPACITIEVE VERHOUDING VOOR LUCHTGROEP A
124
FIGUUR 8-22: TEMPERATUURVERLOPEN VAN DE LUCHTSTROMEN VAN LUCHTGROEP D TEGEN DE RECHTERAS EN VERLOOP VAN DE EFFECTIVITEITEN TEGEN DE LINKERAS 125 FIGUUR 8-23: RELATIEF VERBRUIK IN % PER APPARTEMENTSTYPE PER INSTELTEMPERATUUR BIJ Ε=0
128
FIGUUR 8-24: INBLAASTEMPERATUUR EN VENTILATIEVERBRUIK TIJDENS EEN WINTERWEEK VAN EEN TYPE C-APPARTEMENT INGESTELD OP 5°C
129
FIGUUR 8-25: INBLAASTEMPERATUUR EN VENTILATIEVERBRUIK TIJDENS EEN ZOMERWEEK VAN EEN TYPE C-APPARTEMENT INGESTELD OP 5°C
129
FIGUUR 8-26: TEMPERATUREN VAN EEN TYPE C-APPARTEMENT OP 5°C
129
FIGUUR 8-27: TEMPERATUREN VAN EEN TYPE C-APPARTEMENT OP 5°C
129
FIGUUR 8-28: DEBIETEN IN EEN WONING VAN BLOK A
132
FIGUUR 8-29: DEBIETEN IN EEN WONING VAN BLOK C
132
FIGUUR 8-30: DEBIETEN IN EEN WONING VAN BLOK D
132
FIGUUR 8-31: OVERZICHT VAN DE DEBIETMETINGEN IN DE LEEFRUIMTE VAN DE STEEKPROEFAPPARTEMENTEN
134
FIGUUR 8-32: OVERZICHT VAN DE DEBIETMETINGEN IN DE KEUKEN VAN DE STEEKPROEFAPPARTEMENTEN
134
FIGUUR 8-33: OVERZICHT VAN DE DEBIETMETINGEN IN DE SLAAPKAMER VAN DE STEEKPROEFAPPARTEMENTEN
135
FIGUUR 8-34: OVERZICHT VAN DE DEBIETMETINGEN IN DE BADKAMER VAN DE STEEKPROEFAPPARTEMENTEN
135
FIGUUR 8-35: GESLOTEN VENTILATIEMOND (33 M³/H) EN OPEN VENTILATIEMOND (57 M³/H)
137
FIGUUR 8-36: VERSCHIL TUSSEN EEN TRANSLATIE EN EEN VERSCHALING VAN DE CO2-RESULTATEN
139
174 |
FIGUUR 8-37: CO2-VERLOOP NA TRANSLATIE VOOR DE LEEFRUIMTE VAN W06
140
FIGUUR 8-38: CO2-VERLOOP NA TRANSLATIE VOOR DE SLAAPKAMER VAN W06
140
FIGUUR 8-39: CO2-VERLOOP NA VERSCHALING VOOR DE LEEFRUIMTE VAN W06
140
FIGUUR 8-40: CO2-VERLOOP NA TRANSLATIE VOOR DE SLAAPKAMER VAN W06
140
FIGUUR 8-41: CO2-VERLOOP NA VERSCHALING VOOR DE SLAAPKAMER VAN W06
140
FIGUUR 8-42: CO2-VERLOOP NA TRANSLATIE VOOR DE LEEFRUIMTE VAN W12
142
FIGUUR 8-43: CO2-VERLOOP NA TRANSLATIE VOOR DE SLAAPKAMER VAN W12
142
FIGUUR 8-44: TEMPERATUREN VAN EEN TYPE C-APPARTEMENT OP 5°C TIJDENS EEN WINTERWEEK MET EEN KWART VAN DE ONTWERPDEBIETEN
144
FIGUUR 8-45: TEMPERATUREN VAN EEN TYPE C-APPARTEMENT OP 5°C TIJDENS EEN ZOMERWEEK MET EEN KWART VAN DE ONTWERPDEBIETEN
144
FIGUUR 8-46: ABSOLUUT VERBRUIK IN KWH PER APPARTEMENTSTYPE PER INSTELTEMPERATUUR MET EEN KWART VAN DE ONTWERPDEBIETEN
144
FIGUUR 8-47: PULSIE- EN EXTRACTIETEMPERATUREN T.H.V. DE LUCHTGROEP EN W04
146
FIGUUR 8-48: INBLAASTEMPERATUUR VAN W04 I.F.V. DE BUITENTEMPERATUUR
146
FIGUUR 8-49: PULSIE- EN EXTRACTIETEMPERATUREN T.H.V. DE LUCHTGROEP EN W03
146
FIGUUR 8-50: INBLAASTEMPERATUUR VAN W03 I.F.V. DE BUITENTEMPERATUUR
146
FIGUUR 8-51: VENTILATIEVERBRUIK BEREKEND VOOR W03
148
FIGUUR 8-52: INBLAASTEMPERATUUR BEREKEND VOOR W03
148
FIGUUR 8-53: PULSIE- EN EXTRACTIETEMPERATUREN T.H.V. DE LUCHTGROEP EN W11
150
FIGUUR 8-54: INBLAASTEMPERATUUR VAN W11 I.F.V. DE BUITENTEMPERATUUR
150
FIGUUR 8-55: PULSIE- EN EXTRACTIETEMPERATUREN T.H.V. DE LUCHTGROEP EN W12
150
FIGUUR 8-56: INBLAASTEMPERATUUR VAN W12 I.F.V. DE BUITENTEMPERATUUR
150
FIGUUR 8-57: PULSIE- EN EXTRACTIETEMPERATUREN T.H.V. DE LUCHTGROEP EN W01
151
| 175
FIGUUR 8-58: INBLAASTEMPERATUUR VAN W01 I.F.V. DE BUITENTEMPERATUUR
151
FIGUUR 8-59: BEREKENDE WATERDEBIETEN VOOR W01
151
FIGUUR 8-60: PRINCIPE VAN DE NAVERWARMINGSBATTERIJ
152
FIGUUR 8-61: VERBRUIK VAN W01
154
FIGUUR 8-62: VERBRUIK VAN W04
154
FIGUUR 8-63: VERBRUIK VAN W11
154
FIGUUR 8-64: BEREKEND VENTILATIEVERBRUIK VAN W04 MET ΘNAV VAN 19°C NAAR 21°C
156
FIGUUR 8-65: BEREKEND VENTILATIEVERBRUIK VAN W04 MET Ε VAN 60% NAAR 0%
156
FIGUUR 8-66: BEREKEND VENTILATIEVERBRUIK VAN W04 MET V VAN 195 M³/H NAAR 43 M³/H
156
FIGUUR 8-67: BEREKEND VENTILATIEVERBRUIK VAN W04 MET ΘNAV = 21°C, Ε = 0% EN V = 43 M³/H
156
FIGUUR 8-68: TEMPERATUREN TIJDENS EEN WINTERWEEK VAN EEN TYPE A-APPARTEMENT INGESTELD OP 24°C
158
FIGUUR 8-69: TEMPERATUREN TIJDENS EEN ZOMERWEEK VAN EEN TYPE A-APPARTEMENT INGESTELD OP 24°C
158
FIGUUR 8-70: INBLAASTEMPERATUUR EN VENTILATIEVERBRUIK TIJDENS EEN WINTERWEEK VAN EEN TYPE A-APPARTEMENT INGESTELD OP 24°C
158
FIGUUR 8-71: INBLAASTEMPERATUUR EN VENTILATIEVERBRUIK TIJDENS EEN ZOMERWEEK VAN EEN TYPE A-APPARTEMENT INGESTELD OP 24°C
158
FIGUUR 9-1: INBLAASTEMPERATUUR EN VENTILATIEVERBRUIK TIJDENS EEN ZOMERWEEK VAN EEN TYPE D-APPARTEMENT INGESTELD OP 5°C
161
FIGUUR 9-2: INBLAASTEMPERATUUR EN VENTILATIEVERBRUIK TIJDENS EEN WINTERWEEK VAN EEN TYPE D-APPARTEMENT INGESTELD OP 5°C
161
FIGUUR 9-3: TEMPERATUREN TIJDENS EEN WINTERWEEK VAN EEN TYPE C-APPARTEMENT INGESTELD OP 5°C
162
FIGUUR 9-4: TEMPERATUREN TIJDENS EEN ZOMERWEEK VAN EEN TYPE C-APPARTEMENT INGESTELD OP 5°C
162
176 |
12 LIJST VAN TABELLEN
TABEL 4-1: VOORBEELD HOE VERSCHILLENDE KF-REEKSEN MET ELKAAR VERGELEKEN KUNNEN WORDEN [12]
47
TABEL 6-1: EIGENSCHAPPEN EN AANDEEL IN DE POPULATIE VAN IEDER APPARTEMENTSTYPE
60
TABEL 6-2: HET AANTAL APPARTEMENTEN IN DE WIJK EN DE STEEKPROEF PER APPARTEMENTSTYPE
65
TABEL 6-3: HET AANTAL APPARTEMENTEN IN DE WIJK EN DE STEEKPROEF PER APPARTEMENTSBLOK
65
TABEL 6-4: OVERZICHT MEETTOESTELLEN, BIJHORENDE SOFTWARE EN
67
TABEL 6-5: OVERZICHTSTABEL VAN HET AANTAL APPARTEMENTEN PER TYPE EN PER INSTELTEMPERATUUR
71
TABEL 6-6: OVERZICHT VORIGE WONING VAN DE GEËNQUÊTEERDEN
71
TABEL 6-7: OVERZICHTSTABEL VAN HET VERBRUIK T.O.V. REFERENTIEWAARDEN PER TYPE
73
TABEL 6-8: OVERZICHTSTABEL VAN HET VERBRUIK T.O.V. ÉÉN REFERENTIEWAARDE
74
TABEL 7-1: OVERZICHTSTABEL VAN HET VERBRUIK MET N50
83
TABEL 7-2: OVERZICHTSTABEL VAN HET VERBRUIK MET N50
84
TABEL 8-1: DE GEMETEN EIGENSCHAPPEN VAN DE VENTILATIESTROMEN OP 12 JANUARI 2014, 6U00
113
TABEL 8-2: AANGEPASTE EIGENSCHAPPEN VOOR SITUATIE 1
115
TABEL 8-3: AANGEPASTE EIGENSCHAPPEN VOOR SITUATIE 2
115
TABEL 8-4: AANGEPASTE EIGENSCHAPPEN VOOR SITUATIE 3
116
TABEL 8-5: AANGEPASTE EIGENSCHAPPEN VOOR SITUATIE 1
116
TABEL 8-6: DE GEMETEN EIGENSCHAPPEN VAN DE VENTILATIESTROMEN OP 12 JANUARI 2014, 6U00
116
| 177
TABEL 8-7: OPSOMMING VAN DE PRO’S EN CONTRA’S VAN IEDERE MOGELIJKHEID VAN LEKKAGE
122
TABEL 8-8: OVERZICHTSTABEL VAN HET VERBRUIK MET Ε VAN 0,6 NAAR 0
129
TABEL 8-9: OVERZICHT VAN DE VENTILATIENORM EN DE ONTWERPDEBIETEN
130
TABEL 8-10: DEBIET- EN GELUIDSMETINGEN OP NIVEAU 3 VAN BLOK B
132
TABEL 8-11: DEBIET- EN GELUIDSMETINGEN OP HET GELIJKVLOERS VAN BLOK B
133
TABEL 8-12: DEBIET- EN GELUIDSMETINGEN IN BLOK A
137
TABEL 8-13: DEBIET- EN GELUIDSMETINGEN IN BLOK C
137
TABEL 8-14: BEZETTING PER TYPE APPARTEMENT
138
TABEL 8-15: DEFINIËRING VAN DE VIER IDA-KLASSES
138
TABEL 8-16: OVERZICHTSTABEL VAN HET VERBRUIK MET EEN VIERDE VAN DE OORSPRONKELIJKE DEBIETEN
143
TABEL 8-17: OVERZICHTSTABEL VAN HET VERBRUIK MET ΘNAV VAN 19°C NAAR 21°C
155
TABEL 9-1: HET VERSCHIL TUSSEN DE SYNTHESESIMULATIE MET DE ONTWERPPARAMETERS
160
TABEL 9-2: OVERZICHTSTABEL VAN HET VERBRUIK MET DE VIER AANGEPASTE PARAMETERS
160
178 |
BIJLAGE A, SIMULATIEMODEL
De simulaties in dit werk gebeurden met behulp van het softwarepakket TRNSYS 17.0, uitgegeven in juli 2010 door de universiteit van Wisconsin. De basis van dit simulatieprogramma steunt op een modulaire structuur waarbinnen tal van componentenoutputs verbonden kunnen worden met de inputs van andere componenten. TRNSYS bevat een bibliotheek waarin heel wat vaak voorkomende standaardcomponenten opgelijst zijn, zodat de gebruiker niet rechtstreeks geconfronteerd wordt met de mathematische modellen die erachter schuil gaan. De belangrijkste component is zonder twijfel de ‘Multizone Building’ waarvan de geometrie en verscheidene installatiegerelateerde aspecten via afzonderlijke software, TRNBuild, nauwkeurig vastgelegd worden. Door de aaneenschakeling van elementen biedt deze software de mogelijkheid om gedetailleerde analyses uit te voeren. Vooral in complexe situaties waarbij tijdsgebonden factoren zoals klimaatgegevens, gebruikersgedrag, beschaduwing, etc. een belangrijke rol spelen, levert dit heel wat bijkomende informatie. Om die reden is de TRNSYS-software een geschikt hulpmiddel bij de analyse van lage energiegebouwen en hun HVAC-systemen. Ondanks de flexibiliteit waarmee componenten kunnen toegevoegd worden, is een zekere behoedzaamheid in het beoordelen van het simulatiemodel steeds aan de orde. Hoewel gepoogd wordt de realiteit zo goed mogelijk te benaderen door het bewust definiëren van een
zeker aantal variabelen, in functie van het te onderzoeken onderwerp, mogen de resultaten niet als dusdanig zonder meer geïnterpreteerd worden als een weerspiegeling van de werkelijkheid. Reële situaties zijn zodanig complex en vatbaar voor afwijkingen dat de ene uitzondering op het standaardprofiel de andere opvolgt. Omzichtigheid met het vergelijken van de in situ gemeten data en de gegenereerde resultaten uit het simulatiemodel is dus geboden. Dit betekent echter niet dat deze simulatiemodellen nauwelijks of geen waarde hebben. Ze bieden bijvoorbeeld de mogelijkheid om, wanneer een zekere variabele verandert, een redelijke inschatting te maken van temperatuursverschillen, veranderingen in energieverbruik en dergelijke meer. Daarom dienen in dit werk simulatieresultaten in de eerste plaats voor de vergelijking met andere simulaties. Pas in tweede instantie wordt er gezocht naar parallellen met werkelijke meetdata. Deze bijlage heeft tot doel het opgestelde simulatiemodel toe te lichten. In het bijzonder geeft ze een overzicht van de manier waarop de gehanteerde componenten in het model vervat zitten, van hoe de externe bestanden opgebouwd zijn en welke aannames hierbij gekozen worden. Aan de hand van een beperkt aantal simulatieresultaten, vertrekkende vanuit een basis ontwerpsituatie, krijgen deze aspecten verdere duiding.
| 179
A.1 MULTIZONE BUILDING Centraal in het model staat de ‘Multizone Building’ (type 56). Via TRNBuild legt deze component in de eerste plaats alle gebruikte materialen vast, evenals de oppervlaktes van de afzonderlijke appartementen van Venning Fase 1. Hierbij vormen de
VF1_EF_TUSSENVL Vloerbekleding Dekvloer Akoestische isolatie Uitvullaag Predallen
d
λ
[m]
[kJ/hmK]
0,01 0,06 0,01 0,18 0,20
3,6 1,69 0,15 0,09 7,56
U-waarde
VF1_EW_METSELW Binnenpleister Metselwerk Isolatie Spouw Gevelmetselwerk U-waarde
VF1_WINDOW_XXX
180 |
d
λ
[m]
[kJ/hmK]
Isolatie
0,01 0,25 0,12 0,25
Dakdichting
0,005
1,26 7,56 0,54 0,09 0,61
VF1_ER_PLATDAK Binnenpleister Predallen Hellingsbeton
0,13 W/m²K
d
λ
[m]
[kJ/hmK]
0,01 0,15 0,20 0,04 0,10
1,26 3,28 0,09 2,16
U-waarde
VF1_EW_PLEISTER Binnenpleister Metselwerk Isolatie Buitenpleister
0,12 W/m²K
U-waarde [W/m²K]
Glas
0,59
Kader
0,9
architectuurplannen en het lastenboek de belangrijkste referenties voor het vastleggen van afmetingen, materiaaldiktes en -eigenschappen. Onderstaande tabellen geven eerst een overzicht van de verschillende wanden (“W”), vloeren (“F”) en het dak (“R”), in binnen- (“I”) of buitenomgeving (“E”), en vervolgens van de ramen en deuren, elk gekenmerkt door een eigen unieke inputcodering.
U-waarde
VF1_DOOR_ADJ Kader
VF1_EW_BETON Binnenpleister Metselwerk Isolatie Spouw Betonplaat
0,09 W/m²K
d
λ
[m]
[kJ/hmK]
0,01 0,15 0,27 0,005
1,26 3,28 0,13 3,13
[W/m²K]
2,27
λ
[m]
[kJ/hmK]
0,01 0,15 0,20 0,04 0,20
1,26 3,28 0,09 7,56
U-waarde
VF1_IW_KOKER Binnenpleister Metselwerk Isolatie Metselwerk
0,13 W/m²K
U-waarde
d
U-waarde
VF1_DOOR_EXT Kader
0,12 W/m²K
d
λ
[m]
[kJ/hmK]
0,01 0,10 0,08 0,15
1,26 1,76 0,13 3,28
0,36 W/m²K
U-waarde [W/m²K]
0,54
VF1_IF_TUSSENVL Vloerbekleding Dekvloer Akoestische isolatie Uitvullaag Predallen Binnenpleister U-waarde
d
λ
[m]
[kJ/hmK]
0,01 0,06 0,01 0,12 0,25 0,01
3,6 1,69 0,15 0,09 7,56 1,26
0,18 W/m²K
VF1_IW_TUSSNAPP Binnenpleister Metselwerk Isolatie Metselwerk Binnenpleister U-waarde
Het TRNbuild-bestand is in verschillende zones opgedeeld, waarbij iedere afgesloten ruimte een afzonderlijke zone vormt. Zo bestaat een appartement met één slaapkamer uit 6 zones, een appartement met twee slaapkamers uit 8 zones en een duplexappartement uit 10 zones. Iedere zone wordt, naast de scheidende wanden, gekenmerkt door verschillende inputs. Hierbij zijn infiltratie, ventilatie, verwarming en interne warmtewinsten de 4 voornaamste factoren die iedere zone kunnen beïnvloeden. Onderstaande tabel geeft een overzicht van de unieke codering van de inputs bij iedere zone.
d
λ
[m]
[kJ/hmK]
0,01 0,15 0,16 0,15 0,01
1,26 3,28 0,13 3,28 1,26
0,20 W/m²K
VF1_IW_INAPP Binnenpleister Metselwerk Binnenpleister
U-waarde
d
λ
[m]
[kJ/hmK]
0,01 0,10 0,01
1,26 1,76 1,26
2,59 W/m²K
blowerdoortest uit. De daaruit resulterende luchtverversing bij 50 Pa, n50 [1/h], wordt in de basissimulatie als input van de infiltratie gebruikt, weliswaar na deling door een arbitrair gekozen factor 11 om de reële situatie bij een 2-tal Pa te benaderen. Uit eigen metingen bleek dat de waarden zoals vastgelegd door de gespecialiseerde aannemer eerder aan de positieve kant liggen. Wanneer in de simulatieresultaten van dit werk de waarden uit eigen metingen werden gehanteerd, wordt dit expliciet vermeld.
Ventilatie Infiltratie De uitvoeringskwaliteit van de bouwschil hangt in de eerste plaats sterk af van de zorg en het vakmanschap van de verschillende aannemers. Na verloop van tijd zal de manier waarop de bewoner het appartement gebruikt ook steeds meer een rol beginnen spelen. Enkel door de uitvoering van een pressurisatieproef kan een realistische inschatting van het lekkende luchtdebiet gemaakt worden in functie het opgelegde drukverschil. In januari 2013 voerde een gespecialiseerd aannemer voor iedere woning een
Het ventilatiesysteem voorziet verse lucht in alle slaapkamers en in de leefruimte. Deze verse buitenlucht heeft andere condities dan de in de woning heersende omstandigheden. De ventilatie in iedere toevoerruimte wordt op twee manieren gekenmerkt. Enerzijds duidt de code “V_T_ ” op de temperatuur van de pulsielucht, uitgedrukt in °C. De warmteterugwinning ter hoogte van de ventilatiegroep en naverwarmingsbatterij in de woning bepalen deze input. Meer informatie hierover staat beschreven bij A.2 Luchtverwarming. Anderzijds legt de code “V_ ” het debiet van | 181
Zone
Infiltratie
Ventilatie
SLAAPKAMER1 SLAAPKAMER2
INFILTRATIE INFILTRATIE
V_SLAAPKAMER1 V_SLAAPKAMER2
SLAAPKAMER3 BADKAMER GANG
INFILTRATIE INFILTRATIE INFILTRATIE
V_SLAAPKAMER3
LEEFRUIMTE HAL WC
INFILTRATIE INFILTRATIE INFILTRATIE
V_LEEFRUIMTE
BERGING KOKER
INFILTRATIE
de pulsielucht vast, uitgedrukt in kg/h. Het basismodel vertrekt iedere keer vanuit de vastgelegde ontwerpdebieten, vermenigvuldigd met de soortelijke massa van lucht (1,29 kg/m³) om van volume- naar massadebiet over te gaan. Na de uitvoering van eigen metingen blijkt er zich een grote discrepantie voor te doen tussen theorie en praktijk. Net zoals bij het infiltratievoud zal bij de simulatieresultaten die gebruik maken van de eigen metingen dit expliciet vermeld worden. Doorstroomopeningen onder de deur voorzien de andere zones van voldoende ventilatie. Op basis van de vastgelegde ontwerpwaarden voor toevoer- en afvoerdebieten worden de doorvoerdebieten uitgerekend volgens de logica van het behoud van massa. De waarden van deze doorvoerdebieten verschillen naargelang de planopbouw van de appartementen en worden verbonden met de inputcodes “V_DV_ _YYY”, waarbij de bronruimte en YYY de bestemmingsruimte voorstelt. Een temperatuursinput voor deze luchtstroom is overbodig aangezien deze bepaald wordt door de temperatuur van de bronruimte. 182 |
Verwarming
Warmtewinsten WINST_S1 WINST_S2
H_BADKAMER
WINST_S3 WINST_BADKAMER
H_LEEFRUIMTE
WINST_LEEFRUIMTE
De grafiek hieronder geeft een overzicht van de ontwerpwaarden voor de pulsie- en extractiedebieten in een tweeslaapkamerappartement zoals ze in het simulatiemodel geïmplementeerd zijn. Ook het doorvoerdebiet vanuit de leefruimte naar de hal is in de grafiek af te lezen. Allen zijn - in ideale ontwerpcondities - natuurlijk constant in de tijd.
Verwarming Twee zones in iedere appartement hebben een verwarmingselement, met name de leefruimte en de badkamer. Hiermee worden enkel de radiatoren bedoeld. De naverwarming van de ventilatielucht wordt buiten beschouwing gelaten aangezien dit aspect reeds deel uitmaakt van het onderdeel ventilatie. De code “ _ ” in TRNBuild voorziet deze ruimtes van een rechtstreekse toevoer aan energie. Op basis van de technische plantekeningen heeft iedere radiator een gelimiteerd vermogen toegewezen gekregen. Voor een doorsnee tweeslaapkamerappartement bedraagt dit bijvoorbeeld 2088 kJ/h voor de badkamer en 3528 kJ/h voor de leefruimte. Het aandeel aan straling van iedere radiator wordt op 20% gezet. Een operatieve ruimtetemperatuur, waarvan de input in de simulatiestudio gecodeerd is volgens “ _ ”, stuurt het al dan niet in werking treden van deze verwarming. De aanpak voor het bepalen van deze parameter wordt in A.3 Ruimteverwarming verder toegelicht.
Warmtewinsten
Warmtebron
Personen
Verlichting en apparatuur
Zone
Winst [W]
Leefruimte
70
Keuken
110
Badkamer
70
Slaapkamer
40
Keuken
20 /m²
Leefruimte
10 /m²
Inactief
5 /m²
inschatting van getalwaarden en gebruikersprofielen. Onderstaande tabel geeft een overzicht van de toegepaste waarden. TRNSYS vraagt bovendien een opdeling te maken tussen het aandeel stralings- en convectieve warmte, met kJ/h als eenheid. Van de totale winst gaat 30% naar straling, WINST_XXX_RAD, en 70% naar convectie, WINST_XXX_CON. Een extern bestand legt het dagelijks profiel van deze warmtewinsten vast. De grafiek hieronder geeft dit profiel van een appartement bewoond door twee personen weer voor drie dagen. Om de leesbaarheid te verhogen zijn de winsten door convectie en straling opgeteld.
Een vierde invloedsfactor op de ruimtes zijn de warmtewinsten door personen, verlichting en andere apparatuur met “WINST_ ” als code. Zoals uit bovenstaande tabel reeds blijkt, houdt het simulatiemodel enkel rekening met interne warmtewinsten in de slaapkamers, de badkamer en de leefruimte. In de andere ruimtes is dit aandeel verwaarloosbaar. De normen EN ISO 8996 en EN ISO 7730 en het document ‘Afspraken voor dynamische simulaties’ opgesteld voor het EPICOOL-project in opdracht van Leefmilieu Brussel, vormen de basis voor de | 183
Warmtewinsten door zonnestraling zijn enigszins complexer. Paragraaf A.4 Beschaduwing licht hieronder de manier toe waarop de totale en directe straling van de zon worden ingerekend. Deze data wordt gelinkt aan de code EXT_SHAD_WINDOWXX die als input bij ieder beschaduwd raam is ingegeven. Deze externe beschaduwingsfactor wordt voor zonneweringen bestaande uit diagonale lamellen met een factor 0,7 vermenigvuldigd. Bij ramen beschaduwd door bovenliggende massieve terrassen blijft deze waarde onveranderd. Verder houdt het model geen rekening met een eventuele interne beschaduwingsfactor, bijvoorbeeld door gordijnen, omwille van de sterk willekeurige aanpasbaarheid ervan.
A.2 LUCHTVERWARMING De ventilatie-inputs gebeuren via een reeks componenten, beginnende met het vastleggen van de debieten van de verschillende zones. De pulsiedebieten worden opgeteld om het totale debiet van de component ‘ eat Exchanger’ (type 91b) te definiëren. Deze waarde zou gelijk moeten zijn aan de som van de afvoerdebieten en wordt daarom zowel met het totale pulsiedebiet als met het totale extractiedebiet verbonden. De temperatuur van de totale pulsielucht is gelijk aan de buitentemperatuur; de temperatuur van de totale extractielucht is gelijk aan het debietgewogen gemiddelde van de temperaturen van de afvoerruimtes. De effectiviteit wordt meestal gelijk gesteld aan de constante waarde van 0,6 maar verandert naar 0 wanneer de buitentemperatuur hoger dan 18°C ligt om rekening te houden met een by-pass-regeling. De soortelijke warmte van het fluïdum, hier lucht, is gelijk aan 0,71 kJ/kgK. Met deze gegevens genereert type 91b de temperatuur en het debiet van de pulsielucht,
184 |
die als input van de component ‘Auxiliary eater’ (type 6) dienen. Deze naverwarmingsbatterij heeft een vermogen van 0,5 kW, of 1800 kJ/h, en een setpunttemperatuur van 19°C. Uit de meetdata blijkt dit echter niet altijd te kloppen. Daarom zal het steeds expliciet vermeld worden wanneer van deze waarden wordt afgeweken. Met eventuele efficiëntie- of warmteverliezen wordt geen rekening gehouden. Type 6 geeft enerzijds het benodigde vermogen om de lucht op te warmen als output. Anderzijds berekent het een nieuwe luchttemperatuur die met de ventilatietemperaturen van de ‘Multizone Building’, V_T_ , kunnen verbonden worden. Onderstaand schema geeft een overzicht hoe de debieten en temperaturen van het ventilatiesysteem bepaald worden. De grafiek toont het verloop van de vier temperaturen in de warmtewisselaar van de ventilatorgroep, evenals de temperatuur van de pulsielucht zoals ze in de woning wordt binnengeblazen, voor een gestandaardiseerde week medio februari. Tegen de rechteras is het verbruik van de naverwarmingsbatterij in kJ/h af te lezen.
| 185
A.3 RUIMTEVERWARMING De temperatuur die bepaalt of het verwarmingssysteem in de ‘Multizone Building’ al dan niet aanslaat staat gelijk aan de luchttemperatuur, T_A_H_XXX. Aangezien de operatieve temperatuur gelijk is aan het gemiddelde van de luchttemperatuur en de stralingstemperatuur, wordt de luchttemperatuur berekend aan de hand van volgende vergelijking:
De operatieve temperatuur wordt vastgelegd voor week- en weekenddagen in de component ‘Temperature Forcing Function’ (type 14a). De stralingstemperatuur is afkomstig van de oppervlaktetemperatuuroutput van de ‘Multizone Building’. Zoals het schema hieronder toont, wordt deze waarde niet rechtstreeks met voornoemde vergelijking verbonden, maar gaat via de ‘Input Value Recall’ (type 93). Door de stralingstemperatuur een tijdstap te vertragen, wordt de traagheid van het verwarmingssysteem en de materialen in rekening gebracht en worden eventuele divergentieproblemen vermeden. Na simulatie geeft dit een lucht-, oppervlakte- en operatieve temperatuur zoals in onderstaande grafiek wordt voorgesteld. Net zoals hierboven toont ook dit simulatieresultaat een week ergens in het midden van de maand februari.
186 |
A.4 BESCHADUWING Het in rekening brengen van beschaduwing in rekenmodellen is een complexe zaak, maar heeft omwille van de grote impact van zonnewinsten in passiefwoningen een belangrijke invloed op de resultaten. De aaneenschakeling van componenten in het simulatiemodel, zoals hierna beschreven, is ter verduidelijk in een schema gevisualiseerd. Omdat op het moment van de analyse van dit werkstuk nog geen gegevens vanuit het weerstation omtrent zonnestraling beschikbaar zijn, start iedere simulatie steeds vanuit een extern bestand waarin allerlei weersgerelateerde data opgelijst staan. Hieruit geeft de component ‘Weather’ (type 15-6) onder andere voor iedere oriëntatie de directe zonnestraling, de diffuse straling vanuit de hemelkoepel en de diffuse zonnestraling gereflecteerd door het grondoppervlak. Beide diffuse stralingen worden per oriëntatie gesommeerd en gelinkt aan de inputs van de ‘Shading Mask’-component (type 67). Samen de hemelcoördinaten van de zon, bepaald door het azimut en de elevatie,
wordt ook de directe zonnestraling met deze component verbonden. Aan de hand van een extern bestand waarin de hemelhoeken van de hindernissen uit de omgeving worden vastgelegd, past het ‘Shading Mask’ de direct en diffuse zonnestraling per oriëntatie aan. Van hieruit wordt de directe zonnestraling, die rekening houdt met de schaduwen uit de omgeving, verbonden met de IB_XXX-inputs van de ‘Multizone Building’. De totale straling, IT_XXX, en de invalshoeken, AI_XXX, komen rechtstreeks vanuit de ‘Weather’-component. De volgende grafieken tonen de outputs betreffende de zonnestraling van het ‘Shading Mask’. Op de bovenste grafiek zijn de directe, diffuse en totale straling voor één oriëntatie, 15 graden afwijkend van het zuiden, af te lezen voor een week in juli. De onderste twee grafieken tonen de directe zonnestraling vanuit vier haakse oriëntaties voor telkens drie dagen. De eerste grafiek, medio juli, toont duidelijk hogere pieken en een langere periode aan directe straling dan de tweede grafiek medio november.
Verder wordt er per raam die van een overhangende zonnewering voorzien is een component ‘Overhang and Wingwall’ (type 34) aangemaakt. De inputs van deze componenten komen opnieuw van de ‘Shading Mask’- en ‘Weather’-component. Van de outputs gebruikt het simulatiemodel enkel de fractie zonnestraling om te koppelen aan de inputs van de externe beschaduwingsfactoren, zoals gedefinieerd in de ‘Multizone Building’. Deze factoren worden 0 wanneer geen schaduw op het raam invalt en 1 wanneer het raam volledig in schaduw gehuld is. Onderstaande grafiek toont deze beschaduwingsfactor gedurende een zomerse week voor een zuidelijk en westelijk georiënteerd raam. Het duidelijk afleesbare dag-nacht-patroon springt meteen in het oog.
| 187
188 |
BIJLAGE B, ENQUÊTE
Zie digitale bijlage
| 189
190 |
BIJLAGE C, MOLLIERDIAGRAMMEN TECHNISCHE FICHE, BEREKENING WINTER TOE
PUL
εpul
EXT
AFV
εext
θ [°C]
-10,0
17,2
84,9%
22,0
-5,2
84,9%
ρ [g/m³]
2,1
8,8
9,7
3,3
φ [-]
0,90
0,60
0,50
0,99
psat [Pa]
285
1966
2649
415
p [Pa]
255
1180
1323
409
θD [°C]
-11,4
9,4
11,1
-5,4
x [g/kg]
1,4
7,2
85,6%
8,2
2,5
85,6%
h [kJ/kg]
-6,2
35,8
85%
43,0
1,0
85%
hvoel / hlat [kJ/kg]
-10,1 / 3,9
17,5 / 18,3
22,5 / 20,5
-5,3 / 6,3
| 191
TECHNISCHE FICHE, BEREKENING ZOMER
192 |
TOE
PUL
εpul
EXT
AFV
εext
θ [°C]
32,0
26,9
84,9%
26,0
31,1
84,9%
ρ [g/m³]
16,9
16,4
14,6
15,1
φ [-]
0,50
0,65
0,60
0,47
psat [Pa]
4762
3551
3367
4525
p [Pa]
2383
2273
2018
2123
θD [°C]
20,3
19,5
17,6
18,4
x [g/kg]
14,9
14,2
31,9%
12,6
13,4
31,9%
h [kJ/kg]
70,5
63,4
58%
58,3
65,3
58%
hvoel / hlat [kJ/kg]
33,1 / 37,4
27,8 / 35,6
26,8 / 31,6
32,13 / 33,2
12 JANUARI 2014, 06U00 TOE
PUL
εpul
EXT
AFV
εext
θ [°C]
0,6
18,0
89,4%
20,0
7,7
63,4%
ρ [g/m³]
4,6
9,6
9,6
6,9
φ [-]
0,90
0,63
0,55
0,85
psat [Pa]
636
2061
2346
1051
p [Pa]
582
1291
1300
895
θD [°C]
-0,7
10,7
10,8
x [g/kg]
3,6
8,0
97,8%
8,1
5,5
57,8%
h [kJ/kg]
9,5
38,4
93%
40,6
21,6
61%
hvoel / hlat [kJ/kg]
0,6 / 9,0
18,3 / 20,0
20,4 / 20,2
7,8 / 13,8
5,4
| 193
16 JANUARI 2014, 16U00
194 |
TOE
PUL
εpul
EXT
AFV
εext
θ [°C]
9,6
19,4
91,9%
20,2
13,9
59,3%
ρ [g/m³]
8,8
9,6
9,3
8,8
φ [-]
0,62
0,53
0,53
0,72
psat [Pa]
1200
2250
2373
1595
p [Pa]
758
1189
1260
1167
θD [°C]
3,0
9,5
10,4
9,2
x [g/kg]
4,7
7,4
87,1%
7,8
7,2
19,4%
h [kJ/kg]
21,5
38,2
89%
40,2
32,3
42%
hvoel / hlat [kJ/kg]
9,8 / 11,7
19,7 / 18,4
20,6 / 19,6
14,2 / 18,1
06 JANUARI 2014, 14U30 TOE
PUL
εpul
EXT
AFV
εext
θ [°C]
14,0
20,0
93,7%
20,4
16,5
60,7%
ρ [g/m³]
9,1
10,2
10,7
10,6
φ [-]
0,75
0,60
0,61
0,76
psat [Pa]
1602
2335
2394
1881
p [Pa]
1207
1381
1451
1418
θD [°C]
9,7
11,7
12,5
12,2
x [g/kg]
7,5
8,6
73,3%
9,0
8,8
13,3%
h [kJ/kg]
33,0
41,9
86%
43,4
38,9
43%
hvoel / hlat [kJ/kg]
14,3 / 18,7
20,4 / 21,5
20,8 / 22,6
16,9 / 22,0
| 195
196 |
BIJLAGE E, SIMULATIERESULTATEN
Onderstaande tabellen geven een overzicht van de absolute simulatieresultaten. Het gaat hier telkens om een verbruik Q uitgedrukt in kWh. Ieder resultaat wordt gekarakteriseerd door een appartementstype en een operatieve temperatuur. Centraal in iedere cel staat het totale verbruik voor ruimteverwarming en voor de verwarming van de pulsielucht in de naverwarmingsbatterij. Het verbruik van dit laatste staat in het grijze, cursieve lettertype bijkomend nog eens afzonderlijk rechtsonder in iedere cel. Het verschil tussen beiden gaat dus naar ruimteverwarming. Met het verbruik van sanitair
warm water wordt hier geen rekening gehouden. De eerste tabel toont de resultaten van het verbruik wanneer alle parameters ingesteld staan volgens ontwerpwaarden. In de daaropvolgende tabellen wordt telkens slechts één variabele aangepast. De laatste tabel tenslotte geeft het resulterende effect van de verschillende manipulaties. Deze absolute waarden worden slechts in bijlage opgenomen aangezien in de eerste plaats de relatieve verandering tussen de tabellen van belang is. Met behulp van deze tabellen konden de vergelijkende tabellen doorheen dit werk samengesteld worden.
OORSPRONKELIJK VERBRUIK
Type A Type B Type C Type D
5°C
18°C
1826
1828
1826
1401 1401
19°C
1416 1397
1428 1394
22°C
23°C
1998
1822
1387
27°C
2661
1788
1457
24°C
1636
1729 1320
3944
1690
2321
21°C
1843
1825
1690
2321
20°C
1139
2381 2314
| 197
AANPASSING INFILTRATIEVOUD N50 = 0,71
Type A Type B Type C Type D
5°C
18°C
1847
1849
1847
19°C
1415
1446 1411
22°C
23°C
20448
1842
1433
1418
21°C
1866
1846
1418
20°C
27°C
2748
1803
1481
24°C
1644
1779
1403
1329
1710
4052
1710
1143
2342
2416
2342
2334
AANPASSING INFILTRATIEVOUD N50 = 2
Type A Type B Type C Type D
198 |
5°C
18°C
1988
1990
1988
1536 1536
19°C
1556 1532
1594 1523
22°C
23°C
2457
1976
1499
27°C
3409
1893
1696
24°C
1693
2178 1387
4858
1845
2478
21°C
2049
1987
1845
2478
20°C
1168
2696 2462
AANPASSING EFFECTIVITEIT
Type A Type B Type C Type D
5°C
18°C
3139
3234
3139
19°C
2941
3206 2941
22°C
23°C
4354
3139
3064
2941
21°C
3661
3139
2941
20°C
27°C
5427
3139
3409
24°C
3139
4016
2941
2941
3139
7297
3139
3139
3400
4660
3400
3400
AANPASSING DEBIETEN 5°C Type A Type B Type C Type D
18°C
348
19°C
351 348
243
20°C
21°C
365 348
258
268 242
314
23°C
400 347
243
22°C
27°C
546 344
281 241
24°C
331
325 240
235
1058 314
449
241
455 449
448
| 199
AANPASSING NAVERWARMINGSBATTERIJ
Type A Type B Type C Type D
5°C
18°C
2436
2438
2436
19°C
1922
1948 1920
22°C
23°C
2512
2433
1934
1925
21°C
2450
2435
1925
20°C
27°C
2891
2424
1961
24°C
2353
2082
1917
1888
2260
3939
2260
1879
2924
2970
2924
2923
AANPASSING TOTAAL
Type A Type B Type C Type D
200 |
5°C
18°C
1269
1272
1269
1069 1069
19°C
1084 1069
1095 1069
22°C
23°C
1323
1269
1069
27°C
1468
1269
1109
24°C
1269
1155 1069
2048
1269
1713
21°C
1286
1269
1269
1713
20°C
1269
1720 1713
| 201
