December 2000
ECN-C--00-115
ENERGIEVISIE SCHALKWIJK 2000+
F.A.T.M. Ligthart H.F. Kaan
Verantwoording Dit rapport vormt de neerslag van een studie “Energievisie Schalkwijk 2000+” die in opdracht van de gemeente Haarlem door ECN Duurzame Energie in de Gebouwde Omgeving is verricht. Op basis van de beleidsuitgangspunten die in het gemeentelijke beleidsplan “Schalkwijk 2000+” zijn neergelegd, is in het onderhavige rapport aangegeven welke energiegerichte maatregelen genomen kunnen worden bij de herstructurering van de wijk. Een “No-Regret Policy” is daarbij het vertrekpunt geweest. Novem heeft in het kader van haar OEI-programma (Optimale Energie Infrastructuur voor de bestaande bouw) de studie financieel ondersteund. Het onderzoek werd in 1999 en 2000 uitgevoerd en heeft het ECN projectnummer 844032.
Abstract This report deals with the optimal energy infrastructure for the district Schalkwijk in the city of Haarlem. Schalkwijk, mainly built in the sixties and the seventies, is going to be reconstructed in the coming decade. The policy of Haarlem is to reduce the energy consumption in a structural way. To do so, Schalkwijk offers good oportunities. The opportunities are in new to build solar houses, which replace obsolete buildings, in renovation of the housing stock and in reconstruction of the traffic system. Besides, the new to build office area in the northern part of the district and the central part, which consists among other of offices, shops and a hospital, requires special attention. The first chapter gives an introduction. In the second chapter, the overall vision on energy in Schalkwijk is presented. The third, fourth and fifth chapters go more in detail into energy and new houses, renovation and energy in the central part of Schalkwijk. The report ends with the sixth chapter: conclusions and recommendations.
2
ECN-C--00-115
INHOUD 1. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5
INLEIDING Bestaande situatie en planvorming De opdracht Ambitie en mogelijkheden Definities Eenheden en grootheden Onderscheid tussen duurzame en fossiele bronnen Efficiëntie verhogende technieken Dictaat of discussie?
5 5 6 8 10 10 11 12 12
2. 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4
ENERGIEVISIE SCHALKWIJK Drie schaalniveau’s Energie in de wijk Plaatsing van gebouwfuncties Groenvoorziening Verplaatsingen Energie-voorziening Woningen, kantoren, winkels Woningen Gestapelde woning Kantoren Winkels
13 13 13 13 14 15 17 18 19 20 22 25
3. 3.1 3.2 3.3
ENERGIECONCEPT NIEUWBOUW WONINGEN Algemene benadering Ontwerp-principes Mogelijke toepassing van de ontwerpprincipes
28 28 29 30
4. 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3
ENERGIECONCEPT RENOVATIE WONINGEN Eengezinshuizen Inleiding Energiebesparende maatregelen Renovatiepakketten: enkele voorbeelden Meergezinshuizen Referentiewoning Energiebesparende maatregelen Investeringen Warmte-opwekking
34 34 34 36 38 41 41 41 41 41
5. 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4 5.5 5.5.1
ENERGIECONCEPT VOOR HET CENTRUM VAN SCHALKWIJK Planning Plaatsing functies ten opzicht van elkaar Het microklimaat in het centrum van Schalkwijk Inleiding Richting van maatregelen Inpassing in Schalkwijk Wijkontsluiting Energieopwekking Organisatie en beheer
44 44 44 45 45 46 47 48 49 49
ECN-C--00-115
3
6. 6.1 6.2 6.3 6.4
4
CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Woningen Utiliteitsbouw Wijk Organisatie
51 51 51 51 52
ECN-C--00-115
1.
INLEIDING
1.1
Bestaande situatie en planvorming
De wijk Schalkwijk is de grootste naoorlogse uitbreidingswijk van Haarlem. De wijk is gelegen tussen het Spaarne, de Ringvaart van de Haarlemmermeer en de uitvalsweg naar Schiphol. Er wonen ongeveer 33.000 mensen in Schalkwijk. Daarnaast herbergt de wijk een hoeveelheid grote kantoorgebouwen, een ziekenhuis, scholen voor basis-, voortgezet en beroepsonderwijs en een groot winkelcentrum, die in belangrijke mate bijdragen aan de 15.000 arbeidsplaatsen in de wijk. De eerste woningen werden eind jaren vijftig van de twintigste eeuw gebouwd. Het merendeel van de woningen verrees echter in de jaren zestig en zeventig. Over het algemeen zijn het huurwoningen, waarvan 65% in het bezit van woningcorporaties is; 68% van de corporatiewoningen zijn flatwoningen. Vijfendertig jaar na de oorspronkelijke nieuwbouw is Schalkwijk aan verandering toe. Er is behoefte aan een meer gedifferentieerd huizenaanbod in de wijk in plaats van en in aanvulling op de flatwoningen die nu de overhand hebben. Daarnaast moeten er meer mogelijkheden komen voor fietsen en wandelen in de wijk terwijl het autoverkeer beter in banen wordt geleid. Het groen wordt meer toegankelijk gemaakt en de waterhuishouding wordt zodanig gewijzigd dat de kwaliteit van het water wordt verbeterd.
Figuur 1-1: Schalkwijk met linksboven Europawijk, rechtsboven Boerhaavewijk, linksonder Molenwijk, rechtsonder Meerwijk en het rode gebied in het midden: het “Stadsdeelhart”.
ECN-C--00-115
5
Hiermee is de kern geformuleerd van het Uitvoeringsplan Schalkwijk 2000+, een beleidsnota die een visie biedt op de toekomstige ontwikkeling van de wijk. In de praktijk houdt dit in dat het wegenplan en waterlopen drastisch worden aangepast. Het centrum wordt gereorganiseerd en in de wijk worden enkele scholen en (met name aan de oostzijde) flats gesloopt terwijl in de omgeving van de plassen een recreatiegebied ontstaat. Verdichting van de bebouwing zal in de meeste gevallen plaatsvinden tussen de wijkdelen in. Soms zal een dichtere stedelijke bebouwing worden gerealiseerd op de plaats van gesloopte flats. Het “optoppen” van flats zal nauwelijks plaatsvinden. Er wordt gestreefd naar een uitbreiding van het woningbestand met 12%. In principe blijft de totale hoeveelheid groen in de wijk gelijk. Wel zullen her en der nieuwe groengebieden worden gecreëerd, terwijl sommige bestaande groengebieden een gewijzigde bestemming krijgen. De verkeerswegen zullen grotendeels worden ingericht voor bestemmingsverkeer. De parkeersituatie in het centrum zal worden aangepast.
1.2
De opdracht
Milieu-aspecten krijgen nadrukkelijk aandacht in Schalkwijk 2000+. Een van de belangrijkste aspecten is energie. Daarom heeft ECN in opdracht van en in nauwe samenwerking met de gemeente Haarlem een energievisie geformuleerd die ten grondslag kan liggen aan de verdere ontwikkeling en realisatie van het plan Schalkwijk 2000+. Deze energievisie ligt thans voor U. Zij bestaat uit vier delen: 1. Een energievisie voor Schalkwijk als geheel. 2. Een energieconcept voor renovatie van woningen en flatgebouwen. 3. Een energieconcept voor nieuwbouw in het hele gebied. 4. Een beschrijving van mogelijkheden voor energetische interactie tussen verschillende gebouwfuncties in de wijk. Ad 1. Wanneer ambitieuze milieudoelstellingen worden nagestreefd, zoals die zijn verwoord in het plan Schalkwijk 2000+, kan niet voorbij worden gegaan aan een overkoepelende visie waarin gezien vanuit milieu en energie - Schalkwijk in de stedelijke en regionale context wordt geplaatst. Schalkwijk kan waar het de planvorming betreft weliswaar als een “eiland” worden gezien, maar anderzijds ligt de gehele infrastructuur - wegen, openbaar vervoer, energie, water, afval - ingebed in de stedelijke structuur van Haarlem en in de regio. In dit eerste deel van het rapport wordt vooral bij deze stedelijke inbedding stilgestaan, terwijl ook aandacht wordt besteed aan de relatie energie en wijk-infrastructuur. Ad 2. Een der belangrijkste opgaven op het gebied van stedelijk beheer voor het komend decennium is de renovatie en stedelijke herstructurering van de stadswijken zoals Schalkwijk die voornamelijk in de jaren zestig van de twintigste eeuw zijn gebouwd. Juist deze wijken bieden in de bestaande woningvoorraad grote mogelijkheden om het energiegebruik fors terug te dringen. Dat daarbij veel verder kan worden gegaan dan het na-isoleren van spouwmuren laat dit deel van het rapport zien.
6
ECN-C--00-115
Figuur 1-2: Renovatie en isolatie van na-oorlogse portiek-etageflats te Schiedam. Voorbeeld van dichtgebouwde loggia’s als warmtecollector in de winter. ’s Zomers kan de beglazing worden weggeschoven.
Ad 3. Naast renovatie op grote schaal speelt ook de nieuwbouw in de plannen een beduidende rol. In de eerste plaats zal dit in het centrum van Schalkwijk gestalte krijgen. Maar daarnaast is nieuwbouw ook voorzien in de woongebieden waar verdichting en stedelijke herstructurering zal plaatsvinden. Voor deze nieuwbouw is uiteraard de Energie-prestatienormering (EPN) van kracht. Echter, voor het realiseren van de ambities die in Schalkwijk 2000+ zijn neergelegd, zijn verdergaande ontwerpmaatregelen nodig. Dat deze kunnen worden doorgevoerd zonder het financiële beeld omver te gooien, wordt in dit deel van het rapport duidelijk gemaakt. Ad 4. Bij een diversiteit van functies zoals die vooral in het centrum van Schalkwijk te zien zijn, kan grote energiewinst worden geboekt door gebruik te maken van de verschillen in tijdstip van energievraag en -aanbod van de diverse gebouwen, en door het nastreven van synergetische effecten bij het combineren van de vraag naar verschillende “vormen” van energie (warmte en koude, warmte en kracht, daglicht). Op de mogelijkheid voor dergelijke synergetische effecten wordt in dit deel van het rapport ingegaan. Bij het werken aan deze opdracht is behalve door de auteurs ook door verschillende andere specialisten van ECN-DEGO een bijdrage geleverd, dan wel geput uit informatie afkomstig van:
ECN-C--00-115
7
C. Daey Ouwens, J. Römer, L. Verkerk, R. Wassenaar en C. Zydeveld. Vanuit de gemeente Haarlem werd de studie begeleid door T. Elfrink (milieudienst) en H.A. Grotenhuis
1.3
Ambitie en mogelijkheden
De bebouwing van Schalkwijk bestaat voornamelijk uit woningen en kantoren, een relatief klein deel van de bebouwing heeft een bestemming winkels. Daarnaast zijn nog andere gebouwen aanwezig zoals een ziekenhuis, buurthuizen, scholen, kerken en dergelijke. De energievraag in de wijk wordt enerzijds bepaald door de inrichting van de wijk en de gebouwen en anderzijds door het gedrag van mensen. Bepalend zijn hierbij: de manier van wonen, werken en verplaatsen. De ontwikkeling van de energievraag in een veranderende wijk kan voor een deel worden gestuurd. Toekomstige ontwikkelingen en trends, waarop kan worden geanticipeerd, maar ook het verleden, waaruit lering kan worden getrokken, moeten daarbij in ogenschouw worden genomen. De jaren zeventig kenden de oliecrises, die ook in Nederland grote gevolgen hebben gehad voor het nationale energiebeleid. In de jaren tachtig nam het milieubewustzijn in heel Europa toe, vooral gestimuleerd door het rapport “Grenzen aan de groei” van de Club van Rome (1978). In de jaren negentig is wereldwijd de CO2-problematiek de drijvende kracht achter de vermindering van het energiegebruik. Het behoeft dus geen verbazing te wekken, dat de afgelopen drie decennia al veel aan energiebesparing is gedaan. Er zijn dan ook geen eenvoudige, breed toe te passen maatregelen meer voorhanden zoals in het verleden de na-isolatie en de introductie van de HR-ketel. Om het energiegebruik dus wel nog drastisch terug te brengen - en dat is zeker mogelijk - zal een integrale visie ontwikkeld moeten worden die zich over alle mogelijke gebieden van de energiebeheersing uitstrekt. Het terugdringen van het energiegebruik lijkt haaks te staan op de trends die we kunnen waarnemen. Het aantal vierkante meters woon- en werkruimte per persoon neemt onmiskenbaar toe, evenals het aantal verreden kilometers per persoon en de grotere vraag naar comfort en hulpmiddelen, die veelal gepaard gaat aan extra energieconsumptie. Daarnaast zien we een toename van de recreatie, telewerken, deeltijdwerken, het tweeverdienerschap en dienstverlening. Zonder sturing verhogen ook de meeste van deze trends en ontwikkelingen het energiegebruik. Gelukkig nemen ook de mogelijkheden toe voor vermindering van het energiegebruik -met behoud van comfort. De ambitie voor Schalkwijk op energiegebied zou hierin kunnen bestaan dat de toename van de welvaart die in het algemeen tot vergroting van het energiegebruik leidt, voor een deel wordt gebruikt om het energiegebruik in zijn geheel juist niet te laten toenemen en misschien zelfs te laten afnemen. Dit kan worden bereikt door een weldoordachte stedenbouwkundige planning die vermindering van het energiegebruik als een van de doelstellingen hanteert, door nieuwbouw en renovatie te laten voldoen aan strenge energienormen, en door vermindering van de energie voor het verkeer en vervoer.
8
ECN-C--00-115
Figuur 1-3: Sagedergasse, Wenen. Dit is een voorbeeld van stedenbouwkundige planning, gericht op energiebesparing. De stedenbouwkundige situatie bood geen ruimte voor een lange gevel op het zuiden. Men is er toch in geslaagd een zonne-energie ontwerp te concipiëren. Met behulp van de op dit moment beschikbare toetsingsinstrumenten voor het energiegebruik van de wijk (EPL) en van het gebouw (EPC) kan ook een energiedoelstelling worden vastgelegd. Met de EPL wordt het energiegebruik van de wijk genormeerd. Hierbij is de score 6 een soort referentiegetal voor een wijk met een normaal, gemiddeld energiegebruik. 10 is de maximale score die wordt gehaald bij een zogenaamde energie-0 wijk, een wijk die per saldo geen op fossiele brandstof gebaseerde energie gebruikt. De bebouwingsdichtheid, openbaar vervoervoorzieningen, EPC van de bebouwing en de soort van energievoorziening spelen een belangrijke rol bij de vaststelling van de EPL. Het mag dan ook geen verwondering wekken, dat deze onderwerpen ook in de onderhavige rapportage duidelijk herkenbaar zijn. De EPC is een maatstaf voor de energiezuinigheid van een gebouw. Dat neemt echter niet weg dat voor een feitelijk goede energieprestatie (de EPC is lang niet altijd een reële afspiegeling van het feitelijke energiegebruik) maatregelen op gebouwniveau moeten worden toegepast in samenhang met de aspecten die hierboven werden genoemd. Het derde instrument dat genoemd moet worden is het EPA (energieprestatie-advies). Dit is een rekenmethode om van oudere gebouwen de energieprestatie te bepalen. Deze methode heeft geen wettelijke status, en is dan ook niet verplicht. Wanneer echter een EPA gegeven is, kunnen de daarin aanbevolen maatregelen vaak wel voor subsidie in aanmerking komen. Het werken met het EPA kan daarom de realisatie van de energiedoelstellingen dichterbij brengen. Als streefwaarde voor de energieprestatie van Schalkwijk zou het bestaande gebruiksniveau kunnen worden genomen. Dit houdt in dat het energiegebruik van elke uitbreiding van het woon- of werkareaal dan moet worden terugverdiend door energiebesparende maatregelen in het bestaande deel. De aansluitwaarde van Schalkwijk voor nutsbedrijf blijft in dat geval gelijk en de gebruikelijke investeringen voor het vergroten van de aansluitwaarde kunnen dus uitblijven. Als extra kan de derde energienota worden gehanteerd: verbeteren van de energieefficiëntie met 33% en 10% duurzame opwekking in 2020. Dit landelijk streven moet op lokaal niveau echter als een ondergrens worden beschouwd: om deze doelstelling als landelijk gemiddelde te halen, moet op lokaal niveau meer gebeuren. Herstructurering van bestaande wijken en vervangende nieuwbouw bieden daarvoor goede mogelijkheden. Een groot deel van de mogelijkheden om het energiegebruik te verminderen bestaat nog steeds uit beperking van de energievraag. Dit is de meest veronachtzaamde van de energiemaatregelen, wellicht omdat hiervoor de minste publicitaire belangstelling bestaat. Het isoleren van een flat komt niet meer in de krant. Toch kan juist met verminderen van de vraag veel worden bereikt. Het is de eerste logische stap. Immers na vermindering van de vraag kan duurzame energie veel
ECN-C--00-115
9
effectiever worden toegepast: “eerst de lekkage van de kraan verhelpen alvorens te gaan dweilen”. Bovendien kan na het verminderen van de energievraag en toepassing van duurzame technieken nogmaals verbetering worden bereikt met efficiëntieverbetering van de opwekking van energie met fossiele brandstoffen. Daarom komt deze laatste stap in dit rapport ook steeds als laatste aan de orde. De implementatie van maatregelen die in dit rapport worden genoemd vergt een lang en soms moeizaam traject. Daarom moet aan het begin van de planontwikkeling de strategie met betrekking tot vermindering van energiegebruik met de partijen zoals woningbouwverenigingen en projectontwikkelaars worden vastgelegd in de vorm van een programma van groene eisen voor Schalkwijk 2000+. In opdrachten aan architecten kan deze strategie dan verder worden uitgewerkt in samenwerking met financiers, groenfondsen en toekomstige gebruikersgroepen.
1.4
Definities
In dit rapport zullen eenheden en grootheden worden gehanteerd die niet door iedereen dagelijks worden gebruikt. Daarom wordt in deze paragraaf een overzicht gegeven van de meest voorkomende begrippen. Om de zaak niet te gecompliceerd te maken, is de “vertaling” van deze begrippen in grootheden soms vereenvoudigd.
1.4.1 Eenheden en grootheden De eenheid voor energie is Joule (J), de eenheid voor vermogen is Watt (W). Een Watt is een Joule per seconde. Omdat deze eenheden klein zijn voor de mate van energiegebruik waarin we gewend zijn te denken, wordt in plaats van Watt vaak gerekend met kilowatt (kW). 1 kW is 1000 W. De eenheid voor energiegebruik is het aantal (kilo)Watts per uur, de kilowattuur (kWh). De elektriciteitsmeter in de woning is een kWh-meter. Het elektriciteitsverbruik is het product van het geleverde vermogen van het apparaat en de totale tijd gedurende welke dit vermogen is geleverd. Het vermogen van de afwasmachine is bijvoorbeeld 1,6 kW. Als hij een half uur draait op vol vermogen, heeft hij 0,8 kWh elektriciteit verbruikt (0,5 uur x 1,6 kW). Na twee uur draaien is dat dus 3,2 kWh (2 uur x 1, 6 kW). Ook de energie die vrijkomt bij verbranding van gas, kolen of olie is in kWh uit te drukken. Grofweg komt bij verbranding van 1 kg olie evenveel energie vrij als bij verbranding van 1 m3 aardgas als bij verbranding van 1 kg kolen, namelijk 10 kWh. Elektriciteit wordt opgewekt in centrales die oliegestookt, kolengestookt of gasgestookt zijn. Wanneer 1 kg kolen of olie, of 1 m3 aardgas in een elektriciteitscentrale wordt verstookt, levert dat 4 kWh elektriciteit en 6 kWh warmte. De warmte ging vroeger veelal de lucht of het IJsselmeer in. Tegenwoordig wordt die warmte waar mogelijk gebruikt voor stads- of wijkverwarming. Wanneer de combinatie van elektriciteitsopwekking en warmteproductie op kleinere schaal plaatsvindt, spreken we van een warmtekrachtkoppeling (WKK). Men treft dergelijke installaties vaak aan in ziekenhuizen, bejaardenoorden, glastuinbouw en industrie.
10
ECN-C--00-115
Figuur 1-4: Warmtekrachtinstallatie bij het ECN. De verbrandingsmotor wordt met aardgas gestookt. De generator voor opwekking van de elektriciteit is op de foto net zichtbaar in de open deur. Om elektriciteit terug te kunnen rekenen naar m3 aardgas, kg kolen of kg olie, wordt het begrip “primaire energie” gebruikt. Omdat 1 m3 aardgas slechts 4kWh elektriciteit kan leveren - de rest is afvalwarmte - is de primaire energie, benodigd voor 10 kWh elektriciteit 2,5 m3 aardgas. Er wordt ook wel gezegd, dat 10 kWh elektriciteit gelijk staat aan 2,5 m3 “aardgasequivalent” (aeq).
1.4.2 Onderscheid tussen duurzame en fossiele bronnen We onderscheiden energie afkomstig van fossiele energiedragers en energie afkomstig van duurzame bronnen. Fossiele energiedragers zijn: kolen, olie (veelal in de vorm van benzine en dieselolie) en gas. Duurzame bronnen zijn zon, wind en biomassa. Van de duurzame bronnen is zon voor de gebouwde omgeving de belangrijkste. We onderscheiden passieve en actieve zonne-energie. De laatste is weer onder te verdelen in actief zonthermische en photovoltaïsche energie. Passieve zonne-energie is die energie die gebruikt wordt om min of meer “als vanzelf” te voldoen aan de energiebehoefte van een gebouw in welke hoedanigheid dan ook, zonder tussenkomst van mechanische hulpmiddelen. Daglicht is een vorm van passieve zonne-energie, evenals gewenste warmte door een instralende zon. Een zonneboiler, die meestal van een elektrische pomp is voorzien, is een actief-thermisch systeem. Fotovoltaïsche energie is elektriciteit, opgewekt met zonnecellen – in vakkringen afgekort naar het Engelse photovoltaic tot PV. Windenergie wordt in Nederland gebruikt in combinatie met windturbines voor de opwekking van elektriciteit. Deze elektriciteit wordt veelal aan het net geleverd. Biomassa speelt een steeds belangrijker rol. Organisch afval en speciaal voor dit doel gekweekte gewassen kunnen worden gebruikt voor verbranding (elektriciteitscentrale), vergassing (gasnet) of worden omgezet in vloeibare brandstof. Waar bij het verbranden van fossiele brandstoffen lang geleden gebonden CO2 wordt vrijgemaakt waardoor het broeikaseffect wordt versterkt, wordt door de biomassa CO2 vrijgemaakt die recentelijk door de plant is opgenomen.
ECN-C--00-115
11
Verbranding van hout en planten draagt dus niet extra bij aan de uitstoot van broeikasgassen. De CO2 die vrijkomt bij verbranding is niet meer dan die welke bij verrotting zou zijn vrijgekomen. Daarom wordt biomassa tot de duurzame energiebronnen gerekend.
1.4.3 Efficiëntie verhogende technieken Er zijn enkele technologieën die in verband met duurzame energie en gebouwde omgeving vaak worden genoemd: warmte- en koudeopslag in de bodem, warmtepomp en warmtekrachtkoppeling. De laatstgenoemde is al eerder beschreven. Met een WKK-installatie wordt veel efficiënter met energie omgegaan dan wanneer de elektriciteit op conventionele manier wordt opgewekt. Een warmtepomp is een elektrisch aangedreven apparaat dat relatief waardeloze warmte van een lagere temperatuur transformeert in veel waardevollere warmte van een hoge temperatuur. Het bekendste voorbeeld van een warmtepomp is de koelkast. De weinige warmte die in de producten in de koelkast zit, wordt door het vriesvak eruit gehaald en door de spiraal aan de achterzijde van de koelkast aan de omgeving afgestaan. Lees voor vriesvak “bodem- en omgevingswarmte” en voor spiraal aan de achterkant een “vloer- en wandverwarming” en de warmtepomp is in het kort beschreven. Een elektrische warmtepomp heeft een “rendement” van zo’n 120%. Omdat er in de zomer een overschot aan warmte is en in de winter een tekort, zou het prettig zijn als het overschot kan worden opgeslagen om in de winter te worden gebruikt. Anderzijds zou de winterse kou in de zomer aardig van pas kunnen komen om gebouwen te koelen. Door middel van warmte- en koude-opslag in de bodem kan aan deze wens tegemoet worden gekomen. Meestal is het gebruik van een warmtepomp hierbij onontbeerlijk. Warmte- en koudeopslag in de bodem is een technologie waarmee duurzaam opgewekte energie (actiefthermische zonne-energie) nog beter benut kan worden.
1.5
Dictaat of discussie?
Bij het formuleren van een energievisie voor een stadswijk spelen vele overwegingen een rol. Sommige komen expliciet naar voren, andere zijn impliciet opgenomen en daarmee voor de uiteindelijke beslisser onzichtbaar of oncontroleerbaar. Juist deze impliciete overwegingen en uitgangspunten kunnen van cruciaal belang zijn voor het energieconcept van de wijk op langere termijn. Zo zijn er meerdere voorbeelden waarbij op basis van onvoldoend overwogen informatie verregaande beslissingen zijn genomen over het al dan niet aanleggen van een stadsverwarmingsnet of het achterwege laten van een gasnet in woonwijken. Teneinde de besluitvorming zoveel als mogelijk te leggen waar zij thuis hoort: bij het gemeentebestuur van Haarlem, eindigt dit rapport niet alleen met conclusies, maar ook met vragen en discussiestellingen. Wij willen hiermee bijdragen aan goede besluitvorming zonder op de stoel van de beslisser te gaan zitten.
12
ECN-C--00-115
2.
ENERGIEVISIE SCHALKWIJK
2.1
Drie schaalniveau’s
Bij het formuleren van een energievisie ten behoeve van de gedeeltelijke herinrichting van Schalkwijk is het essentieel om van grof naar fijn te ontwikkelen: van stedelijke structuren via gebouworiëntatie en positionering naar maatregelen op gebouw- en gebouwdeelniveau. Een goede onderlinge positionering van functies in de wijk vermindert het aantal vervoers- en transportbewegingen. Het kan gebruik van de fiets bevorderen en de leefbaarheid sterk verhogen (sociale contacten). Een goede plaatsing, oriëntatie en vormgeving van gebouwen kan de benutting van actieve en passieve zonne-energie stimuleren. Maatregelen op gebouwniveau zoals verwarming en verlichting door de zon en passieve koeling door zonwering en natuurlijke ventilatie worden op deze manier mogelijk gemaakt en niet geblokkeerd. Met deze aanpak heeft men achteraf de minste spijt van de genomen beslissingen. Dezelfde tactiek kan men toepassen bij beslissingen op gebouwniveau (tweede niveau). Hier heeft men vaak de keuze tussen bouwkundige en installatietechnische maatregelen. Door een energiezuinig bouwkundig ontwerp te maken is de behoefte aan installatietechnische voorzieningen (derde niveau) en het energiegebruik ervan lager. Bij kantoren bijvoorbeeld kunnen grote glasoppervlakken (behalve op het noorden) tot oververhitting leiden. Als niet tegelijkertijd wordt gedacht aan luifels op de zuidgevel of intelligente zonwering op oost- en westgevels is de keuze voor een airco-installatie gauw gemaakt. Een energiegebruik voor koeling is het gevolg. Verkeerde bouwkundige ontwerpbeslissingen kosten vaak extra. Energiebesparende maatregelen zitten vaak elkaars succes in de weg. Zo verminderen isolerende maatregelen het voordeel van een warmtenet, warmtekracht en benutting van afvalwarmte. Men kan geen warmtepompboiler toepassen in combinatie met warmteterugwinning uit de ventilatielucht. In deze gevallen kan doorgaans het beste de prioriteitenstelling worden toegepast: eerst energievraag beperken, eventueel met duurzame technieken en dan pas kijken naar efficiënte inzet van energie. Door deze benadering wordt in de meeste gevallen het beste eindresultaat bereikt.
2.2
Energie in de wijk
Beslissingen op stedenbouwkundig gebied kunnen het energiegebruik in de wijk sterk beïnvloeden. Zonoriëntatie van woningen is een bekend voorbeeld. Zuidoriëntatie van kantoorgevels heeft een gunstige invloed op de koeling omdat op de zuidgevel de zon eenvoudiger te weren is terwijl de noordgevel ideaal is wat betreft de lichttoetreding. De ligging van de functies ten opzichte van elkaar en van de infrastructuur is een ander voorbeeld van stedenbouwkundige beïnvloeding. Korte afstanden tussen wonen, werken, recreëren en winkelen verminderen gebruik van verplaatsingsenergie en bevorderen het langzaam verkeer. Ook de plaatsing en oriëntatie van gebouwen onderling is van belang in verband met zonlichttoetreding. Concentraties van gebouwen met een vastomlijnde vraag naar verwarming, koeling en elektriciteit maken efficiënte centrale opwekking en distributie ervan mogelijk. Groen in de wijk bepaalt in hoge mate het microklimaat. Vooral in het centrum kan het microklimaat invloed hebben op de koelvraag van gebouwen. Begroeiing als energiebron (biomassa) komt in dit hoofdstuk ook ter sprake.
2.2.1 Plaatsing van gebouwfuncties Woningen kennen een minder intensief gebruik dan kantoren: minder mensen per vierkante meter en minder warmteontwikkeling door apparatuur terwijl het verliesgevend oppervlak meestal groter is. Daarom is de behoefte aan warmte bij woningen groter. Omdat verwarming
ECN-C--00-115
13
bij woningen belangrijker is dan bij kantoren moet bij woningen meer aandacht worden besteed aan verkrijgen van directe zoninstraling in de winter. Woningen hebben een duidelijke voor- en achterkant in energetisch opzicht. De voorkant is de kant met de open gevel met daarachter de verblijfsfuncties zodat optimaal kan worden geprofiteerd van directe zoninstraling (warmte, licht) en uitzicht. De achterkant is meer gesloten zodat weinig warmte wordt verloren. Oriëntatie van de open “voorkant” van de woning op zuidelijke windrichtingen is bij nieuwbouw in het kader van energie een voordelige maatregel. Bij renovaties is het vaak mogelijk (zie hoofdstuk over renovatie van woningen) de (gevel-)indeling zo te wijzigen dat een zuidoriëntatie ontstaat.
kantoren
woningen
winkels
parkeren
Figuur 2-1: Voorbeeld van een optimale ruimtelijke ordening ten opzichte van benutting van daglicht en zonnewarmte. Gestapelde wooneenheden hebben in principe per wooneenheid minder verliesgevend oppervlak en hebben daardoor in theorie een lagere warmtevraag. De bouwvorm kan zodanig gekozen worden dat zoveel mogelijk dakoppervlak geschikt is voor opstelling van zonneboilers en zonnecellen. Kantoren hebben minder behoefte aan directe zoninstraling en kunnen daarom best in elkaars schaduw staan mits voldoende lichttoetreding mogelijk blijft. De positionering van kantoorhoogbouw is bij voorkeur ten noorden van woningbouw om beschaduwing van de woningen in de winter te voorkomen (Noordstrook). Plaatsing langs hoofdwegen en in de directe omgeving van openbaar vervoer is uiteraard gunstig voor vermindering van verplaatsingsenergie. Door plaatsing van (hoge) kantoorgebouwen langs doorgaande wegen werken deze ook als een geluidswal voor vermindering van geluidsoverlast bij de achterliggende woningen. De directe omgeving van de Europaweg en het winkelcentrum van Schalkwijk (het “stadsdeelhart”) zijn daarom geschikte locaties voor kantoren. • • •
Gebouwen op het zuiden oriënteren Mogelijkheden scheppen om zonneboilers en zonnecellen op dakvlakken te plaatsen Kantoorgebouwen langs openbaar vervoersaders en verkeersaders
2.2.2 Groenvoorziening De aanwezigheid van groenvoorzieningen bepaalt het microklimaat en de compensatiemogelijkheden van CO2-uitstoot in de wijk. Planten voorkomen dat de bodem in de zomer opwarmt doordat ze schaduw geven (afscherming van instraling door de zon). Bovendien verdampen ze grote hoeveelheden water en zorgen dus voor koelte. Immers, voor verdamping van water is veel warmte nodig die onttrokken wordt aan de omgeving.
14
ECN-C--00-115
Figuur 2-2: Kantoorgebouw te Barcelona. Een uitbundige vegetatie zorgt voor beschaduwing en voor verdampingskoeling. Planten binden ook koolstof-(C-)moleculen en maken zuurstof vrij uit CO2. Aaneengesloten groen vergemakkelijkt het onderhoud en ook wordt het oogsten van hout (essentieel voor het vastleggen van CO2) beter mogelijk. Om deze redenen moet het verharde oppervlak in de wijk worden geminimaliseerd ten gunste van een maximaal groenoppervlak. Bijkomend voordeel van minder verharding is dat minder regenwater door het riool hoeft te worden afgevoerd omdat de wateropname van de bodem wordt vergroot. Bovendien worden de gevreesde “overstorts” bij hevige regenval tegengegaan. De groenvoorzieningen mogen de warmte-instraling in woningen in voor-, najaar en winter niet hinderen en bestaan daarom, waar dit van belang is, bij voorkeur uit bladverliezende bomen en struiken. Ook mogen zij de benutting van zonne-energie op dakvlakken in de vorm van zonnecellen en zonneboilers niet beperken door beschaduwing (ook in de zomer). • • • •
Beplanting bevordert koeling Geconcentreerde beplanting voor biomassaproductie Minimaal verhard oppervlak voor betere waterhuishouding Begroeiing mag mogelijkheden voor zonneboilers en zonnecellen niet beperken
2.2.3 Verplaatsingen Het jaarlijkse gemiddelde aantal door de Nederlandse auto gereden kilometers bedraagt 16.000. Hiervan wordt gemiddeld 5000 km per jaar gebruikt voor vakanties,. Van het resterende gedeelte wordt globaal 50% besteed aan ritten van minder dan 10 km. Een groot deel van dit autoverkeer vindt dus binnen de wijk plaats. Op basis van de CBS publicatie “de mobiliteit van de Nederlandse bevolking in 1996” blijkt dat het aantal verplaatsingen per auto gemiddeld 1,14 per persoon per dag bedraagt (personen ouder dan 12 jaar). Hiernaast bedraagt het bezoekende verkeer 35% van de totale verkeersstroom. Vertaald naar de situatie van Schalkwijk, betekent dit per huishouden 3 autoverplaatsingen per dag en ongeveer 1000 binnen de wijk afgelegde kilometers per jaar. Het energiegebruik dat daarmee gepaard gaat ligt in dezelfde orde van grootte als een gasverbruik van 100 à 200 m3 per ECN-C--00-115
15
jaar. De schadelijke emissies bij korte ritten met een koude motor is echter een veelvoud van het gemiddelde waarmee wordt gerekend. Het vermijden van deze ritten binnen de wijk levert dus extra milieuwinst op. Bepalend voor het autogebruik binnen de woonwijk zijn de bereikbaarheid van scholen, sport en recreatievoorzieningen, winkels, en dergelijke. In het uitvoeringsplan wordt hieraan terecht veel aandacht besteed. Wanneer deze voorzieningen niet goed bereikbaar zijn (lopend, openbaar vervoer of fiets) zal het autogebruik binnen de wijk sterk stijgen (tot 50% per huishouden per jaar is zeker niet onmogelijk). Hiernaast moet een gedeelte van de openbaar vervoersactiviteiten aan de wijk toegerekend worden. Aanvullende maatregelen om het interne autoverkeer in de wijk te verminderen met behoud van activiteiten: • goede openbaar vervoervoorzieningen; door de verdichting van de bebouwing in Schalkwijk kan de vervoersvraag zodanig toenemen dat een gegeven verbinding die in het verleden niet rendabel was, dat in de nieuwe situatie wel is; • goede infrastructuur voor fiets en voetganger (is reeds een onderdeel van het uitvoeringsplan Schalkwijk 2000+); voorrang voor langzaam verkeer in de wijk bij stoplichten; • faciliteiten als beveiligde fietsenstallingen, kluizen en dergelijke in de directe omgeving van wijkvoorzieningen bij knooppunten van openbaar vervoer en bij kantoren; • (beperkte) parkeergelegenheid op grotere afstand van voorzieningen en woningen; een doelmatig verkeersplan moet voorkomen dat auto’s rond blijven rijden in het centrum terwijl de passagier van de bestuurder de boodschappen doet; parkeergeld kan regulerend werken. Hiernaast kunnen snelle verbindingen met de binnenstad het wijkverkeer verder terug dringen. Het benutten van de vele waterwegen in Schalkwijk en Haarlem voor vormen van openbaar vervoer is een mogelijkheid die het bestuderen waard is. De verbinding van Schalkwijk met het centraal station of met station Spaarnwoude is in principe over water mogelijk. Een geautomatiseerd lokaal openbaar vervoer (people mover, zoals in Miami, Londen en inmiddels ook Rotterdam) kan in sommige gevallen (bij geringe kans op vandalisme ) uitkomst bieden. Ook faciliteiten zoals telewerken, teleshoppen en bezorgservice kunnen een bijdrage leveren aan het terugdringen van het verkeersbewegingen in de wijk. Door de voorziene maatregelen is een reductie van 50% op de energie- en emissiebelasting te realiseren.
16
ECN-C--00-115
Figuur 2-3: People Mover in Miami: een vorm van volledig geautomatiseerd openbaar vervoer. Bij deze cijfers dient op gemerkt te worden dat een gedeelte van de emissies ten gevolge van vervoer in de woonwijk niet door lokale maatregelen te verminderen valt. Immers ook voor woon-werkverkeer, aanvoer voor winkels, recreatieverkeer, bezoeken en dergelijke wordt door de woonwijk gereden. • • • •
Maak wijkvoorzieningen per fiets en te voet bereikbaar Zorg voor goede en aantrekkelijke OV-voorzieningen Stallingsfaciliteiten bij OV-knooppunten en kantoren Voorkom rondrijden van auto’s door goede en aantrekkelijke parkeervoorzieningen
2.2.4 Energie-voorziening Beslissingen over de energie-infrastructuur bepalen de energetische mogelijkheden van de wijk voor langere tijd. De keuze tussen een gas- en een warmtenet die vaak aan de orde komt moet in het licht worden geplaatst van mogelijke toekomstige ontwikkelingen. Gedurende de (lange) afschrijvingstijd van de warmtenet- en warmtekrachtinstallaties worden besparende maatregelen zoals na-isolatie, warmteterugwinning, microwarmtekracht, zonneboilers min of meer geblokkeerd. Wie investeert in een warmtenet wil er zo lang mogelijk van verzekerd zijn dat zoveel mogelijk warmte door dit net wordt getransporteerd. Maatregelen die omzet tegengaan worden daarom vaak contractueel verboden. De ontwikkelingen op de energiemarkt (liberalisering) kunnen zo niet flexibel worden gevolgd. De bedrijfstijden van een warmtenet voor verwarming van de woning nemen af door de aanscherping van de energieprestatienorm voor gebouwen en woningen. Er is dan immers minder energievraag en het stookseizoen wordt bekort. Het net moet wel de hele zomer blijven functioneren voor de relatief geringe warmtevraag voor de warmtapwatervoorziening. Hierdoor worden de verliezen bij systemen met grondleidingen al snel ontoelaatbaar hoog.
ECN-C--00-115
17
Door de verdichting van de bebouwing in bepaalde delen van Schalkwijk (bijvoorbeeld het “stadsdeelhart”) kan het interessant worden om de mogelijkheden voor centrale voorzieningen voor levering van warmte en/of koude, eventueel gecombineerd met seizoenopslag, te onderzoeken. Dit soort systemen vergen hoge investeringen die makkelijker worden terugverdiend als meer gebouwen zijn aangesloten. Op locaties waar gebouwen met verschillende functies bij elkaar staan zijn soms gunstige combinaties mogelijk van bijvoorbeeld verwarmen en koelen. Het ene gebouw profiteert dan van het warmteoverschot in het andere gebouw. Bij plannen voor verdichting in een gebied moet voor die locatie zeker bekeken worden of de combinatie van oude en nieuwe gebouwen in potentie voordelen kan bieden voor een centrale energievoorziening. Het gebruik van biomassa (bijvoorbeeld gft) voor de energievoorziening van Schalkwijk is een duurzame optie bij uitstek. Er zijn grofweg drie technische opties: verbranden, vergisten en vergassen. Bij de eerste optie wordt de vrijgekomen warmte onmiddellijk benut voor verwarming van huizen. Het nadeel hiervan is dat voorzieningen voor de tijdelijke opslag van de brandstof en verkeersbewegingen voor het transport van diezelfde brandstof meestal niet passen in de wijk. Hetzelfde geldt voor de al gauw vrij grote verbrandings- en gassenreinigingsinstallaties en de onvermijdelijke “rookpluim” uit de schoorsteen. Een vergistingsinstallatie past om soortgelijke redenen ook niet echt in een woonomgeving. Een vergassingsinstallatie biedt de mogelijkheid van plaatsing buiten de wijk. Het duurzaam geproduceerde gas kan gebruikt worden voor opwekking van groene stroom. Er zijn op dit moment meerdere vergassingsinstallaties in voorbereiding (in Halfweg en in de Wieringermeer) die via waterwegen vanuit Haarlem goed bereikbaar zijn. Vergassing is op dit moment de beste techniek om biomassa te benutten omdat de reiniging van rookgassen effectief kan plaatsvinden en omdat het drogen van de biomassa met vrijkomende restwarmte kan geschieden. Aansluiting bij deze projecten zou een goede optie zijn om de groene stroom voor Schalkwijk op te wekken. Via Afvalzorg kan wellicht de geschikte fractie van de biomassa die in Haarlem wordt geproduceerd naar de vergassingsinstallatie worden afgevoerd. De warmte van de installatie kan in deze gevallen niet voor Schalkwijk worden benut. Voor verbranding en vergassing is (snoei)hout een geschikte brandstof. Gft is minder geschikt vanwege het hoge vochtigheidsgehalte. 3 Megawatt wordt beschouwd als de minimale grootte voor een dergelijke installatie. Het houtverbruik is in dat geval ongeveer 3000 ton per jaar bij 5000 bedrijfsuren. Een zeer innovatieve manier om in de wijk de CO2-uitstoot te verminderen is door aardgas te ontkolen (ontrekken van C-atomen) en het daarbij vrijkomende waterstofgas (H2) in de gasleidingen bij te mengen. Ontwikkelingen in de komende jaren kunnen wellicht aanleiding geven een experiment ten behoeve van de overstap naar waterstofsystemen in Schalkwijk uit te voeren. De toepassing van waterstofsystemen is voor de toekomst ook belangrijk omdat dit gas in principe op duurzame wijze kan worden geproduceerd bijvoorbeeld door elektrolyse van water met behulp van stroom uit zonnepanelen. • • •
2.3
Laat opties voor besparende maatregelen in de toekomst open Onderzoek mogelijkheden voor gecombineerde warmte-koudeopslag Onderzoek mogelijkheden voor biomassavergassing en opwekking van groene stroom
Woningen, kantoren, winkels
In deze paragraaf komen energetische beschouwingen aan de orde die meegewogen moeten worden bij stedenbouwkundige en architectonische beslissingen. Het zijn geen absolute waarheden en ze kunnen soms in tegenspraak zijn met elkaar of consequenties hebben voor andere aspecten van stedenbouw of architectuur. Ze zijn bedoeld om zicht te geven op de vele verschillende mogelijkheden voor de energievoorziening van de wijk.
18
ECN-C--00-115
Woningen en utiliteitsbouw vragen een verschillende aanpak. Binnen de categorie woningen onderscheiden we daarnaast eengezinshuizen en gestapelde woningbouw. Onder utiliteitsbouw worden in het algemeen gerekend: • groot- en detailhandel, horeca en reparatiebedrijven; • transport-, opslag- en communicatiebedrijven; • bank- en verzekeringswezen en zakelijke dienstverlening; • overige (niet-commerciële) dienstverlening plus de overheid. Utiliteitsbouw betreft in principe alle gebouwen buiten de woning-, industriële, agrarische en energiesector. De soorten bedrijven, de bijbehorende gebouwenvoorraad en het gebouwgebonden en bedrijfsgebonden energiegebruik zijn zeer divers. Het gebouwenbestand verschilt op alle denkbare aspecten en op de technische mogelijkheden voor energiebesparing en stedenbouwkundige inbedding. De bedrijfsactiviteit kan groot- en kleinschalig zijn en publieksof werknemersgericht. Vanuit beïnvloeding van het energiegebruik is het wel of niet aanwezig zijn van een sterke branche-organisatie, die eventuele besparingsacties kan coördineren, van belang. De grote verschillen leiden tot zeer uiteenlopende niveaus van energiegebruik en besparingsmogelijkheden. In dit rapport zullen vooral die sectoren aan de orde komen, die van wezenlijk belang zijn voor het energiegebruik in Schalkwijk: de categorieën woningen, kantoren en winkels.
2.3.1 Woningen Al in een vroege fase van plannen maken voor Schalkwijk moeten beslissingen worden genomen die een belangrijke rol spelen in het beperken van negatieve milieugevolgen nu, en de voorbereiding op een duurzame energievoorziening in de toekomst. Het gaat hierbij met name om beslissingen ten aanzien van zongericht bouwen, energieprestatienormering, en de aan te leggen energie-infrastructuur. Bij het nemen van deze beslissingen dient rekening te worden gehouden met de gevolgen op korte termijn: primair energiegebruik, kosten en bewonersacceptatie, en met de gevolgen op lange termijn: flexibiliteit om op toekomstige ontwikkelingen in te spelen en de mogelijkheid om te zijner tijd op een volledig duurzame energievoorziening over te gaan. Een belangrijke verlaging van het primair energiegebruik in woningen is mogelijk door vermindering van de warmtevraag en door toepassing van zonne-energie. De warmtevraag kan worden verminderd door zwaardere isolatie van gevels, daken en vloeren, energetische verbetering van beglazingssystemen, kozijnen en deuren en toepassing van warmteterugwinning uit ventilatielucht. Zonne-energie kan “passief” worden benut door benutting van zonnewarmte in een zongericht woningontwerp, of “actief”, bijvoorbeeld met een zonneboiler. Bij de huidige energie- en productprijzen zijn maatregelen die verder gaan dan de huidige energieprestatienorm vaak kosteneffectief, zeker indien rekening wordt gehouden met subsidies en fiscale maatregelen. Door kostendalingen - mede het gevolg van een toenemende vraag door een geleidelijk aan te scherpen energieprestatienorm - kunnen steeds meer maatregelen ook nog kosteneffectief toepasbaar worden. Voor bewoners geldt daarnaast nog een extra stimulering door fiscale faciliteiten zoals hypotheekaftrek en groenfondsen. Extra vermindering van het primair energiegebruik is mogelijk met alternatieven voor de thans gebruikelijke HR-combiketel. Op korte termijn zijn de belangrijkste kandidaten hiervoor warmte/kracht koppeling en elektrische warmtepompen. Beide technieken kunnen op zeer verschillende schaalniveaus worden toegepast. Naast deze beide mogelijkheden bestaan er mogelijkheden voor zogenaamde bivalente warmtepompsystemen waarbij een elektrische warmtepomp zorgt voor de basisverwarming, en een HR-ketel of een in het warmtepompsysteem geïntegreerde HR-brander de piekverwarming verzorgt. Hierdoor kan een extra besparing op het primair energiegebruik worden gerealiseerd. Deze alternatieven moeten nog nader worden uitgewerkt waarbij integratie met een actief zon-thermische component één van de op te lossen problemen is. Op lange termijn zouden ook absorptiewarmtepompen
ECN-C--00-115
19
(“gasgestookte warmtepompen”, waarvan de eerste exemplaren thans getest worden door Nefit) en micro-WKK (in experimentele fase) zinvolle systemen voor woningverwarming kunnen worden. Combinaties van vergaande energievraagvermindering en toepassing van zonne-energie met een warmte-aanbodsysteem op basis van warmtekracht koppeling of warmtepompen leiden uiteraard tot de meest vergaande vermindering van het primair energiegebruik. Uit kostenoverwegingen zullen toch keuzes nodig zijn. Elektrische warmtepompen zijn op dit moment nog niet kosteneffectief op woningniveau toe te passen, maar de kosten lijken nog te kunnen dalen. Warmtekracht koppeling met warmtedistributie lijkt bij een wat hogere dichtheid van de warmtevraag kosteneffectief te kunnen worden toegepast. Zowel de primaire energiebesparing als de kosteneffectiviteit staan voor systemen op basis van warmtedistributie echter onder druk indien de warmtevraag sterk afneemt. Warmteverliezen in het distributienet gaan in dat geval een steeds grotere rol spelen. Voor alle genoemde combinaties zijn de kostencijfers nog te onzeker om eenduidige uitspraken te doen over de meest kosteneffectieve combinatie van maatregelen. Per deelgebied, met verschillende woningdichtheden en woningtypen, kan dit verschillend uitpakken. Een andere overweging bij keuzes is toekomstwaarde. De toekomstwaarde van een energieinfrastructuur wordt bepaald door de mogelijkheden die deze open laat om in te spelen op toekomstige ontwikkelingen. Uit het oogpunt van toekomstwaarde verdienen vraagbeperkende maatregelen de voorkeur boven efficiënte conversietechnologieën. Een goed casco staat 30 à 50 jaar tot renovatie en gaat daarna nog langer mee, terwijl technische (conversie)apparatuur, zoals een elektrische warmtepomp vaak al na zo’n 15 jaar moet worden vervangen. Zonoriëntatie en bouwkundige maatregelen kunnen bovendien later niet meer eenvoudig worden aangepast. Voor de toekomstwaarde van een energie-infrastructuur is het van belang na te gaan of inpassing van nieuwe technologieën, zoals micro-warmtekracht, warmtepompen en PV (photovoltaïsche zonnepanelen, die uit zonlicht elektriciteit maken), in de toekomst mogelijk blijft, indien daar niet nu al voor wordt gekozen. De inpassing van die nieuwe technologieën is afhankelijk van de aanwezigheid van de benodigde energiedrager en van de capaciteit hiervan (bijvoorbeeld netcapaciteit). Ook op gebouwniveau moet vaak aan bepaalde randvoorwaarden worden voldaan om inpassing van een nieuwe technologie mogelijk te maken. Voor PV is het nodig dat dakvlakken op de zon georiënteerd zijn. Voor inpassing van warmtepompen moet het CV systeem met een lage temperatuur van het warmte-overdragend medium worden bedreven. Op dit moment wordt geen van de aan te bieden energiedragers duurzaam geproduceerd, maar voor zowel elektriciteit, warmte als gas kunnen hiervoor in de toekomst mogelijkheden ontstaan. Vooral het aandeel duurzame energie in de elektriciteitsvoorziening zal in de komende jaren substantieel kunnen toenemen. Voor de andere energiedragers, warmte en gas, zijn de mogelijkheden tot inpassing in een duurzame energievoorziening minder duidelijk. Ombouw van het aardgasnet ten behoeve van transport van waterstof vereist aanpassingen, waarvan de consequenties op dit moment nog niet volledig kunnen worden overzien. Warmte kan weliswaar duurzaam worden geproduceerd, maar daarbij zullen relatief grote warmtedistributieverliezen minder makkelijk worden geaccepteerd als in de huidige situatie waar voornamelijk betrekkelijk primitieve restwarmte wordt getransporteerd.
2.3.2 Gestapelde woning Hieronder komen specifieke aspecten voor de gestapelde woningbouw aan de orde die hierboven niet zijn behandeld. De onderverdeling van de alinea’s is gebaseerd op de drie belangrijkste energieaspecten in de woning: transmissieverlies van warmte door de geïsoleerde gebouwschil, ventilatieverlies door het afzuigen van warme lucht uit de woning en energie voor het opwarmen van warm tapwater.
20
ECN-C--00-115
Woningen
Warm tapw ater
Transmissie
Verlichting
Ventilatie
Figuur 2-4: Grafische voorstelling van de globale verdeling van de energievraag voor de belangrijkste functies van de woning Transmissieverlies Ten opzichte van de standaard rijtjeswoning die doorgaans in de literatuur wordt gehanteerd (standaard referentiewoning Novem) geeft de gestapelde woning door verkleining van het verliesgevend oppervlak in theorie al een energiebesparing van maximaal 50% op het transmissieverlies. Deze winst komt niet tot uiting in de berekeningssystematiek van de energieprestatienorm. Het transmissieverlies is meestal ongeveer de helft van het totale primaire gebouwgebonden energiegebruik van de woning. Hoge woongebouwen kunnen dus in principe tot 25% zuiniger zijn dan een eengezins doorzonwoning van vergelijkbare kwaliteit! Ventilatieverlies Wanneer woningen in een geluidsbelaste zone worden gesitueerd is gebalanceerde ventilatie met warmteterugwinning een mogelijkheid om geluid uit het interieur te weren Suskasten zijn dan niet meer nodig. De energiebesparing van zo’n 80% van de ventilatie-energie die hierbij optreedt is dan mooi meegenomen. Ventilatieverliezen zijn bij een woning ongeveer 25% van het totale energiegebruik. De besparing kan dus 20% bedragen ten opzichte van de totale energievraag. Warm tapwater Het bereiden van warm tapwater is in relatief nieuwe woningen verantwoordelijk voor 25% tot 50% van het totale energiegebruik van de woning. De helft hiervan kan worden bespaard door een zonneboiler toe te passen. Het is betrekkelijk eenvoudig om in het ontwerp van een woongebouw of een complex eengezinswoningen al met de plaatsing van zonneboilers rekening te houden. Ook wanneer het woongebouw of het complex niet meteen vanaf de nieuwbouw van een zonneboilerinstallatie wordt voorzien (vanwege de huidige energieprestatie-eisen wordt steeds vaker een zonneboiler toegepast), zou het ontwerp zodanig moeten zijn, dat in de toekomst een zonneboiler mogelijk blijft. Met andere woorden: het nieuwbouwontwerp mag voor de toekomst de mogelijkheid van een zo grote energiebesparing niet blokkeren. Zonneboilers vormen een dusdanig interessante optie dat inpassing in de bestaande bebouwing serieus dient te worden onderzocht. Op basis van hierboven voorgestelde maatregelen in de sfeer van transmissieverlies, ventilatieverlies en warm tapwater is een energiebesparing van 50% zonder aanzienlijke meerkosten goed mogelijk.
ECN-C--00-115
21
Het zij overigens opgemerkt, dat grote glasoppervlakken op het zuiden, wanneer de isolatiewaarde van het glas groot is, (HR++) kunnen zorgen voor een netto warmtewinst in de winter. Voorzichtigheid is echter geboden. Er zijn legio voorbeelden bekend van serres of dichtgebouwde loggia’s die juist een averechts effect hadden (zie Figuur 1-2). Wanneer een serre of een dichtgebouwde loggia als warmtecollector wordt gebruikt, dient de oorspronkelijke gevelafsluiting in stand te blijven en ook te worden dichtgehouden wanneer de zon niet schijnt. De praktijk leert namelijk, dat de isolatiewaarde van serres altijd minder is dan die van de buitengevel. Als de oorspronkelijke buitengevel is verwijderd kan de toename van het verliesgevend oppervlak zwaarder wegen dan de warmtewinst door de zoninstraling. Een netto warmteverlies is dan het resultaat. Ook dient bij serre’s en andere grote, op de zon gerichte glazen geveldelen aandacht te worden besteed aan zonwering en ventilatie om oververhitting en vraag naar mechanische koeling te voorkomen.
2.3.3 Kantoren Energieverlies in kantoren kent vier oorzaken, die alle vier aandacht behoeven: • verlies van warmte door de gebouwschil (transmissieverlies), • ventilatieverlies door het afzuigen van warme gebouwlucht en energie voor aandrijven van ventilatoren, • verlichting van de werkplek, • koeling van kantoorruimtes in de zomer. In de volgende alinea’s worden deze oorzaken van energieverlies achtereenvolgens besproken. Kantoren Koeling
Transmissie
Verlichting
Ventilatie
Figuur 2-5: Grafische voorstelling van de globale verdeling van de energievraag voor de belangrijkste functies van het kantoor. Transmissieverliezen Warmteverlies door transmissie is het warmteverlies van binnen naar buiten door de geïsoleerde schil van het gebouw heen. Dit verlies moet door warmtebronnen worden gecompenseerd. Beperking van de energievraag voor verwarming kan dus worden bereikt door de isolatie beter te maken en door het schiloppervlak te verkleinen. Door verschillende kleinere kantoorgebouwen te stapelen tot één hoger kantoor kunnen het verliesgevend schiloppervlak en dus ook de transmissieverliezen door de schil worden verminderd met maximaal een derde deel. Omdat de transmissieverliezen van een kantoorgebouw globaal ongeveer een kwart van het totale gebouwgebonden primaire energiegebruik vertegenwoordigen geeft dit een theoretische vermindering van het energiegebruik van 30% van 25%, dat is ruim 8%.
22
ECN-C--00-115
Ventilatie-energie Voor het ventileren van een gebouw moet verse buitenlucht worden opgewarmd voordat het aan het interieur van het kantoor wordt toegevoerd. Dat kost verwarmingsenergie. Ook het verplaatsen van de lucht kost energie in de vorm van stroom voor de ventilatoren. De hoeveelheid toe te voegen verwarmingsenergie kan worden beperkt door toepassing van een warmteterugwinning-unit. Deze warmtewisselaar zorgt ervoor dat de warmte uit de afgevoerde lucht wordt toegevoerd aan de verse lucht en beperkt daardoor in hoge mate de warmteverliezen. In veel energiezuinige kantoren zijn warmteterugwin-units toegepast. Ook in de woningbouw (zowel nieuwbouw als renovatie) vindt de warmteterugwin-unit meer en meer ingang. Bij een gebouw met te openen ramen in de gevel kan men - buiten het stookseizoen- met minder mechanisch toegevoerde verse lucht volstaan omdat de gebruikers van de kantoren zelf de mogelijkheid hebben extra verse lucht toe te laten door de ramen. Het opgenomen vermogen van de ventilatoren is daardoor ook lager, hetgeen bijdraagt tot vermindering van het elektriciteitsgebruik. Het verdient daarom aanbeveling om kantoorgebouwen zo vorm te geven, dat de mogelijkheid om ramen te openen zoveel mogelijk is gewaarborgd (het blijkt bovendien uit onderzoek naar het “sick building syndrom”, dat het de mogelijkheid om ramen te kunnen openen door de gebruikers van het gebouw ten zeerste worden gewaardeerd). Bij gebouwen met mechanische koeling is het mogelijk de airconditioning uitgeschakeld te laten totdat het raam wordt gesloten. Bij een goede implementatie (een goed gebouw-beheersysteem) kan hierdoor veel koelenergie worden vermeden. Verlichtingsenergie Verlichting van de werkplek kan worden bereikt met daglicht en met kunstlicht. Bij aanwezigheid van daglicht kan op het verbruik van elektriciteit voor kunstlicht worden bespaard door daglicht-gestuurde regelingen. Uit de literatuur blijkt dat bij een goede keuze van componenten deze besparing meer dan 50% kan bedragen. Dit geldt uiteraard alleen voor de daglichtzone van een gebouw. De daglichtzone van een gebouw is de gebruiksruimte die grenst aan een open gevel. De kunstlichtzone in een gebouw begint op een afstand van ongeveer 3 meter vanaf de gevel. Door een langgerekt gebouw op te delen in meerdere vrijstaande gebouwen zal de daglichtzone in die gebouwen met maximaal ongeveer 40% toenemen. Het elektriciteitsverbruik voor kunstlicht kan daardoor met 50% van 40% dus met 20% afnemen. Omdat het energiegebruik voor kunstlicht ongeveer 25% is van het totaal is het effect van deze maatregel 5% energiebesparing. Door toepassing van optische elementen in of aan de gevel, hoogreflectieve bekleding van dagkanten, intelligente zonwering en dergelijke kan de daglichtzone verder worden vergroot. Ook de mate van reflectie door belendende gebouwen en de onderlinge afstand van gebouwen heeft grote invloed op de daglichttoetreding.
ECN-C--00-115
23
Figuur 2-6: Lichthoven in een kantoorgebouw vergroten de daglichtzone en dragen daardoor bij aan een aanzienlijke reductie van verlichtingsenergie. Koeling Het energiegebruik van grote kantoorgebouwen bestaat voor een substantieel deel uit koelenergie. Dit energiegebruik kan vaak in zijn geheel wegvallen door te kiezen voor passieve koeling. Passieve koeling is een totaal pakket van maatregelen waardoor een koelmachine overbodig wordt. Een van deze maatregelen is het gebruik maken van intensieve nachtventilatie. Tenzij gebruik wordt gemaakt van natuurlijke ventilatie kost dit wel extra energie voor mechanische ventilatie. Een van de voorwaarden om natuurlijke ventilatie toe te kunnen passen is genoemd onder de kop ventilatie-energie. Om de mogelijkheden van passieve koeling voor de toekomst niet uit te sluiten zou dus ook om deze reden gekozen moeten worden voor een relatief groot geveloppervlak. Een goed voorbeeld hiervan is het Commerzbank gebouw in Frankfurt van Sir Norman Forster.
24
ECN-C--00-115
Figuur 2-7: De Commerzbank in Frankfurt is een goed voorbeeld van een relatief energiezuinig modern kantoorgebouw, waarin gebruik is gemaakt van natuurlijke ventilatie voor koeling. Samenvatting kantoren De mogelijkheden voor energiebesparing nemen door bovengenoemde stedenbouwkundige en bouwkundige randvoorwaarden enorm toe. Het is in dit stadium vooral van belang om zo veel mogelijk opties voor de toekomst open te houden door vorm, ligging en oriëntatie van gebouwen optimaal te kiezen in relatie tot de beschreven basisprincipes. Omdat verschillende uitgangspunten werden gehanteerd mogen bovenstaande percentages niet domweg worden opgeteld. Als men hiermee goed omgaat, moet toch zeker 40% energiebesparing mogelijk zijn. Verdere besparing zijn mogelijk bij de opwekking van warmte, koude en elektriciteit. Dit komt elders in dit rapport aan de orde. Het gedrag van de gebruikers van het gebouw blijft overigens van niet te onderschatten invloed op het energiegebruik. Naast energiezuinige apparatuur (beeldschermen en kopieermachines) is een beheersingssysteem dat de invloed van de gebruiker op het energiegebruik beperkt (automatische zonwering, daglichtgestuurde en aanwezigheidgestuurde verlichtingsystemen e.d.) van groot belang voor verdere reductie van het energiegebruik in kantoorgebouwen.
2.3.4 Winkels Om een indruk te krijgen van het enorme energiegebruik in de detailhandel hoeft men maar een wandeling door een winkelcentrum te maken. Zowel in de zomer als in de winter staan de deuren ongeacht de weersomstandigheden wagenwijd open. Op warme zomerdagen treedt de koelte van de geklimatiseerde winkels je tegemoet; op koude winterdagen wordt een “warmtegordijn” toegepast om de overgang tussen binnen en buiten duidelijk voelbaar te markeren. De doorgaans brede en diepe panden, die niet zelden verschillende verdiepingen ECN-C--00-115
25
beslaan, hebben weinig mogelijkheden voor daglichttoepassing, zodat kunstlicht noodzakelijk is. Daarbij worden in het algemeen kunstlichtspotjes gebruikt - ook wanneer er voldoende daglicht is - om de aandacht op de geëtaleerde waar te vestigen. Het energiegebruik voor verlichting enerzijds en voor koeling om de door de verlichting ontwikkelde warmte weg te koelen anderzijds is dan ook gigantisch. Novem heeft begin jaren negentig een groot aantal, op de specifieke branches van de detailhandel gerichte folders het licht doen zien, waarin is aangegeven hoe winkeliers op hun energiegebruik kunnen besparen. Een groot deel van deze maatregelen valt onder “good housekeeping”, waarbij relatief geringe investeringen nodig zijn. Het gaat om zaken als tijdklokken op reclame- en etalageverlichting en pompschakelaars op CV-ketels. De aanwezige koel/vriesapparatuur is energiezuiniger te maken met geschikte afscherming over de uitgestalde waar. Uitgebreide onderzoeken in de Verenigde Staten hebben aangetoond dat voor winkels het energiegebruik geen rol speelt in de overwegingen voor de keuze van het productassortiment, het aantal vestigingen, de wijze van presentatie, etc. Het etaleren van de te verkopen producten op een zo duidelijk mogelijke manier is de drijfveer voor de detailhandel om ingrepen in technische installaties te initiëren. Het belichten van de producten of het aantrekken van potentiële klanten door het wegnemen van barrières als deuren en tourniquets, waardoor warmteschermen moeten worden geïnstalleerd, kan verkoopbevorderend werken. Overwegingen met betrekking tot energiebeheer spelen daarin doorgaans geen enkele rol. (zie: R.G. Lucas & Z.T. Taylor: Characterization of Changes in Commercial Building Structure, Equipment and Occupants, Pacific Northwest Lab., Richland, 1990). Gezien het feit, dat energie en milieu weer een paar plaatsen gezakt zijn op de lijst van publieke interessen, is het niet waarschijnlijk dat Nederlandse winkeliers anno 2000 een structureel andere mening hebben over energiebeheer. Bij het vaststellen van de besparingsmogelijkheden moet zeer goed rekening worden gehouden met deze beperkende factoren. Het aandeel van de energiekosten in de totale kosten is erg klein in de detailhandel; ook ontbreken veelal de kennis en de tijd om iets aan besparing te doen. Een Amerikaans onderzoek liet zien, dat in de VS op elk willekeurig ogenblik 50% van de winkels intern wordt verbouwd. Wanneer bij dit soort verbouwingen, die vooral gericht zijn op het etaleren in de ruimste zin van het woord, meer aandacht wordt besteed aan energie-aspecten zijn grote energiebesparingen mogelijk. Maar ook op een groter schaalniveau liggen mogelijkheden voor energiebesparing. Binnenstraten en passages van winkelcentra worden vaak niet bewust geklimatiseerd. Het kan grote voordelen bieden om winkels en passage als één klimaatsysteem te beschouwen. De voorpui van winkels is veelal voor een groot deel geopend zodat wederzijdse beïnvloeding van winkel en passage altijd al groot is. Als door de projectontwikkelaar volledig geklimatiseerde winkelruimte wordt aangeboden als onderdeel van een winkelcomplex zijn er mogelijkheden voor een centrale voorziening die de efficiëntie aanzienlijk kan verhogen. Er zijn voorbeelden die laten zien dat door bodemopslag van warmte gecombineerd met warmtepompen waarmee verwarmd en gekoeld kan worden, op kosteneffectieve wijze veel energie kan worden bespaard. Tegelijkertijd wordt een goed binnenklimaat gerealiseerd.
26
ECN-C--00-115
energievraag verminderen op wijkniveau 1. voor nieuwbouw geldt in principe dat gestapelde bouw zuiniger is dan laagbouw. 2. bij woningen: benutting direct zonlicht voor actieve en passieve verwarming en verlichting 3. kantoren: veel geveloppervlak voor benutting (indirect) zonlicht en ventilatie (passieve koeling); de kleur van de gevels bepaalt mede de lichtopbrengst voor de belendende gebouwen; lange gevels bij voorkeur op zuid en noord. 4. wijkindeling gericht op bevordering van fiets- en voetgangersverkeer en vermindering van autoverkeer. 5. naast sloop van oudste gebouwen (heeft in het kader van duurzaam bouwen niet de voorkeur) levert bevorderen van isolatie van bestaande gebouwen de meeste energiewinst op tegen de laagste kosten 6. winkelcentra als één systeem benaderen 7. groen op straat bevorderen vooral in dichtbebouwde gebieden in verband met microklimaat (passieve koeling, kwaliteit) en wellicht toekomstige biogasopbrengst. energievraag verminderen op gebouwniveau kantoren 1. passieve maatregelen zoals optimaliseren glasoppervlak ten opzichte van lichtopbrengst en oververhitting, luifels, zonwering 2. korte inwendige afstand van de gevels 3. mogelijkheden inbouwen voor natuurlijke ventilatie en passieve koeling woningen 4. leefruimte op het zuiden; nokrichting oost-west 5. isolatie van ramen, kozijnen en deuren 6. warmteterugwinning uit de ventilatielucht 7. zonneboilers (ook voor hoogbouw) 8. elektrische verlichting in verkeersruimtes automatiseren op daglicht en aanwezigheid juiste keuzes maken op installatieniveau 1. eerst isoleren en daarna haalbaarheid van warmtekracht bepalen 2. warmteterugwinning bevorderen en als dat niet lukt warmtepompboiler overwegen 3. passieve koeling en warmterugwinning bevorderen en de resterende koude- en warmtevraag proberen te leveren door voorziening voor seizoenopslag 4. lage temperatuursystemen bevorderen met het oog op mogelijke toepassing van duurzame opwekking opwekking: 1. bij middelgrote en grote projecten altijd de mogelijkheden van collectieve systemen bekijken (warmtekracht, warmtepompsystemen, seizoenopslag) 2. voor woningen: zonneboilersystemen; 3. waar mogelijk pv-panelen implementeren. 4. in de nabije toekomst de mogelijkheden van verwerking van snoeihout tot biogas bezien. 5. ontwikkelingen op het gebied van absorptiewarmtepompen en microwarmtekracht volgen.
ECN-C--00-115
27
3.
ENERGIECONCEPT NIEUWBOUW WONINGEN
In dit hoofdstuk worden de belangrijkste principes voor het realiseren van energiezuinige nieuwbouw aangegeven. Het ontwerpproces, met zijn diversiteit aan uitgangspunten, belangen en beslissingen, is te complex om hier gedetailleerd te kunnen aangeven aan welke eisen het ontwerp moet voldoen. Het blijft dus bij een beschrijving van algemene principes. Dit hoofdstuk is vooral bedoeld om bij het vaststellen van de ontwerpuitgangspunten en bij het toetsen van de nieuwbouwontwerpen in de verschillende stadia van de planvorming voor ogen te worden gehouden. Om tot een uit oogpunt van energiebeheersing optimaal ontwerp te komen, is begeleiding door een ter zake kundige in feite een voorwaarde. Om niet teveel in abstracties te verzanden, zal in dit hoofdstuk waar mogelijk worden gerefereerd aan de concrete nieuwbouwopgaven waarvoor Schalkwijk zich binnenkort geplaatst ziet: de Noordstrook langs de Schipholweg en de vervangende nieuwbouw her en der door de wijk.
3.1
Algemene benadering
De energiedoelstelling van Schalkwijk 2000+ is een vermindering van het primair energiegebruik, onder meer voor de gebouwgebonden energiefuncties: ruimteverwarming, warm tapwater, ventilatie en verlichting. Drie categorieën van maatregelen kunnen bijdragen aan de realisatie van deze doelstelling: • De eerste categorie bestaat uit maatregelen die zorgen voor het vermijden van onnodig energiegebruik. Isolatie, warmteterugwinning uit ventilatielucht en het gebruik van efficiënte ventilatoren zijn voorbeelden van maatregelen die tot vermijding van energievraag leiden. Op stedenbouwkundig niveau kan gedacht worden aan een zodanige ordening van de gebouwen, dat de onderlinge beïnvloeding vanuit het energieoogpunt optimaal is. Men denke aan voorkomen van onnodige belemmeringen voor toetreding van zonlicht, waardoor het gebruik van daglicht maximaal is -en daarmee de behoefte aan kunstlicht minimaal; aan het zodanig situeren en dimensioneren van de bouwblokken dat afkoeling door wind wordt geminimaliseerd, aan de juiste wisselwerking tussen groenvoorziening en gebouwen. Groen heeft door de verdamping van water een koelende werking, waarvan tot op zekere hoogte gebruik kan worden gemaakt. • De tweede categorie maatregelen omvat het gebruik van lokale duurzame energiebronnen, om zoveel mogelijk in de resterende energiebehoefte te voorzien. Op gebouwniveau gaat het hierbij met name om zonne-energie, waarvoor op stedenbouwkundig niveau de randvoorwaarden worden geschapen (voorkomen van beschaduwing, optimale oriëntatie). • Voor zover lokale duurzame energiebronnen niet toereikend zijn, zullen traditionele energiedragers zoals aardgas en elektriciteit uit het landelijk net worden ingezet. Deze energiedragers zo efficiënt mogelijk in te zetten vormt de derde categorie van maatregelen. Hoog-rendementsketels en warmtepompen zijn voorbeelden van technieken die kunnen zorgen voor efficiënte omzetting van gas of elektriciteit in warmte. Op stedenbouwkundig niveau moet worden gedacht aan de mogelijkheid om gebouwen zodanig ten opzichte van elkaar te situeren, dat een complementariteit in energievraagpatronen wordt bewerkstelligd. Men kan daarbij denken aan situering van een zwembad (warmtevraag) naast een ijsbaan (koudevraag), en aan situering van kantoren (geringe warmtevraag op de winteravond, grote elektriciteitsvraag overdag, koelvraag op de avonden in het voor- en naseizoen) ten opzichte van woningen (veel warmtevraag op winteravonden, weinig elektriciteitsbehoefte overdag, warmtevraag ’s avonds in de voor- en naseizoenen). Deze drie categorieën samen vormen de zogenaamde energieladder ‘vermijden-duurzaamefficiënt’.
28
ECN-C--00-115
Bij het ontwerpen van nieuwbouw in een nieuwe situatie dient men te beseffen hoe ver de te nemen beslissingen doorwerken in de tijd. De historische binnenstad laat zien, dat een eenmaal gekozen stratenpatroon vaak voor eeuwen vastligt, ook als de oorspronkelijke bebouwing reeds lang is verdwenen. In Haarlem kan men denken aan de nieuwbouw in de Spaarnwouderstraat, in de Pieterstraat, in de Morinnesteeg, in de Witte Herenstraat, het hofje van de 21e eeuw, etc. Al deze nieuwbouwprojecten volgen exact het eeuwenoude stratenpatroon, waardoor de oriëntatie van de bouwblokken ten opzichte van de zon een gegeven is. Wanneer op grotere locaties in een bestaande wijk of op nieuwbouwlocaties de keuze voor het stratenpatroon en de bouwblokoriëntatie vrij is, dient uit het perspectief van energiebewust bouwen de oriëntatie zo te zijn, dat optimaal gebruik kan worden gemaakt van de zon. Beslissingen die nu genomen worden, mogen toekomstige ontwikkelingen niet frustreren. Zo zou een bouwblok in beginsel geschikt moeten zijn om zonnecellen te kunnen integreren, ook wanneer tot daadwerkelijk aanbrengen nu nog niet besloten is. Een woning is in Nederland gemiddeld 110 jaar oud voordat zij wordt gesloopt. Hiervoor geldt dus ook, dat beslissingen op woningniveau of op gebouwniveau in het algemeen genomen, gemiddeld minstens voor een eeuw vastliggen. Wanneer eenmaal de keuze voor bijvoorbeeld een isolatiedikte is bepaald, is die in de toekomst niet of slechts met veel moeite te veranderen. Daarom ook is de keuze voor het gebruik van restwarmte bij het weglaten van extra isolatie, wat soms als serieuze optie naar voren wordt gebracht, te verwerpen. De achterliggende redenering is, dat bij goede isolatie meer woningen nodig zijn om dezelfde hoeveelheid warmte af te nemen, waardoor de kosten van de infrastructuur en dus de exploitatie toenemen. Daarmee zou restwarmtegebruik om financiële reden kunnen worden afgewezen. Het gebruik van restwarmte is een goede zaak. Om echter nu op basis van een momentane exploitatieopzet beslissingen met een reikwijdte van 100 jaar te nemen, voert, met de bestaande onzekerheden over de beschikbaarheid van de hoeveelheid restwarmte in de toekomst, te ver. Ontwerpbeslissingen over het gebouwcasco mogen toekomstige opties niet frustreren. Installaties voor verwarming, koeling en ventilatie hebben gemiddeld een levensduur van 15 tot 20 jaar. Voor zover zij dan technisch niet versleten zijn, zijn ze dan veelal technologisch of economisch achterhaald. Vergelijk eens de installaties ten tijde van de introductie van de VRen HR-ketel en de gebalanceerde ventilatie met warmteterugwinning, met de installaties die nu in een moderne woning worden geplaatst. Het is daarom ook onjuist, om een energieconcept geheel te laten bepalen door de “state of the art” van de installatie. Wanneer de installatie een belangrijk onderdeel is van het totale energieconcept, moet de installatie zodanig zijn ontworpen, dat toekomstige verbeteringen daadwerkelijk kunnen worden toegepast. Ook hier geldt, dat de keuze de toekomstige ontwikkelingen niet in de weg mag staan. Uit het voorgaande moge blijken, dat een goed ontwerp alleen mogelijk is bij een integrale ontwerpbenadering: zoveel mogelijk opties en consequenties moeten worden afgewogen om een gefundeerde beslissing te kunnen nemen.
3.2
Ontwerp-principes
Een integrale aanpak van de energievoorziening in een gebouw vraagt om een ‘bottom-up’ benadering van het energetisch ontwerp volgens de energieladder ‘vermijden-duurzaamefficiënt’. De reden om met ‘vermijden’ te beginnen is dat een optimaal warmtevoorzieningssysteem alleen kan worden gedimensioneerd als de energievraag goed gedefinieerd is. Dat houdt in, dat alle maatregelen om tot beperking van die vraag te komen, overwogen moeten zijn. Vermijden van de warmtebehoefte op zichzelf is geen doelstelling. Het gaat er uiteindelijk om, het inzetten van fossiele brandstoffen voor de klimaatbeheersing in een gebouw zoveel mogelijk te minimaliseren - door de vraag te beperken, door aan de dan aanwezige energievraag te voldoen door duurzame energie en door aan de eventueel dan nog resterende energiebehoefte te voldoen met een zo efficiënt mogelijke installatie.
ECN-C--00-115
29
Een aantal stedenbouwkundige aspecten die bij de integrale aanpak een rol spelen is eerder al genoemd. Tot de integrale aanpak op gebouwniveau behoren vooral: • Passief gebruik van zonnewarmte. Dit houdt in dat zoveel mogelijk gebruik gemaakt wordt van op het gebouw invallende zoninstraling om de gewenste binnentemperatuur te handhaven. Dit kan door optimalisatie van de verdeling van het raamoppervlak over de noord- en zuidgevel, en een gebouwindeling die daaraan ook zo veel mogelijk is aangepast. • Vasthouden van warmte. Dit kan door toepassen van een hoog isolatieniveau en warmteterugwinning uit ventilatielucht. Op dit terrein zijn de laatste jaren veelbelovende ontwikkelingen gaande: beglazing wordt in zeer hoog tempo verbeterd, warmteterugwinrendementen zijn inmiddels naar 90% gestegen. De behoefte van elektriciteit voor de ventilatoren is ook drastisch afgenomen. • Passief koelen. In het Nederlandse klimaat kan in veel gevallen gebruik gemaakt worden van buitenlucht om te koelen. Tijdens de warmste periode van het jaar wordt dan vooral van de nachtelijke afkoeling gebruik gemaakt door toepassen van zomernachtventilatie, waarbij de koelte in de constructie wordt opgenomen. Gedurende de dag warmt het gebouw langzaam op. • Daglichtbenutting. Gevelindeling en gebouwplattegrond bepalen in hoge mate hoeveel het daglicht kan bijdragen aan de verlichtingsbehoefte. Hoofdlijn bij het energiezuinig ontwerpen is het maken van een gebouwontwerp waar de gebouwschil niet zozeer functioneert als eenzijdige ‘warme overjas’, maar als een flexibele omhulling, die naar gelang de omstandigheden lucht, zonnewarmte of zonlicht doorlaat of juist tegenhoudt. Het aanpassen van gebouwschil-eigenschappen aan de omstandigheden vraagt wel om goede regelingen.
3.3
Mogelijke toepassing van de ontwerpprincipes
In deze paragraaf wordt een aantal voorbeelden gegeven van toepassing van de in het voorgaande genoemde ontwerpprincipes. De Noordstrook van Schalkwijk is daarin de referentie. Men moet evenwel voor ogen houden, dat het hier om voorbeelden gaat, niet om uitgekristalliseerde en afgewogen ontwerpvoorstellen. Hiervoor is een specifieke studie vereist, gezien de complexiteit van een gebied als de Noordstrook, de vele randvoorwaarden en de vele belangen die in een ontwerpproces voor dit gebied een rol spelen. Om het energiegebruik zoveel mogelijk te minimaliseren, zullen de gebouwen zodanig ten opzichte van elkaar moeten worden gesitueerd, dat de onderlinge beïnvloeding vanuit het energieoogpunt optimaal is: • voorkomen van onnodige belemmeringen, waardoor het gebruik van daglicht maximaal is en daarmee de behoefte aan kunstlicht minimaal. De Noordstrook biedt hiervoor uitstekende mogelijkheden. Langs de verkeersaders zal hoogbouw komen, als een geluidswal. Een terrasgewijze bebouwing ten zuiden van de hoogbouw optimaliseert de lichttoetreding, • zodanig situeren en dimensioneren van de bouwblokken dat afkoeling door wind wordt geminimaliseerd. Dit impliceert, dat er geen “tochtgaten” mogen ontstaan. Bij het dimensioneren van de bouwblokken dient hiermee rekening te worden gehouden. Gezien het feit, dat de hoogste bebouwing langs de Schipholweg is gedacht, is het risico van overmatige windhinder in het woongebied beperkt. Het is echter nuttig om het stedenbouwkundig ontwerp expliciet te toetsen aan de kansen op windhinder. • de juiste wisselwerking tussen groenvoorziening en gebouwen (groen heeft door de verdamping van water een koelende werking, waarvan tot op zekere hoogte gebruik kan worden gemaakt). Het aanzuigpunt voor de ventilatielucht voor gebouwen kan bijvoorbeeld in een bosschage worden gesitueerd, waar het enkele graden koeler kan zijn dan op het dakvlak van het gebouw.
30
ECN-C--00-115
Minimalisering van het energiegebruik hangt verder onder meer af van: • beperking van de koelbehoefte c.q. handhaving van het zomercomfort. Een gebouwontwerp dat alleen gericht is op het zoveel mogelijk benutten en vasthouden van invallende zonnestraling kan in de zomersituatie oververhitting geven. Er moet voorkomen worden, dat bewoners hun toevlucht nemen tot het achteraf aanschaffen van airconditioning, hetgeen een groot deel van de in de wintersituatie bereikte besparingen teniet kan doen. Een goed zomercomfort is dan ook niet alleen van belang voor de acceptatie van het concept door bewoners, maar ook om de energetische doelstelling in de praktijk te realiseren. Door ontwerpmaatregelen is oververhitting binnen zeer nauwe grenzen te beperken. Het voert te ver om die maatregelen hier uitgebreid te behandelen. Voor de stedenbouwkundige context is het van belang om de overmaat van zoninstraling in de zomer te beperken door de juiste situering van beplanting (denk aan de functie van de leilinden en -platanen voor de traditionele boerderij) Anderzijds dient de mogelijkheid voor zonnecollectoren en zonnecellen niet te worden gehinderd door eventuele beschaduwing. Ook kan men - op bouwblokniveau - denken aan het toepassen van een overstek, zodat bij hoge zonnestand in de zomer de zoninval wordt geblokkeerd, terwijl in de winter bij lage zonnestand geen belemmering optreedt. Een meer geavanceerd alternatief - op detailniveau - is het toepassen van instralingshoek-afhankelijke coatings op beglazingssystemen, die ook bij hoge zonnestand de zoninval verminderen. Het lijkt echter niet waarschijnlijk, dat dergelijke oplossingen dwingend kunnen worden voorgeschreven. Door extra ventilatie (het goed kunnen doorspuien van woningen en andere gebouwen) kan oververhitting effectief worden tegengegaan. Met name in de nachtelijk uren is de buitentemperatuur in het Nederlandse klimaat vrijwel altijd onder de 20 ºC. Inbraakvrije natuurlijke ventilatiemogelijkheden zijn hiervoor van belang. De stedenbouwkundige detaillering dient wel zo te zijn, dat de ventilatielucht niet over een sterk opgewarmd oppervlak wordt aangevoerd. Beplanting, gazons en water bieden een goede optie. • Beperking van kunstverlichting is niet alleen afhankelijk van de stedenbouwkundige context. Het gebouwontwerp heeft ook invloed op het daglichtniveau in de woning en daardoor op de behoefte aan kunstverlichting. Hoge lichtopeningen kunnen voor goede lichttoetreding tot achter in verblijfsruimten zorgen. Lichttoetreding naar verkeersruimten leidt ook tot vermindering van kunstlichtbehoefte. Extra lichttoetreding kan worden bereikt door toepassing van een lichtkoker of een lichtstraat vanaf het dak. Dergelijke oplossingen mogen niet door al te strakke voorschriften op stedenbouwkundig detailniveau in de weg worden gestaan. Duurzame energiebronnen moeten zoveel mogelijk in de energiebehoefte voorzien. Op gebouwniveau gaat het hierbij met name om zonne-energie, waarvoor op stedenbouwkundig niveau de randvoorwaarden worden geschapen (voorkomen van beschaduwing, optimale oriëntatie). De Noordstrook biedt wat dat betreft goede mogelijkheden. Veel van de langsgevels zijn op het zuiden georiënteerd, waardoor de invang van zon maximaal is. Het benutten van passieve zonne-energie is in de eerst plaats van belang. Het gebouwontwerp moet er dan op gericht zijn om in het stookseizoen de invallende zonnewarmte zoveel mogelijk vast te houden en te benutten en oververhitting in de zomer te voorkomen. Maatregelen ter vermindering van het warmteverlies (isolatie, kierdichting, thermische buffers) nemen hierin de belangrijkste plaats in. Naast de passieve thermische zonne-energie kan actieve thermische zonne-energie een rol spelen. Een zonverwarmingssysteem, bestaande uit ca. 3 m2 zonnecollector en een warmteopslagvat, kan in de zomerperiode de volledige behoefte aan warm tapwater dekken. Uitbreiding van het collectoroppervlak en vergroting van de opslagcapaciteit maken het mogelijk ook nog voor een klein deel aan de warmtebehoefte voor ruimteverwarming bij te dragen. Een aandachtspunt is de integratie met een HR-combiketel of warmtepompsysteem. Verder is tot kostenbesparing te komen door integratie van de collectoren in de dakconstructie. Toepassing van een lage-temperatuur verwarmingssysteem, waarbij het temperatuurniveau van
ECN-C--00-115
31
het warmte-overdragend medium slechts weinig boven de gewenste ruimtetemperatuur komt, verhoogt het rendement van een zonverwarmingssysteem. Een nader te onderzoeken optie is de combinatie van actieve thermische zonne-energie met warmte-opslag, bijvoorbeeld in de bodem. Het verdient aanbeveling om in een vroegtijdig stadium van de planvorming de mogelijke toepassing van fotovoltaïsche zonne-energie, naar de Engelstalige benaming afgekort tot PV. Voor de toepassing van PV moet aan een aantal randvoorwaarden worden voldaan. In de eerste plaats moeten de PV-modules op het zuiden gericht worden. De marge is vrij ruim; een plaatsing tussen zuid-oost en zuid-west biedt de beste opbrengst. Daarnaast moet er plaats zijn om PV toe te passen. Gebouwen bieden vanuit het oogpunt van meervoudig ruimtegebruik uitstekende mogelijkheden. In Nederland is tot nu toe de aandacht vrij eenzijdig uitgegaan naar het (hellende) dakvlak als drager voor PV. Er zijn echter verschillende argumenten die voor PV in de gevel pleiten. In de eerste plaats kan PV als gevelbekledingsmateriaal concurreren met veel materialen die in de U-bouw worden toegepast, zowel technisch als financieel. Toegepast op het dakvlak is PV vrijwel altijd additioneel; waar het een waterkerende functie heeft moet het concurreren met de relatief goedkope sneldekpannen. Bovendien biedt PV als gevelbekledingsmateriaal minder architectonische restricties: de acceptatie zal wellicht groter zijn. Geintegreerd in het dakvlak vraagt PV om een duidelijke “PV-architectuur”. Hoewel PV ook als gevelbekledingsmateriaal op een eigen wijze kan worden toegepast, is het daarnaast makkelijk uitwisselbaar met meer standaard gevelbekledingsmaterialen. Het kan een architectonische uitdaging zijn om in de Noordstrook PV nadrukkelijk aanwezig te laten zijn, zoals ook in de Amersfoortse wijk Nieuwland (1MWp PV) en in de binnenkort te realiseren wijk “Stad van de Zon” in Heerhugowaard (5MWp PV). Realisatie van het PVproject in de laatstgenoemde wijk is vooral te danken aan een grote financiële bijdrage van de Provincie Noord Holland. Per 1 januari 2001 treedt een subsidieregeling in werking die PV financieel veel aantrekkelijker maakt. Bovendien zouden verschillende eigendoms- en financieringsconstructies onderzocht en afgewogen moeten worden.
32
ECN-C--00-115
Samenvatting Hoofdstuk 3 Nieuwbouw Hieronder is het hoofdstuk in enkele globale omschrijvingen samengevat: 1. ontwerp grondslag energie: eerst vermijden, dan zoveel mogelijk duurzaam, rest efficiënt 2. maatregelen op stedenbouwkundig niveau hebben het primaat, gevolgd door het bouwkundig niveau en tenslotte het installatieniveau 3. extra isolatie en kierdichting met name kozijnen en deuren 4. voorkom “tochtgaten” in het stedenbouwkundig plan 5. warmteterugwinning op ventilatie 6. daglichtbenutting; voorkom belemmering van daglichttoetreding 7. zonpassief verwarmen en passief koelen 8. gebruik groenvoorziening voor koeling 9. creëer overstekken 10. beperken warmtapwatervraag 11. inzet zonneboiler 12. overweeg grootschalige PV-toepassing als gezichtsbepalend 13. lage temperatuurverwarming 14. toekomstige ontwikkelingen: ventileren op kwaliteit en aanwezigheid; absorptiewarmtepomp; verdere automatisering van verwarming en ventilatie per ruimte, verlichting en zonwering
ECN-C--00-115
33
4.
ENERGIECONCEPT RENOVATIE WONINGEN
De woningvoorraad in Schalkwijk bestaat in belangrijke mate uit gestapelde woningen waarvan het merendeel wordt bewoond door huurders, en eengezinshuizen, eveneens voornamelijk in de (sociale) huursector. Deze categorie woningen, gebouwd in de jaren zestig en zeventig, gebruikt oorspronkelijk relatief weinig energie: gemiddeld ongeveer 1300 m3 (flats) tot 1700 m3 (eengezinshuizen) gas per woning voor ruimteverwarming.(eengezinshuizen bewoond door eigenaren gebruiken aanzienlijk meer). Deze lage verbruiken gelden alleen woningen met zogenaamde lokale verwarming: de woonkamer wordt met een gaskachel verwarmd; de overige kamers hebben geen verwarming of een gevelkachel. Met de intrede van de centrale verwarming is het gasverbruik drastisch gestegen. In dit hoofdstuk zullen we nagaan, welke maatregelen er genomen zouden kunnen worden, zonder dat het comfort van de woning geweld wordt aangedaan.
4.1
Eengezinshuizen
Schalkwijk is gebouwd in de jaren zestig en zeventig. De woningvoorraad die toen is gerealiseerd, is binnenkort toe aan grondige renovatie of groot onderhoud. Omdat in dergelijke ingrepen ook een forse verbetering op het gebied van energie-beheersing kan plaatsvinden, willen wij aan de mogelijkheden daarvoor in grote lijnen onder de aandacht brengen. Het is echter niet reëel om algemeen geldende, gedetailleerde uitspraken te doen over energiebewust renoveren van woningen omdat de situatie voor de verschillende typen woningen en de staat waarin ze verkeren sterk verschilt. Daarom wordt hier een voorbeeld gegeven van een veelvoorkomend type woning, de doorzonwoning. Aan de hand van deze voorbeeldwoning komen de verschillende aspecten van renovatie en het effect ervan op de energiebeheersing aan de orde. De gegevens zijn ontleend aan een ECN-studie, “Renovatieconcepten”. Het complete rapport is bij ECN te verkrijgen. Wij volstaan in de onderhavige studie met de vermelding van de hier relevante conclusies uit “Renovatieconcepten”.
4.1.1 Inleiding Een van de typen doorzonwoningen die in een aantal varianten in grote getale door heel Nederland is neergezet is de woning die in volkshuisvestingskringen ook wel bekend is als de "Martini-woning", waarvan het archetype door architect J. Martini uit Groningen is ontworpen. Deze woning wordt in de onderhavige studie als referentiewoning gebruikt, omdat zij een typisch voorbeeld is van het bouwen uit de jaren '60. De gevels en plattegronden zijn hieronder geschetst.
34
ECN-C--00-115
Figuur 4-1: Gevelaanzichten referentiewoning
Figuur 4-2: Plattegronden referentiewoning Als uitgangspunt is de niet nageïsoleerde woning genomen. Het glasoppervlak van de voorgevel is 65%, van de achtergevel 57%. De woning wordt verwarmd door een gaskachel; warmtapwater wordt gemaakt met behulp van een keukengeiser. De kamer wordt op natuurlijke wijze geventileerd door een luchtafvoerkanaal, ramen en kieren.
ECN-C--00-115
35
4.1.2 Energiebesparende maatregelen Centrale verwarming Weinig woningen zullen nog in de toestand verkeren waarin zij zijn opgeleverd. Een deel van de woningen is tijdens een renovatie geïsoleerd en in veel woningen is centrale verwarming geïnstalleerd. Het effect van centrale verwarming op de warmtevraag - de hoeveelheid energie die nodig is voor ruimteverwarming - is groot in een ongeïsoleerde woning. Omdat deze centrale verwarming zowel op de begane grond als op de verdieping werd geïnstalleerd nam de te verwarmen ruimte toe en nam dus ook de hoeveelheid energie toe die nodig is voor het verwarmen. Door de ongeïsoleerde gebouwschil treden grote energieverliezen op door transmissie. Bovendien zorgen de aanwezige kieren en naden voor energieverliezen door infiltratie. Isolatie en ventilatie Door middel van een standaardpakket worden alle bouwdelen van de woning die grenzen aan de buitenruimte voorzien van een isolatielaag, het enkel glas wordt vervangen door dubbel glas en de naad- en kierdichting wordt verbeterd. De baksteen geveldelen worden geïsoleerd door de spouw te vullen met steenwolvlokken. Dit is vergeleken met binnen- of buitenisolatie een goedkope oplossing. Bovendien wordt de woning niet verkleind en blijft het gevelaanzicht behouden. In de oorspronkelijke situatie is sprake van een matige naad- en kierdichting. Het ventilatievoud ten gevolge van naden en kieren bedraagt gemiddeld 1 /h. In de nieuwe situatie wordt dit verbeterd, de gemiddelde waarde is dan 0,7 /h. Uit berekeningen blijkt, dat isolatie het gasverbruik voor ruimteverwarming van een woning met CV met 71% kan terugdringen. De vermindering van de warmtevraag is toe te schrijven aan isolatiemaatregelen (94%) en aan kierdichting (6%). Verplaatsing berging De oriëntatie van de woningen is achteraf niet meer te wijzigen. Bij woonblokken met gevels op west en oost moet door isolerende maatregelen het hogere energiegebruik worden bestreden. Bij woonblokken met gevels op noord en zuid kan door wijzigen van de plaats van de berging en de gevelindeling ook gebruikt worden gemaakt van passieve zonne-energie. Zowel vanuit energetisch oogpunt als uit functioneel oogpunt lijkt het een goede oplossing om de berging van de zuidgevel naar de noordgevel te verplaatsen. Een berging op het noorden die tegen de woning is geplaatst kan als een buffer werken die koude en wind tegenhoudt. Bovendien wordt de gevel op het zuiden beter bezond doordat de schaduwwerking wegvalt. In de woning kan licht beter toetreden. Bij verplaatsing van de berging van zuid naar noord wordt de buitenruimte op het zuiden groter, wat wenselijk is uit het oogpunt van functionaliteit. Toevoeging tochtbuffer Ter plaatse van de toegang tot de woning vindt warmtetransport van binnen naar buiten plaats door transmissie, infiltratie en ventilatie. Vooral wanneer de ruimte achter de voordeur wordt verwarmd zijn de energieverliezen groot ter plaatse van de voordeur. De toevoeging van een onverwarmde ruimte (tochtbuffer) ter plaatse van de voordeur kan deze verliezen verminderen. De tochtbuffer heeft een gematigd buitenklimaat waar de temperatuur minder schommelt dan de buitentemperatuur. Het temperatuurverschil tussen de ruimte voor de voordeur en achter de voordeur wordt verkleind, waardoor het warmteverlies door transmissie, ventilatie en infiltratie door de voordeur minder wordt.
36
ECN-C--00-115
Toevoeging overstek De referentiewoning is gebouwd zonder dakoverstekken. Een dakoverstek brengt en aantal voordelen met zich: bescherming van de gevel tegen zon, regen en wind. Vooral bij grote zonshoogte, in de zomer, wordt een deel van de zon geweerd waardoor het aantal overschrijdingsuren daalt. Uit berekeningen blijkt echter, dat de warmtevraag in voor- en naseizoen hierdoor wel toeneemt. Men zal dan ook zorgvuldig moeten nagaan, of het voorkomen van overschrijdingen (comfortverbetering in de zomer) ook op een andere manier te realiseren is, die niet van invloed is op de warmtevraag (hoger energiegebruik), bijvoorbeeld door buitenzonwering en door natuurlijke ventilatie. In de praktijk worden deze maatregelen dan ook veel toegepast. Verandering glaspercentage De glaspercentages van de noord- en de zuidgevel in de oorspronkelijke situatie zijn ongeveer hetzelfde. De voorgevel bestaat voor 65% uit glas, de achtergevel bestaat voor 57% uit glas. Uit energetisch oogpunt zou verandering van deze percentages wenselijk zijn. Immers, veel glas op de zuidzijde geeft de mogelijkheid om veel zonnewarmte toe te laten, terwijl een sterke reductie van het glasoppervlak in de noordgevel de isolatiewaarde van de gevel verbetert, en daarmee de warmteverliezen reduceert. Een mogelijke variant die voldoet aan de eisen van het Bouwbesluit, heeft 13% glas in de noordgevel. Het glaspercentage van de zuidgevel kan worden verhoogd van 65% naar 70%. Aandacht voor voorkoming van overschrijdingen van de temperatuur in de zomer is wel vereist, wanneer dergelijke grote glaspercentages worden toegepast. Bovendien is deze oplossing alleen zinvol, als de isolatiewaarde van het glas ten minste zo goed is als die van de nageïsoleerde buitenmuur. Indien dit niet het geval is, zal de juiste oplossing door berekeningen moeten worden geselecteerd.
Figuur 4-3: Woningen te Zandvoort, gebouwd in 1962, en gerenoveerd in 1980, voor de renovatie.
ECN-C--00-115
37
Figuur 4-3: Woningen te Zandvoort, gebouwd in 1962, en gerenoveerd in 1980, na de renovatie. Vermindering van de energievraag was de aanleiding voor de gevelrenovatie. Toevoeging extra isolatie De isolatiewaarden die bij de gangbare manier van na-isoleren (de spouw vullen met steenwolvlokken) worden bereikt zijn redelijk laag. Er zijn echter ook meer ingrijpende vormen van gevelisolatie denkbaar. Het buitenspouwblad van de baksteen gevel wordt dan vervangen door of bekleed met een pakket isolatie van 100 mm PS met een kalkpleisterlaag van 10 mm. De houten gevelelementen van 90 mm worden vervangen door elementen van 155 mm waarin eveneens PS-isolatie van 100 mm is opgenomen. De warmtevraag kan dan nog eens zo’n 45% dalen ten opzichte van de standaard geïsoleerde woning (dan rest nog ± 700m3 aardgas voor ruimteverwarming). Samengevat Duidelijk is het effect van isolatie op de warmtevraag en op het aantal overschrijdingsuren: de warmtevraag daalt en het aantal overschrijdingsuren stijgt. Wanneer extra aandacht wordt besteed aan extra ventilatie en zonwering voor de zuid georiënteerde gevelopeningen zodat de overschrijdingen dalen is dit concept het meest effectief voor het besparen van energie voor ruimteverwarming. Verhoging van het glaspercentage op de zuidgevel en verlaging op het noorden heeft ongeveer hetzelfde effect. Door deze concepten wordt dus voldaan aan beide doelstellingen: verminderen van de warmtevraag en verhogen van het comfort. Lamellenzonwering zorgt ervoor dat het aantal overschrijdingen daalt waarbij de warmtevraag slechts licht stijgt. Ook dit is dus een maatregel die past in de doelstellingen van de energievisie voor Schalkwijk. Voor de woningen die op het noorden zijn georiënteerd geldt hetzelfde als voor de woningen die op het zuiden zijn georiënteerd. Daarbij hebben het toevoegen van een tochtportaal bij de voordeur en het verplaatsen van de berging een lichte vermindering van de warmtevraag tot gevolg.
4.1.3 Renovatiepakketten: enkele voorbeelden In het voorgaande zijn afzonderlijke maatregelen beschreven. Zij kunnen echter ook worden gecombineerd tot een aantal renovatiepakketten. Hierbij wordt een aantal maatregelen
38
ECN-C--00-115
gecombineerd, zodanig, dat zoveel mogelijk energiegebruik voor ruimteverwarming kan worden bespaard terwijl het comfort tegelijkertijd wordt verhoogd. De oriëntatie van de woningen en de vraag of er sprake is van een relatief eenvoudige of juist een ingrijpende renovatie zijn bepalend geweest voor de samenstelling van de pakketten: voor iedere oriëntatie zou een optimale combinatie van renovatieconcepten kunnen worden samengesteld. De ingrijpende renovatie kost meer maar daar staat tegenover dat ook meer energie kan worden bespaard. Om de zaak niet nodeloos onoverzichtelijk te maken, zijn de twee oriëntaties die onderling de grootste verschillen in energiegebruik geven, als voorbeeld genomen voor de renovatiepakketten. Dit zijn de woningen die met de voorgevel op het noorden zijn georiënteerd en de woningen met de voorgevel op het zuiden. Een relatief eenvoudige renovatie zou het volgende kunnen omvatten: 1. Een standaard maatregelenpakket waarin de isolatie van de schil wordt verhoogd, de kierdichting wordt verbeterd en lamellenzonwering wordt toegevoegd. Voor de woningen met de voorgevel op het noorden kunnen bovendien tochtportalen ter plaatse van de voordeur worden geplaatst. 2. Bij een meer ingrijpende renovatie kan, naast de maatregelen die onder de eenvoudige renovatie zijn genoemd, een aanzienlijk dikker isolatiepakket worden toegepast. Bovendien zou het glaspercentage kunnen worden gewijzigd en kunnen de houten gevelelementen worden vervangen door baksteen zodat het aantal overschrijdingsuren wordt verminderd. Voor de woningen met de voorgevel op het noorden zouden ook de bergingen van de zuidgevel naar de noordgevel verplaatst kunnen worden. Het resultaat van deze maatregelen laat zich aflezen uit de volgende tabel. Tabel 4-1: Warmtevraag na toepassing van de verschillende renovatiepakketten Versie Zuidoriëntatie pakket 1 Noordoriëntatie pakket 1 Zuidoriëntatie pakket 2 Noordoriëntatie pakket 2
Warmtevraag (m3 aardgas per jaar) 1245 1064 1342 1148 1245 580 1342 540
Verschil
- 15% - 14% - 53% - 60%
Overschrijdingen 949 238 611 217 949 511 611 1017
Verschil
- 75% - 64% - 46% + 66%
Het loont alleszins de moeite om na te gaan, of uitgebreide energiemaatregelen in een hoogniveau-renovatie kunnen worden geïntegreerd.
ECN-C--00-115
39
Figuur 4-4: Zuidgevel zuidoriëntatie: Gevelaanzichten van de oorspronkelijke situatie, na toepassing van renovatiepakket 1 en pakket 2.
Figuur 4-5: Zuidgevel noordoriëntatie: Gevelaanzichten van de oorspronkelijke situatie, na toepassing van renovatiepakket 1 en pakket 2.
40
ECN-C--00-115
4.2
Meergezinshuizen
4.2.1 Referentiewoning Het aantal meergezinshuizen in Schalkwijk is aanzienlijk. Om een beeld te geven van de energiebesparingsmogelijkheden in de gestapelde bouw is een referentiewoning ontleend aan de publicatie, Energiebesparing en woonlastenvermindering in de na-oorlogse flatbouw, (Gilijamse, W. e.a., IVAM, nr. 30, 1987). Het onderzochte gebouw is een flatgebouw bestaande uit 8 woonlagen met ieder 10 woningen gebouwd in de periode 1960 - 1970. De woningen hebben een bruto vloeroppervlak van circa 140 m2 en een inhoud van 380 m3. De woningen zijn voorzien van lokale verwarming op basis van gaskachels, hebben een individuele CV of zijn aangesloten op collectieve ruimte-verwarming en hebben een eigen warm tapwatervoorziening. De oriëntatie van de woning is noord-zuid. De ramen van de woningen kennen geen belemmeringen voor zontoetreding en als overstek geldt de galerij van de hoger gelegen etage. Aan de zijkanten van het gebouw bevindt zich de lift of het trappenhuis. Aan de voorzijde van de woning bevindt zich een galerij. De bouwwijze is traditioneel met betonnen vloeren, stenen gevels en houten panelen met ramen bestaande uit enkel glas. Als uitgangspunt voor het jaarlijkse gasverbruik voor verwarming is in het IVAM-onderzoek het Basisonderzoek Aardgas Kleinverbruik (BAK)1981 genomen. De waarde voor het gasverbruik van flatwoningen bedraagt hierin circa 2600 m3 per jaar. Volgens BAK ‘96 bedraagt het huidige gasverbruik voor verwarming in deze flats/etagewoningen met individuele CV 1046 m3 per jaar. Gemiddeld genomen hebben de energiebesparingsprogramma’s kennelijk vruchten afgeworpen. Er kan evenwel nog het nodige worden gedaan. De mogelijke maatregelen passeren hieronder de revue.
4.2.2 Energiebesparende maatregelen De volgende energiebesparende maatregelen kunnen in overweging worden genomen: 1. Het vervangen van enkel glas door dubbel glas 2. Het isoleren van de woning door isolatie van de gevel (12 cm PS), de panelen in de kozijnen (10 cm), de vloer (5 cm steenwol), het dak (8 cm PS) en het glas (HR) Verbeteren van het rendement van warmte-opwekking. Afhankelijk van de manier van stoken in de flat - door lokale verwarming met kachels, door centrale verwarming of collectieve verwarming - kan met isolerende beglazing (1) 300 tot 700 m3 aardgas per jaar worden bespaard. Door toepassing van totale isolatie (2) kan zelfs 1400 tot 1700 m3 aardgas worden bespaard.Door vervanging van een conventionele ketel door een HR-ketel kan bovendien rond de 500 m3 aardgas worden bespaard. Bij een combiketel is dat iets meer, bij collectieve systemen iets minder. Systemen met individuele warmtemeters besparen in dit geval minder omdat daar al zuiniger werd gestookt.
4.2.3 Investeringen Het vervangen van enkel glas door dubbel glas werd voor het beschreven gebouw begroot op ruim ƒ 2000 per woning (ref. 1998). Het totale isolatiepakket exclusief glas werd begroot op ƒ 2000. De HR-combiketel werd begroot op ƒ 3800 en het vervangen van de collectieve ketel door een HR-ketel op ruim ƒ 40 per woning.
4.3
Warmte-opwekking
Bij renovatie van een bestaande woning is het doorgaans verstandig de bestaande installatie voor ruimteverwarming en warm tapwater te vervangen door een installatie volgens de nieuwe efficiënte technieken.
ECN-C--00-115
41
Bij nieuwbouw is installatie van een HR-combiketel meestal reeds standaard. Extra energiebesparing kan worden bereikt wanneer in plaats van de HR-combiketel één van de andere technieken geïnstalleerd wordt. Hieronder worden de efficiënte technieken kort beschreven. 1. HR-combiketel. Dit is anno 1999 het meest bekende en meest toegepaste verwarmingstoestel. Het voorziet de woning van ruimteverwarming en warm tapwater. Er kan van uitgegaan worden dat deze techniek ook in de renovatie standaard toegepast wordt, tenzij de schoorsteenconstructie dit niet toelaat. 2. Combiketel met zonneboiler. Dit is een combinatie van een zonnecollector, een opslagvat voor warm water, en een aardgasketel (bij voorkeur gecombineerd met lage temperatuurverwarming zoals vloerverwarming) 3. Micro warmtekrachtinstallaties. Dit zijn centrale verwarmingsketels, met ingebouwd een kleine Stirlingmotor of brandstofcel, waarmee ook nog wat elektriciteit opgewekt wordt. Deze techniek is nog in het prototype stadium. Marktintroductie wordt rond het jaar 2003 verwacht. 4. Elektrische warmtepompen. De warmtepomp onttrekt warmte aan de omgeving. Dit kan buitenlucht zijn, maar vaker is het de bodem onder het gebouw, of oppervlaktewater uit de nabijheid. De opgenomen warmte wordt in temperatuur verhoogd, en afgegeven aan de woning. Dit opwaarderen van de warmte kost elektriciteit, maar zo weinig, dat er minder aardgas nodig is om deze elektriciteit in een centrale op te wekken, dan om net zoveel warmte in een gasketel te produceren. Economisch is het voordelig een kleine warmtepomp te installeren die het grootste deel van de warmte levert. De rest van de warmte moet met een hulptechniek geleverd worden. Omdat er al een gasnet ligt, wordt in de bestaande bouw aangenomen dat de hulpwarmte (20%) met aardgas opgewekt wordt, en er op gas gekookt wordt. Wanneer in de nieuwbouw elektrische warmtepompen toegepast worden, kunnen investeringskosten bespaard worden door geen gasnet aan te leggen. In dat geval wordt elektrisch gekookt, en wordt de hulpwarmte (5%) geleverd door elektrische weerstandsverwarming. 5. Gasgestookte warmtepompen, ook wel Super-Rendement-Ketel genoemd. De warmte van de gasvlam wordt gebruikt om via een chemisch proces warmte uit de omgeving op te nemen, en op te waarderen tot een bruikbare temperatuur. De totale hoeveelheid warmte die zo voor ruimteverwarming en warm tapwater beschikbaar komt kan oplopen tot 150% van de verbrandingswarmte van het ingezette aardgas. Deze techniek verkeert in de demonstratiefase. Ketelfabriek Nefit heeft enkele van deze warmtepompen in een demonstratieproject geïntroduceerd (1999).
42
ECN-C--00-115
Afhankelijk van de manier van stoken in de flat, door lokale verwarming met kachels, door centrale verwarming of collectieve verwarming kan door dubbel glas 300 tot 700 m3 aardgas per jaar worden bespaard (op 2600 m3 jaarverbruik van het voorbeeld). Door toepassing van totale isolatie kan bij dezelfde variatie 1400 tot 1700 m3 aardgas worden bespaard. Door vervanging van een conventionele ketel door een HR-ketel kan rond de 500 m3 aardgas worden bespaard. Bij een combiketel is dat iets meer, bij collectieve systemen iets minder. Systemen met individuele warmtemeters besparen in dit geval minder omdat daar al zuiniger werd gestookt. Twee concepten voor renovatie van eengezinshuizen met de voorgevel op het zuiden: 1. Een standaard maatregelenpakket waarin de isolatie van de schil wordt verhoogd, de kierdichting wordt verbeterd en lamellenzonwering wordt toegevoegd. Voor de woningen met de voorgevel op het noorden worden dezelfde concepten gebruikt en daarbij worden ook tochtportalen ter plaatse van de voordeur geplaatst. (200 m3 gasbesparing op 1200) 2. Bij een meer ingrijpende renovatie worden, behalve het standaard maatregelenpakket, alle maatregelen van de eenvoudige renovatie gebruikt. Bovendien wordt het isolatiepakket aanzienlijk dikker uitgevoerd, het glaspercentage gewijzigd en worden de houten gevelelementen vervangen door baksteen (vermindering aantal overschrijdingsuren). Voor de woningen met de voorgevel op het noorden worden ook de bergingen van de zuidgevel naar de noordgevel verplaatst. (700-800 m3 gasbesparing)
ECN-C--00-115
43
5.
ENERGIECONCEPT VOOR HET CENTRUM VAN SCHALKWIJK
5.1
Planning
Het bruto grondoppervlak van het centrum van Schalkwijk bedraagt bij benadering 100.000 m2 . Hiervan zal 50.000 m2 grondoppervlak worden bebouwd. De bestemming van de bebouwing in bruto vloeroppervlak is als volgt: 60.000 m2 kantoren, 60.000 m2 woningen, 10.000 m2 winkels. Parkeergarages zullen ondergronds worden aangelegd. Van de overige 50.000 m2 onbebouwde grond zal een groot deel bestaan uit bestrating van wegen en pleinen.
5.2
Plaatsing functies ten opzicht van elkaar
Bij kantoren is onder andere veel licht en (verse) lucht nodig om een doelmatige werkomgeving te kunnen creëren. Deze eisen in combinatie met de grote behoefte aan vierkante meters vloeroppervlak maken gestapelde kantoorbouw tot een voor de hand liggende optie. In verband met de doorlaatbaarheid voor licht en lucht bestaat er een voorkeur voor blokbebouwing in plaats van strookbebouwing.
Figuur 5-1: De kleur van een gebouw is mede bepalend voor de daglichtbenutting van de omringende gebouwen. Dit bijna zwarte gebouw in de kantorenwijk La Defense (Parijs) ontneemt daglicht aan de belendende gebouwen. Als in een wijk woningen en kantoren worden gecombineerd zouden de woningen bij voorkeur aan de zuidzijde, dus niet in de schaduw van de kantoorhoogbouw, moeten worden gelokaliseerd. Winkels en horeca willen hun eigen lichtklimaat beheersen met kunstlicht. Vanwege de daardoor geringe behoefte aan daglicht kunnen winkels en horeca worden gepland in de schaduwranden van de kantoor- en woninghoogbouw. Voorzieningen die in principe geen enkel daglicht behoeven zoals parkeergarages, bioscopen, sauna, disco’s en dergelijke kunnen in
44
ECN-C--00-115
verband met de daglichteconomie het beste een plaats krijgen in de ondergrondse of overkluisde ruimten van het centrum. De combinatie van woningen en kantoren in een gebouw kan energetisch voordeel opleveren. Strikt vanuit energetisch oogpunt gezien is bij een combinatie van woningen met kantoren en/of winkels een positionering van de woningen boven de andere functies te prefereren. Passieve en actieve zonne-energie kunnen zo beter worden benut en binnen de schil kan overtollige warmte van beneden naar boven worden doorgeven. In die combinaties kan extra voordeel worden gehaald uit het synchroon uitwisselen van warmte uit de uitblaaslucht van de niet-woningen met de inblaaslucht van de woningen. In de tussenseizoenen kan het overschot aan warmte van kantoren of winkels worden gebruikt voor woningverwarming. Tijdens een eventueel koelseizoen kan de warmte die vrijkomt bij het koelen van kantoren worden gebruikt voor productie van warmtapwater voor de woningen. In winkels en horecagelegenheden treft men steeds vaker airconditioners aan die bedoeld zijn om een binnenklimaat te creëren waarmee de aantrekkingskracht van deze gelegenheden wordt verhoogd. Aansluiting van al deze voorzieningen op een centraal koelsysteem zodat de warmte kan worden benut is uiteraard te prefereren (zie Heuvel Galerie, Eindhoven). In veel gevallen worden koeling en verwarming niet door een centrale voorziening verzorgd en kan afgewerkte lucht en warmte door individuele ondernemers op een gemeenschappelijke binnenruimte (passage of winkelstraat) worden geloosd. Hierdoor kan het binnenklimaat van die binnenruimte op den duur, als bijvoorbeeld het aantal airconditioners toeneemt, zwaar onder druk komen te staan. Hiervan zijn in de praktijk soms bizarre voorbeelden zichtbaar. Daarom zou het lozen van lucht en warmte op gemeenschappelijke afgesloten ruimtes vooraf moeten worden geregeld, bijvoorbeeld via het huurcontract of door het aanscherpen van de milieuvergunning van de afzonderlijke bedrijven die daar gevestigd zijn. Het is vanuit de ontwikkeling van het energieconcept gezien echter sterk te prefereren deze wildgroei niet te stimuleren, maar te streven naar een gecombineerd systeem voor koeling, verwarming en ventilatie dat energetisch het hoogste rendement biedt. Dit heeft zeer waarschijnlijk ook grote economische voordelen, zowel vanuit de investering als vanuit de exploitatie gezien.
5.3
Het microklimaat in het centrum van Schalkwijk
5.3.1 Inleiding Het gebouwgebonden energiegebruik in kantoorgebouwen bestaat voornamelijk uit verwarming, ventilatie, verlichting en koeling. De meeste besparing kan bereikt worden op het terrein van de koeling; verlichtings- en ventilatie-energie hangen hiermee nauw samen. Als de juiste maatregelen worden genomen kan meestal zelfs geheel van koeling worden afgezien zonder dat concessies worden gedaan aan het comfort (in sommige gevallen is koeling zelf een oorzaak van klachten over comfort). Gebouwen met een koelinstallatie blijken behalve koelenergie ook meer energie voor verwarming te gebruiken dan gebouwen zonder koelinstallatie. Een van de oorzaken hiervan is dat de gemiddelde temperatuur van de gebouwmassa lager is waardoor de verwarming eerder aanslaat. Bovendien werken koel- en verwarmingsinstallaties soms tegen elkaar in, wat onnodig veel energie vraagt. Ook hierom zou een koelinstallatie waar mogelijk vermeden moeten worden. Het energiegebruik voor koeling neemt de laatste jaren sterk toe. In strijd met de verwachting op basis van de klimatologische omstandigheden zijn Engeland en Duitsland de landen in Europa met de grootste dichtheid van airconditioninginstallaties. In het Middellandse Zeegebied worden juist veel technieken toegepast die op een passieve manier koeling genereren. Die technieken kunnen hier ook worden toegepast; dat is in de praktijk al bewezen. Daarmee kan een nieuwe
ECN-C--00-115
45
piek in het elektriciteitsgebruik worden vermeden die in de komende jaren dreigt te ontstaan als we op dezelfde voet verder gaan - namelijk de piek voor koelenergie in de zomer.
Figuur 5-2: Door een uitgekiende beschaduwing en een naruurlijke ventilatie door de dakopbouw blijft deze woning in het hart van Californië ook ’s zomers aangenaam koel.
5.3.2 Richting van maatregelen Passieve koeling kan de vraag naar koelenergie drastisch verminderen of zelfs tot nul reduceren. Bij passieve koeling worden maatregelen genomen die voornamelijk betrekking hebben op wat in het gebouw gebeurt. Deze maatregelen gaan samen met belangrijke maatregelen die op stedenbouwkundig niveau genomen kunnen worden, vooral bij sterke centrumvorming zoals in Schalkwijk nu en in de komende jaren het geval zal zijn. Op de stedenbouwkundige aspecten die de opwarming van gebouwen van buitenaf sterk beïnvloeden wordt in de volgende alinea’s verder ingegaan. Warmte wordt (van buitenaf) aan een gebouw toegevoerd door convectie, geleiding en straling. Geleiding vindt plaats door warmteoverdracht van warme lucht naar het gebouw, convectie betekent het ventileren van het gebouw met warme buitenlucht. Beide invloeden kunnen worden beperkt door de temperatuur van de buitenlucht in de directe omgeving van het gebouw te verlagen. Warmteoverdracht door straling vindt plaats door de zon maar ook door de uitstraling van horizontale en verticale steenachtige vlakken met grote massa die eerder door de zon zijn opgewarmd.
46
ECN-C--00-115
Figuur 5-3: In de kantorenwijk La Defense (Parijs) is men erin geslaagd in een deel van de wijk ondanks een hoge bebouwingsdichtheid en verharding toch voldoende verdampend oppervlak aan te brengen zodat in deze omgeving ook op warmte zomerdagen een prettig buitenklimaat heerst. In Amerika hebben vele onderzoeken plaatsgevonden naar het zogenaamde Urban Heat Island effect: temperatuurverhoging in de cities van grote steden. Het Urban Heat Island effect wordt veroorzaakt door het “woestijn karakter” van grote steden en versterkt door de warmte-uitstoot van koelinstallaties en verkeer. De desbetreffende steden liggen weliswaar op lagere breedtegraden dan Nederland maar het verschijnsel is in onze omgeving, zij het in mindere mate, ook aanwezig. De enorme toename van airconditioninginstallaties in kantoren dwingt ons ertoe om hierover na te denken. Er zijn twee maatregelen die tegen het Urban Heat Island effect kunnen worden ingezet: ! aanbrengen van begroeide oppervlakken in de stedelijke omgeving ! vermindering van absorptie van zonlicht door een andere keuze van kleur en structuur van gebouwen en verhardingen. Het resultaat van deze maatregelen zou kunnen zijn dat op warme zomerdagen de piektemperatuur van de buitenlucht in het kantorencentrum van Schalkwijk enkele graden lager wordt. Bij conventionele koeling kan dit per graad een vermindering geven van meer dan 10% van de koelenergie van gebouwen.
5.3.3 Inpassing in Schalkwijk Begroeiing zorgt voor beschaduwing van vooral horizontale en soms ook verticale vlakken waardoor warmtestraling door die vlakken en opwarming van de aangrenzende lucht wordt tegengegaan en koeling wordt bevorderd. Met behulp van de opgevangen zonnewarmte verdampen de planten water. Verdamping van water kost warmte en heeft dus een koelend effect tot gevolg. Bij een begroeiingpercentage van 50% van het grondoppervlak zou dit voor het centrum van Schalkwijk ruim 1 megawatt aan “koelenergie’’ kunnen betekenen. Op straat kan begroeiing met bomen heel efficiënt zijn terwijl op (dak-)terrassen bloemen en planten voor een aanzienlijke temperatuurverlaging kunnen zorgen. Verticale vlakken kunnen van een raamwerk met begroeiing worden voorzien. Dit koelvermogen komt ten goede aan de temperatuurregulering van de buitenlucht in de wijk en heeft dus een positief effect op het microklimaat (in de winter vindt nauwelijks verdamping en dus ook geen afkoeling plaats). Voor begroeiing en daarmee gepaard gaande verdamping is veel water nodig. De neerslag en de opslagcapaciteit van de bodem (grondwater) is hiervoor meestal voldoende, maar dan moet dit
ECN-C--00-115
47
regenwater van daken en straten niet meteen worden afgevoerd via het riool. Voor een gezond en koel stadsklimaat is het dus belangrijk de neerslag binnen de wijk te houden en te infiltreren in de bodem om verlaging van het grondwaterniveau tegen te gaan (zinkbedden, vijvers). Gezonde begroeiing is slechts mogelijk bij een voldoende grondwaterniveau.
Figuur 5-4: Hemelwater hoeft niet in het riool te worden afgevoerd, maar kan in de bodem worden geïnfiltreerd. Een tweede voorwaarde voor een gezonde begroeiing is zonlicht. Daglichttoetreding kan worden bevorderd door vermindering van de hemelafscherming door gebouwen. Dit is een van de randvoorwaarden die de vorm van gebouwen en de plaatsing ten opzichte van elkaar bepalen. Er zijn voorwaarden te formuleren voor de maximaal toelaatbare hemelafscherming in het centrum van Schalkwijk. Het daglicht op straatniveau kan ook worden verhoogd door de materiaalkeuze van de gevels van gebouwen. Gevels met een hoge reflectiecoëfficient vergroten de daglichtfactor in belendende gebouwen. Een te grote reflectie kan daarentegen een te grote helderheid geven, waardoor zelfs zonwering op het noorden noodzakelijk zal blijken. Eisen met betrekking tot de keuzemogelijkheden voor kleur en textuur van gebouwen kunnen worden geformuleerd.
5.4
Wijkontsluiting
De toegangen tot parkeergarages bevinden zich bij voorkeur aan de buitenzijde van het centrum. Zodoende blijft meer plaats over voor groenvoorziening in het centrum. Situering van de parkeergarages en het gehanteerde prijzenstelsel kunnen enige invloed uitoefenen op de vervoermiddelkeuze ten gunste van langzaam verkeer. Voldoende overdekte, veilige en bewaakte fietsenstallingen in de buurt van het centrum en van de openbaar vervoeraansluitingen bevorderen het fietsverkeer. De toenemende bebouwingsdichtheid van Schalkwijk stimuleert de vestiging van dienstverlening en winkels die op hun beurt het wijkverkeer intensiveert. Ook de nieuwe recreatievoorzieningen dragen hieraan hun steentje bij. Door deze ontwikkelingen kan wellicht een nieuwe stap worden gezet in het openbaar vervoer zoals tramverbindingen of verbindingen over water. Nader onderzoek moet uitwijzen welke vorm en frequentie van het openbaar vervoer in de nieuwe situatie passend is om aan de hand daarvan de consequenties voor energie en milieu vast te stellen. Binnen het centrum kunnen door een geautomatiseerd transportsysteem goederen en afval worden getransporteerd naar centrale aan- en afvoerpunten aan de rand van het centrum. Dit bespaart asfalt, bewegingen van zwaar verkeer, energie, overlast en vervuiling.
48
ECN-C--00-115
5.5
Energieopwekking
Door de hoge dichtheid is de energievraag (koeling, verwarming, elektriciteit) per vierkante meter grondoppervlak relatief hoog. Dit biedt mogelijkheden voor centrale voorzieningen zoals warmtekrachtkoppeling (wkk). Door de geringe transportafstanden voor warmte zijn de leidingkosten en -verliezen laag, maar daarentegen wordt het stookseizoen korter door de goede isolatie van gebouwen. De installatie moet zichzelf dus in minder uren per jaar terugverdienen. Combinatie met een opslagsysteem voor warmte in de bodem kan nieuwe kansen scheppen. De haalbaarheid moet per situatie door berekening bepaald worden. Koelen met de bodem in de zomer en verwarmen met hetzelfde bodemsysteem en een warmtepomp in de winter is een systeem dat voor het centrum eerder in aanmerking komt. Hierbij wordt dezelfde warmte die in de zomer door de koelsystemen wordt afgestaan aan de diepere bodemlagen ’s winters gebruikt om gebouwen te verwarmen. Dergelijke systemen vragen wel een integrale aanpak voor het gehele centrum en liefst de kantorenstrook erbij. Het is immers niet mogelijk en wenselijk op een klein stukje grond meerdere systemen te laten werken zonder dat dit wederzijdse verstoring of aanzienlijke kostenverhoging in de hand werkt. Het zou mooi zijn als een nutsbedrijf het voortouw zou nemen om in een systeem van gecombineerde bodemwarmte en -koelte te investeren. Nutsbedrijven hebben de organisatie en de ervaring om gemeenschappelijke voorzieningen aan te bieden maar kennen ook het belang van klantenbinding. Het warmtenet zoals dat in het land reeds op meerdere plaatsen in gebruik is kan model staan voor het koudenet. Het systeem zou er als volgt uit kunnen zien: ! Een koudenet voor koeling van kantoren. Hierbij moet in de gebouwen rekening worden gehouden met het afwijkende temperatuurtraject van de koudebron. Dit houdt in dat de koelers iets anders (vooral groter) moeten worden gedimensioneerd. ! Een warmtenet voor kantoren. Hierbij moet rekening worden gehouden met het feit dat het voorverwarmen van de inblaaslucht niet meer aan de orde is wanneer gebruik wordt gemaakt van warmteterugwinning uit de ventilatielucht (wat te prefereren is boven een bodemsysteem). Het opwekken van warmte in kantoren zal voornamelijk moeten worden gerealiseerd in lage-temperatuur verwarmingssystemen in combinatie met een centrale warmtepomp. ! De extra warmte die dan nog over is kan worden gebruikt voor eenzelfde warmtenet voor woningen in het centrum van Schalkwijk. Asfaltkoeling is een optie die voor het centrum wellicht mogelijkheden biedt. Enerzijds kunnen door dit systeem stukken asfalt in het centrum die een hoge verkeers- (bevoorrading) en zonbelasting hebben gekoeld worden zodat de levensduur aanzienlijk wordt verlengd. Anderzijds kan de afgevoerde warmte in het hierboven beschreven bodemsysteem een rol spelen of worden gebruikt voor het vorstvrij houden van op en afritten van bijvoorbeeld parkeergarages. Met dit systeem zijn in Zwitserland reeds positieve ervaringen opgedaan.
5.5.1 Organisatie en beheer Voor het opzetten van dergelijke hoog ontwikkelde energiesystemen met toekomstwaarde zijn een kapitaalkrachtige organisatie en een goede organisator nodig die van het begin tot het einde in het ontwikkelingstraject het belang van het systeem in het oog houden en verdedigen. In een vroeg stadium zal met opdrachtgevers en projectontwikkelaars moeten worden onderhandeld over de leveringscontracten van warmte en koude. Een projectontwikkelaar is meestal niet bereid te investeren voor een systeem dat in de exploitatie moet worden terugverdiend. De exploitant van het systeem (bijvoorbeeld een nutsbedrijf) kan de investering terugverdienen uit de warmte- en koudetarieven, terwijl in dit geval de projectontwikkelaar een minderinvestering heeft (geen koude- en warmte-opwekkingsinstallaties). Warmte- en koudelevering heeft alleen kans van slagen als de beheerstructuur door projectontwikkelaars wordt geaccepteerd. Daarom moet die structuur vooraf in de afspraken worden vastgelegd.
ECN-C--00-115
49
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
50
oplopende bebouwingshoogte van zuid naar noord situering van woningen in direct zonlicht situering van woningen boven kantoren of winkels blokbebouwing bevorderen boven strookbebouwing; hoogbouw boven laagbouw beperking lichtabsorptie door belendende gebouwen kantoren op loopafstand van openbaar vervoer parkeergarages, bioscopen, disco’s en dergelijke zoveel mogelijk ondergronds of in kunstlichtzone winkelcentrum als één geheel conditioneren eventueel gebruik makend van seizoenopslag zoveel mogelijk groen op straat in dichtbebouwde gebieden zo mogelijk ook op verticale vlakken en dakvlakken voor absorptie van warmte op warme zomerdagen kunstmatige suppleren van water voor het groen in dichtbebouwde gebieden met lage grondwaterstand; zo mogelijk infiltreren van regenwater in het oog springende gevels van kantoren van publiekgerichte bedrijven bekleden met pv energiebedrijf inschakelen voor grootschalige oplossingen voor energievoorziening bij uitbreiding van stadsdelen opnieuw naar verschillende mogelijkheden voor openbaar vervoer kijken grote zwaar belaste asfaltvlakken koelen met bodemkoeling en vorstvrij houden met hetzelfde systeem
ECN-C--00-115
6.
CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN
6.1
Woningen
Een belangrijk deel van de woningvoorraad in Schalkwijk bestaat uit gestapelde woningen waarvan het merendeel wordt bewoond door huurders (sociale huursector). Voor bestaande bouw uit de jaren zestig en zeventig gebruikt deze categorie woningen relatief weinig energie: gemiddeld ongeveer 1300 m3 gas voor verwarming per woning. Laagbouwwoningen bewoond door eigenaren gebruiken aanzienlijk meer. Schalkwijk 2000+ voorziet in een gedifferentieerder woningaanbod: meer eengezinshuizen en meer woningen in de koopsector. Deze nieuwbouwwoningen gebruiken volgens de thans geldende norm in orde van grootte 900 m3 aardgas voor verwarming per jaar. Het gasverbruik voor warm tapwater neemt toe (nu ongeveer 500 m3 per jaar) en de ruimte per inwoner eveneens zodat per saldo het energiegebruik voor nieuwbouw niet veel lager zal zijn dan dat van de bestaande bouw. De groei van het energiegebruik voor verwarming en warm tapwater door de geplande toename van de woningvoorraad van meer dan 12% zal het energiegebruik in eerste instantie met een zelfde waarde laten toenemen als er geen extra maatregelen worden genomen. De ambitie om het energiegebruik van Schalkwijk in zijn geheel niet te laten stijgen en zelfs te laten dalen impliceert een sterke aandacht voor de bestaande bouw. Bij renovatie kan door isolerende maatregelen het energiegebruik voor verwarming worden gehalveerd. Om het energiegebruik in zijn geheel niet te laten stijgen moet dus in gelijke tred met de nieuwbouw het dubbele aantal woningen worden gerenoveerd. Een verdere afname van het energiegebruik kan worden gerealiseerd door extra eisen te stellen aan de energieprestatiecoëfficiënt van nieuwbouwwoningen en aan bijvoorbeeld de warmtapwatervoorziening van bestaande bouw. Ten aanzien van het gebouwgebonden elektriciteitsverbruik kan een aanzienlijke besparing worden gerealiseerd door de verlichting in de verkeerszone’s zoals galerijen en trappenhuizen te automatiseren. Ook het elektriciteitsverbruik van pompen en ventilatoren kan worden teruggebracht.
6.2
Utiliteitsbouw
Het grootste deel van de utiliteitsbouw bestaat uit kantoren waarvan weer het grootste deel onderworpen is aan meerjarenafspraken (MJA’s). Utiliteitsgebouwen die daarbuiten vallen zijn voornamelijk kantoren in de categorie voorzieningen (o.a. overheidsgebouwen) en winkels. Bij oude kantoren zijn isolatie en verlichting belangrijke aspecten en bij nieuwere gebouwen en nieuwbouw zijn daglichttoetreding, warmteterugwinning en passieve koeling de belangrijkste aandachtspunten. Bij grote gebouwen kan door seizoenopslag van warmte en koude aanvullend veel energie worden bespaard.
6.3
Wijk
Op stedenbouwkundig niveau doet men keuzes voor de lange termijn. Energiebesparende maatregelen, hoe minimaal ook, leveren op lange termijn veel op. In dit verband is het van belang bij de positionering van gebouwen in het oog te houden dat woningen sterk profiteren van direct zonlicht terwijl kantoren al genoegen nemen met indirect zonlicht. Kantoren zijn gediend met veel geveloppervlak voor optimale benutting van licht en lucht. Lage woningen ten zuiden van hoge kantoren zijn in dat kader een juiste oplossing. Parkeergarages bioscopen en dergelijke worden bij voorkeur in de kunstlichtzone van de wijk gesitueerd. Omdat het autoverkeer binnen de wijk verantwoordelijk is voor een aanzienlijk deel van het energiegebruik, is voorrang voor fietsroutes (letterlijk en figuurlijk) belangrijk voor het
ECN-C--00-115
51
terugdringen van het energiegebruik voor verkeer. Ook bevorderende maatregelen zoals douches en fietsenstallingen bij kantoren zijn van belang. Openbaar vervoer over weg, spoor of water verdient de aandacht. Het groen in de wijk heeft behalve een recreatieve functie ook een functie voor het microklimaat in de wijk, met name in dichtbebouwde gebieden zoals het centrum. Het snoeihout kan in de toekomst wellicht nuttig zijn voor vergassing. Als het snoeihout van Schalkwijk 4000 ton per jaar zou zijn en zou worden geleverd aan een vergassingsinstallatie dan zou met dit gas ongeveer een kwart van het stroomverbruik voor de huishoudens in Schalkwijk duurzaam opgewekt kunnen worden. De warmte die daarbij vrijkomt is ongeveer de dubbele hoeveelheid energie en kan geleverd worden aan de industrie. Door een grote warmtekrachtinstallatie (STEG) kan 20-25 % energie worden bespaard ten opzichte van HR ketels. Deze energievoorziening is echter slechts rendabel bij hoge dichtheden zoals gestapelde bouw. Kleinere warmtekrachteenheden zoals gasmotoren kunnen veel minder energie besparen: tot 10% bij gestapelde bouw en een EPC =1,0. Verzurende emissies moeten daarbij op de koop toe worden genomen en het bedrijf is nauwelijks rendabel.
6.4
Organisatie
De deelnemers in het uitvoeringsplan zijn onder meer: de gemeentelijke overheid, de woningbouwcorporaties, projectontwikkelaars, het energiebedrijf, de vervoersbedrijven, de bewoners en de bedrijven. Het uitvoeringsplan Schalkwijk 2000+ heeft een grote looptijd en vele onderdelen. Daarom is voor een eenvoudige en inzichtelijke organisatie gekozen in de vorm van projectgroepen. Om deze groepen af en toe te kunnen “gelijkrichten” worden themabijeenkomsten georganiseerd. Hierbij worden de hoofdlijnen van het plan - ruimtelijke kwaliteit, duurzaamheid en vitaliteit weer onder de aandacht gebracht. Energie is onderdeel van de hoofdlijn duurzaamheid (milieukwaliteit) en is dus geen doel op zich maar onderdeel van de integratie van de drie hoofdlijnen. Als zodanig moet ook in de themabijeenkomsten aandacht besteed worden aan energie. Bij het opstarten van nieuwe projecten kan aan de hand van een eerste beoordeling van de energie-intensiviteit van het project het onderwerp energie op de agenda van een themabijeenkomst worden gezet. Desgewenst kan expertise worden ingehuurd om bij een specifiek project de haalbaarheid van diverse energie-opties te bepalen. Door renovaties waarvan energiebesparende maatregelen onderdeel uitmaken worden de woningen aantrekkelijker voor de huurders (mits de huurverhoging in goede verhouding is met het gebodene). Dat kan een stimulans zijn voor woningcorporaties om energiebesparende maatregelen te initiëren. Bij kantoren (projectontwikkelaars) is die koppeling niet zo duidelijk omdat de energiekosten voor de huurder in verhouding laag en daarom minder interessant zijn. De projectontwikkelaar is dus minder bereid tot het nemen van energiebesparende maatregelen omdat het hem weinig of niets oplevert. Daarom moet in de utiliteitsbouw veel eerder gegrepen worden naar het middel van regels en voorschriften. De verkoop van een kavel door de gemeente of de afgifte van een milieuvergunning kan worden gekoppeld aan de acceptatie van “groene” eisen in een contract of het uitvoeren van energiebesparende maatregelen. Bij de samenwerking met het energiebedrijf heeft de gemeente middelen ter beschikking om het doel van vermindering van het primair energiegebruik te bereiken. Zo kan de gemeente van het energiebedrijf eisen dat het energie levert tegen het “niet meer dan anders” principe. Bij diverse energiebedrijven kunnen sinds de liberalisering van de energiemarkt concurrerende offertes worden aangevraagd voor een bepaald project. Het energiebedrijf kan instrumenten aanreiken om het monitoren van het energiegebruik ten behoeve van de gebruiker mogelijk te maken.
52
ECN-C--00-115
Een groot deel van de gebouwen in Schalkwijk valt direct onder de invloedssfeer van de gemeente: de overheidsgebouwen. Hieronder vallen scholen, bibliotheken, sommige zwembaden, gebouwen van maatschappelijke dienstverlening, overheidsinstellingen en dergelijke. De doelstellingen voor deze categorie van gebouwen kunnen door de gemeente Haarlem worden geformuleerd. Het volgen van het regeringsbeleid (33% energie-efficiëntieverbetering en 10% duurzame opwekking in 2020) zou daarbij een uitgangspunt kunnen zijn. De stedenbouwkundigen en de verkeersdeskundigen van de gemeente hebben zoals in dit rapport is gebleken een belangrijke taak in het scheppen van omstandigheden waarin optimale energiebesparing mogelijk is. Deze mogelijkheden liggen onder meer in de plaatsing, oriëntatie en vorm van gebouwen, de dichtheid en de groenvoorzieningen in de wijk, de verhardingen, wegen en openbare verlichting. Tenslotte is de invloed van de verschillende subsidieverlenende instanties (onder andere Novem, Senter en de EC) van belang bij het tot stand komen van energiebesparende projecten.
ECN-C--00-115
53
