Energiezuinige bouw- en installatieconcepten voor supermarkten

Vakgroep Architectuur en stedenbouw Voorzitter: prof. dr. Bart Verschaffel Faculteit Ingenieurswetenschappen Promotor: prof. dr. ir. Arnold Janssens Begeleiders: Jelle Laverge, Kim Goethals

Energiezuinige bouwen installatieconcepten voor supermarkten Els Staessens, Bart Willemijns

Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van Burgerlijk ingenieur-architect Academiejaar 2007-2008

Dankwoord Graag zouden wij aan het begin van dit werk onze promotor en assistenten Prof. Dr. Ir.-arch. Arnold Janssens, Ir.-arch. Jelle Laverge, Ir.-arch Kim Goethals en Ir.-arch. Marijke Steeman danken. Hun onmiddelijke behulpzaamheid en heldere kijk hebben ons meermaals voorbij lastige obstakels gebracht. Daarenboven zouden wij graag de Colruyt groep, in het bijzonder Arch. Piet Colruyt en Ir. Kris Baert, bedanken voor de aangename en vlotte samenwerking.

Bovendien zouden wij nog graag vrienden en familie bedanken, die ook hun steentje hebben bijgedragen tot de verwezenlijking van dit werk: vooreerst Barbara Thevelein en Hanne Vanommeslaeghe, voor hun eindeloze paraatheid en steun, ook in moeizame momenten, Gilles Regniers, Marieke Goossens en Frederic Tilleman, voor hun taalkundige en technische ondersteuning, maar zeker ook onze ouders, voor meer dan enkel hun morele bijdrage en oordeelkundig advies.

Toelating tot bruikleen "De auteurs geven de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de scriptie te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze scriptie."

2 juni 2008,

Samenvatting Om deze thesis binnen een breder kader te plaatsen wordt in de inleiding kort de inhoud van de nieuwe energieprestatieregelgeving weergegeven en een algemeen beeld van het energieverbruik van supermarkten geschetst. In het eerste deel van deze thesis wordt aan de hand van een analyse van enkele bestaande Colruyt filialen, het isolatiepeil en de energieefficiëntie van de huidige bouwprincipes en installatieconcepten in kaart gebracht. De analyse omvat zowel metingen als berekeningen. Op basis van deze analyse wordt vervolgens voor elk van de onderzochte filialen een simulatiemodel gekalibreerd. Aan de hand van deze onderzoeksresultaten en simulaties zal een algemene energieverdeling opgesteld worden, die de verschillende energieposten weergeeft en kwantificeert. Eens de grootste energieposten bekend zijn, worden in het tweede deel doelbewust verschillende bouwkundige en installatietechnische verbeteringsmaatregelen voorgesteld. De toetsing van deze losse conceptverbeteringen op een gestandaardiseerde ‘basisreferentiewinkel’ stelt ons in staat de algemene impact van deze maatregelen op zich en in voor de handliggende combinaties te analyseren. De beslissende factoren hiervoor zullen niet enkel energiezuinigheid en de kwaliteit van het binnenklimaat zijn, maar zeker ook de kostenefficiëntie van de voorgestelde veranderingen. De concurrentiestrijd speelt bij de bouw van supermarkten immers een erg belangrijke rol. Tot slot worden de weerhouden conceptverbeteringen, in het laatste deel van deze thesis, getoetst aan de hand van een concreet nieuwbouwproject en de renovatie van de bestudeerde Colruyt vestigingen. Hierbij worden verschillende doelstellingen nagestreefd: de naleving van de energieprestatieregelgeving, de systematische reductie van het karakteristiek primair energieverbruik en uiteindelijk de normering van een passiefsupermarkt.

Trefwoorden supermarkt, energie, comfort, optimalisatie

I. INTRODUCTION

Energy efficient building and installation concepts for supermarkets Els Staessens & Bart Willemijns Supervisor: Prof. Dr. Arnold Janssens

Abstract In this thesis the energy efficient optimization of supermarkets is investigated. In order to obtain an overview of the current energy usage in supermarkets, a number of stores were analyzed as build. Trough measurements, calculations and simulations the major energy losses are defined. Once the current energy performance is known, optimization measures can be suggested deliberately. The different measures are tested separately and in different combinations on a standardized supermarket simulation model. Hereby there energy efficiency, global building impact and cost-effectiveness is evaluated. Subsequently the profitable measures are put into practice. First of all, an energy saving optimization of the investigated supermarkets is put forward. In conclusion an new, energy efficient supermarket is developed. Keywords Supermarket, energy efficiency, indoor comfort, optimization

E. Staessens and B. Willemijns, Department of Architecture and Urban Planning, Faculty of Engineering, Ghent University, Belgium. Email: [email protected], [email protected].

The topic of energy efficiency and indoor climate control is becoming more and more important in the world of architecture and building development. Since January 2006 a specific legislation, which regulates the building insulation and energy performance for both residential and non-residential buildings, is effective in Belgium [1]. For supermarkets there only are minimum insulation and ventilation demands. No specific energy performance is required. Still the overall energy use pattern of supermarkets shows, the major consumer is not heating. Building techniques peculiar to supermarkets, like refrigeration and lighting, are far more important improvement areas. II. CURRENT SITUATION A. Measurements and computation methods In collaboration with a Belgian chain of supermarkets, Colruyt, an impression of the overall insulation rate and indoor climate is obtained trough different measurements, computations and simulations. Three different Colruyt stores were put at our disposal for detailed investigation. First of all various measurements were performed. The blower-door-test helped to define the air tightness of the current building manner. Trough infrared thermography the cold bridges are detected. Indoor temperature and relative humidity are registered every 5 minutes trough a period of two months in winter and in summer. Together with the annual energy bill, these are the prime data to calibrate the TRANSYS simulation model. To evaluate the indoor air quality, a CO2-measurment is performed at different locations in the supermarket. Finally an electric power measurement of the freezers is executed. With the help of these specific data, a general energy balance is defined. Especially the calculation of the ventilation losses and the internal heat gains ask for a more extensive approach, as the typical one for residential buildings [2].

Moreover a new comfort model, peculiar to supermarkets, is developed. The norms based on this new comfort model, are supported by interviews with the staff managers of the different investigated stores. B. Evaluation of the current situation The analysis of the current situation shows that the adaptations, which need to be made to satisfy the new legislation, are rather small. A slightly thicker wall structure and the removal of the present cold bridges should be enough to satisfy the required insulation rate. The introduction of a basic ventilation system, based on natural supply and mechanical extraction, is sufficient to comply with the minimum ventilation demanded. The total primary energy use and the heat demand by area are not legally restricted. Nevertheless the energy performance can be optimized considerably trough constructional and technical measures. III. ENERGY EFFICIENT OPTIMIZATION MEASURES A. Reference Store On the basis of the analysis of the current situation a reference store, of average size and occupation, is defined. Recent development in supermarket design however, is confronted with the problem of limited parking space. All the more parking areas occur on top of or underneath supermarket buildings. Because the energy efficiency and the investment depends on the building principle, two different reference stores are appointed, one build on the ground and one on lifted on poles. A standard simulation model of this reference store is calibrated in TRANSYS. B. Suggested Measures The optimization measures can be divided into constructional and technical ones. The investigated constructional adaptations include the introduction of corridors, the rearrangement of the different store zones, the use of natural light and the amelioration

C. Evaluation of the different measures First of all each measure is evaluated on his own. The new heat demand by area, the change in gas and electricity consumption, the primary energy use and the CO2emission is simulated for all of the investigated measures. Thus the energy efficiency can easily be compared. The energy efficiency is however not the only level of comparison. The economic profitability is one of the major criterions in the competition between chains of supermarkets. Therefore the total investment and the internal rate of rate return are computed for each simulated measure. To compare the various measures with one another, the total present value (TPV) of each of the measures is calculated. This TPV of each measure is set out in a diagram in function of its total primary energy. Trough this diagram the cost-effectiveness and energy efficiency of the different measures can objectively be compared. Generally there can be concluded that the optimization of the store organization and the amelioration of the insulation rate, compactness and air tightness have little effect. The introduction of corridors and sources of daylight, on the other hand, is found profitable. But extra attention needs to be paid to the conservation of an acceptable indoor temperature in summer. As for the technical measures the use of condensing, directly heated air handling units is found most profitable. The application of a central condensing heating unit is less cost-effective, but still profitable. Underfloor heating is only considered valuable in combination with an earth-towater heat pomp. The centralized production of cold for refrigerators and freezers shows both a reduction of the

energy use as an improvement of the summer comfort Totale actuele kost [€]

of the insulation rate, compactness and air tightness. Furthermore some alternative building principles, mainly with regard to summer comfort, are simulated. The measures in reference to the building installations can be divided into measures that influence the heat production, the heat transfer and the refrigeration. Moreover the use of renewable energy sources, more particular photo voltaic panels and an earth-to-water heat exchanger, is examined. Finally the effectiveness of different water heating and ventilation principles is analyzed.

design. Finally the requirements for a ‘passive

1200000

1100000 1000000

900000 800000

700000 600000 4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

Totaal primair energieverbruik op 30 jaar [MWh] varianten winkel op palen

referentiewinkel op palen

Figure 1 TPV in function of the primary energy use for all measures applied on a reference store on poles.

due to the better control of the internal heat gains. To reduce the additional heat demand for ventilation, a variable flow rate gear to the occupation is most profitable, although the application of a heat exchanger in combination with an earth tube also shows excellent results in regard to energy-efficiency. The use of renewable energy sources is not found profitable, but can nevertheless be applied as ‘the cream of the crop’.

supermarket’ are defined, in reference to the requirements of ‘passive schools’ [3], and applied on the specific design.

REFERENCES IV. ENERGY EFFICIENCY IN PRACTICE The most profitable measures are applied on the theoretical renovation of the different investigated Colruyt stores. Because of the economic feasibility, the renovation is restricted to technical measures and measures concerning the summer comfort. Finally a new supermarket is developed on a specific site. This supermarket design starts from a basic intent that satisfies all new legal requirements. In order of profitability different measures are integrated in the

[1]

[2]

[3]

Flemisch Gouvernment (2005b), Order of the Flemisch Government to assess the requirements according to the energy performance and the indoor climate in building of 11 March 2005, Brussels, Belgium. www.energiesparen.be/energieprestatie F. ALLARD, Y UTSUMI, Airflow through large openings: Gravitational flows through vertical openings, Energy and Buildings, 1992/18(2), pp. 133-145 PassiefHuisPlatform, Criteria voor kwaliteitsverklaring Schoolgebouwen 30 april 2007, Belgium. www.passiefhuisplatform.be

1. INLEIDING

1

1.1. SITUERING ENERGIEZUINIG BOUWEN VAN SUPERMARKTEN 1.2. ALGEMEEN ENERGIEVERBRUIK VAN SUPERMARKTEN

1 4

2. EVALUATIE BESTAANDE TOESTAND

7

2.1. ONTWERPGEGEVENS 2.1.1. BOUWKUNDIGE EIGENSCHAPPEN 2.1.2. INSTALLATIETECHNISCHE EIGENSCHAPPEN 2.2. METINGEN 2.2.1. BLOWER-DOOR-TEST 2.2.2. INFRAROOD THERMOGRAFIE 2.2.3. TRACERGASTEST 2.2.4. TEMPERATUURSMETING 2.2.5. VERMOGENMETING 2.2.6. CO2-METING 2.3. INTERVIEWS 2.3.1. GENT 2.3.2. MERELBEKE 2.3.3. STEKENE 2.4. COMFORT BINNENKLIMAAT 2.4.1. ATG RICHTLIJNEN 2.4.2. THERMISCH COMFORT 2.4.3. HET THERMOFYSIOLOGISCHE MODEL VAN FANGER 2.4.4. INVLOED VAN DE TEMPERATUURSGRADIËNT OP HET COMFORT 2.5. ALGEMENE WARMTEBALANS VAN EEN SUPERMARKT 2.5.1. TERMEN VAN DE WARMTEBALANS 2.5.2. ZONNEWINSTEN 2.5.3. INTERNE WARMTEWINSTEN 2.5.4. TRANSMISSIEVERLIEZEN 2.5.5. INFILTRATIEVERLIEZEN 2.5.6. VENTILATIEVERLIEZEN

7 8 28 30 30 33 38 41 48 49 52 52 54 55 56 57 61 64 72 73 73 74 75 78 80 81 I

2.6. OPSTELLEN VAN HET SIMULATIEMODEL 2.6.1. COLRUYT VESTIGING GENT 2.6.2. COLRUYT VESTIGING MERELBEKE 2.6.3. OKAY VESTIGING STEKENE 2.7. ONDERZOEKSRESULTATEN 2.7.1. COLRUYT VESTIGING TE GENT 2.7.2. COLRUYT VESTIGING TE MERELBEKE 2.7.3. OKAY VESTIGING TE STEKENE

92 94 97 100 103 103 107 111

3. OPTIMALISATIE

115

3.1. METHODOLOGIE 3.2. REFERENTIEWINKEL 3.2.1. PROGRAMMA 3.2.2. PLANNEN 3.2.3. SIMULATIEMODEL VAN DE REFERENTIEWINKEL 3.3. CONCEPTVERBETERINGEN 3.3.1. EVALUATIEPARAMETERS 3.3.2. ISOLATIEGRAAD 3.3.3. WINKELINRICHTING 3.3.4. SASWERKING 3.3.5. COMPACTHEID 3.3.6. LUCHTDICHTHEID 3.3.7. DAGLICHTGEBRUIK 3.3.8. ALTERNATIEVE BOUWPRINCIPES 3.3.9. INSTALLATIETECHNISCHE AANPASSINGEN 3.3.10. VENTILATIE 3.4. EVALUATIE VAN DE OPTIMALISATIEMAATREGELEN

115 116 116 117 119 120 120 127 141 146 162 165 168 198 209 235 257

II

4. PRAKTISCHE OPTIMALISATIE

265

4.1. TOEPASSING OP RENOVATIEPROJECTEN 4.1.1. COLRUYT VESTIGING TE GENT 4.1.2. COLRUYT VESTIGING TE MERELBEKE 4.1.3. OKAY VESTIGING TE STEKENE 4.2. TOEPASSING OP EEN CONCREET NIEUWBOUWPROJECT

265 266 270 272 274

5. BIJLAGEN

281

6. REFERENTIES

291

III

Lijst met symbolen A

oppervlakte

[m²]

m

massastroom

[kg/h]

At

verliesoppervlakte

[m²]

n

ventilatievoud

[h-1]

α

warmteovergangscoëfficiënt aan een oppervlak [W/m²K]

P

perimeter van een oppervlak

C

compactheid

[m]

p

partiële waterdampdruk

[Pa]

CCO2

CO2-concentratie

[mg/m³]

Q

warmteafgifte

[W]

D

diepte

[m]

R

warmteweerstand

d

dikte

[m]

ρ

massadichtheid

[kg/m³]

E

verlichtingssterkte

[lux]

ψ

lineaire warmtedoorgangscoëfficiënt

[W/mK]

η

rendement

[%]

ψ.lt

koudebruglengte

Φ

warmtbehoefte

[W]

RV

relatieve vochtigheid

φ

warmtebehoefte per oppervlakte

[W/m²]

t

tijd

[h]

g

zonnetoetredingsfactor

[%]

T

temperatuur

[K]

h

warmteoverdrachtscoëfficiënt voor convectie

[W/m²K]

θ

temperatuur

[°C]

H

interne warmteproductie per lichaamsoppervlak [ W/m²]

U

warmtedoorgangscoëfficiënt

I

intrinsieke warmteweerstand van kledij

U. At

warmteverliesoppervlakte

J

daglichtfactor

[%]

v

luchtsnelheid

λ

warmtegeleidingscoëfficiënt

[W/mK]

V

volume

M

metabolisme

[W]

z

lokale gebouwhoogte

[clo]

[m]

[m²K/W]

[W/K] [%]

[W/m²K] [W/K] [m/s] [m³] [m]

IV

Lijst met afkortingen ATG

Adaptieve Temperatuur Grenswaarden

TLV

Threshold Limit Value

BH

Beenhouwerij

VKC

Verdringingskoude Colruyt; de gekoelde doorgang

COP

Coefficient Of Performance

wtw

warmtewisselaar

EPB

EnergiePrestatieBinnenklimaat

EPS

geëxtrudeerd polystyreen

E-peil

energiepeil

IRR

Internal Rate of Return

K-peil

isolatiepeil

n50

ventilatievoud n bij een overdruk van 50 Pa

NPV

Net Present Value

P1

Passief1

P2

Passief 2

PMV

Predicted Mean Vote

PPD

Predicted Percentage of Dissatisfied

ppm

parts per million

REG

Rationeel EnergieGebruik

SPF

Seasonal Performance Factor

TAK

Totale Actuele Kost

V

1. Inleiding 1.1.Situering energiezuinig bouwen van supermarkten Hoewel slechts recentelijk een uitgebreide wetgeving omtrent ‘rationeel energiegebruik’ - kortweg REG - van kracht is, is de term en het thema op zich, helemaal niet meer zo nieuw. Reeds in de jaren ’70 was voor het eerst sprake van rationeel energiegebruik. Toen had dit evenwel enkel betrekking op het verminderen van het verbruik van fossiele brandstoffen omwille de stijgende energieprijzen ten gevolge van de oliecrisis. De tijdelijke maatregelen die toen genomen werden, beperkten zich tot de olie-industrie en het benzineverbruik van auto’s. Eind jaren ’80 ontstond als gevolg van de toenemende milieuproblematiek, een tweede drijfveer voor energiezuinigheid. Langzaam maar zeker groeide het besef dat het behoud van het leefmilieu en het beperking van de CO2-uitstoot enkel gegarandeerd konden worden door een fundamentele hervorming van het energieverbruik. Aangezien een derde van het totale energiegebruik in Vlaanderen naar de energievoorziening van gebouwen gaat, was het isolatiedecreet van 1992 een eerste stap in de goede richting.

In de eerste helft van de jaren ’90 tekenden 177 landen het Klimaatverdrag van de Verenigde Naties met als doelstelling "het stabiliseren van de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer op een zodanig niveau, dat een gevaarlijke menselijke invloed op het klimaat wordt voorkomen”1. Als aanvulling op dit klimaatverdrag werd in 1997 het Protocol van Kyoto opgesteld. In het eerste klimaatverdrag was de opzet slechts het beperken van de uitstoot van broeikasgassen tot het niveau van 1990. De nieuwe overeenkomst daarentegen stelt voorop die uitstoot op wereldschaal met nog eens 5,2% terug te dringen. In het kader van het Protocol van Kyoto heeft België zich geëngageerd om de uitstoot van broeikasgassen in de periode 2008 - 2012 met 7,5% te reduceren ten opzichte van 1990. Van het beleidsdomein energie worden de grootste inspanningen verwacht tot de vermindering van de CO2-concentratie. CO2 is immers het belangrijkste broeikasgas dat afkomstig is 1

VN(1992), United Nations Framework Convention on Climate Change, Rio de Janeiro.

1

van de verbranding van fossiele brandstoffen. In april 2004 werd het decreet tot vermindering van de uitstoot van broeikasgassen in het Vlaamse Parlement afgekondigd. Met dit REG-decreet werd een algemeen kader gecreëerd voor de vermindering van de CO2-uitstoot door de aanmoediging van rationeel energiegebruik en gebruik van hernieuwbare energiebronnen. Het REG-decreet omvat dus onder andere subsidieprogramma’s voor de verschillende doelgroepen, de basis voor het Besluit Verhandelbare Emissierechten 2 en een aanzet tot de energieprestatiecertificering en de benoeming van energiedeskundigen.

Tot slot is in navolging van de Europese Richtlijn van december 20023, sinds januari 2006 de nieuwe ‘energieprestatieregelgeving’4 van kracht. Deze regelgeving legt, in functie van de bestemming, een aantal eisen op in verband met energieprestatie en binnenklimaat van gebouwen, de zogenaamde EPB-eisen. Deze worden samengevat voorgesteld in tabel 1.

bestemming thermische isolatie

energieprestatie binnenklimaat

andere specifieke

wonen

kantoor

industrie

K45

K45

K55

K45

en min. U/R-waarden

en min. U/R-waarden

en min. U/R-waarden

en min. U/R-waarden5

E100

E100

---

---

min.ventilatiedebiet

min.ventilatiedebiet

min.ventilatiedebiet6

bestemming

min.ventilatiedebiet en beperking risico op oververhitting Tabel 1: overzicht EPB-eisen

2 3 4 5 6

Op 4 februari 2005 keurde de Vlaamse Regering het Besluit Verhandelbare Emissierechten definitief goed en op 18 februari 2005 het Vlaams Toewijzingsplan 2005-2007. EU(2002), Richtlijn 2002/91/EG van het Europees Parlement en de Raad van 16 december 2002 betreffende de energieprestatie van gebouwen. Vlaamse Regering(2005), Besluit dd.11/03/2005 tot vaststelling van de ‘Eisen voor energieprestatie en binnenklimaat’. EPB Bijlage III ‘Maximaal toelaatbare U-waarden of minimaal te realiseren R-waarden’ voor de tabel met concrete EPB-eisen voor de verschillende constructiedelen. EPB Bijlage VI ‘Ventilatie in niet-residentiële gebouwen’ voor de concrete eisen en bepalingsmethode van de minimale ventilatievoorzieningen in supermarkten.

2

Voor het eerst werden niet enkel wettelijke verplichtingen opgelegd voor woon- en kantoorgebouwen, maar ook voor de industriebouw en gebouwen met een andere specifieke bestemming. Daaronder vallen naast gebouwen uit de zorg- of culturele sector, ook gebouwen met een handelsfunctie, zoals supermarkten. In tegenstelling tot woon- en kantoorgebouwen gelden voor ‘gebouwen met een andere specifieke bestemming’ enkel EPB-eisen met betrekking tot de gebouwschil en een minimaal ventilatiedebiet. Voor de concrete energieprestatie worden, net zoals bij de industriebouw, geen eisen opgelegd. Dit wil zeggen dat er geen eisen gesteld worden in verband met de energie-efficiëntie van installaties. Zodoende is het – zoals we verder ook zullen bewijzen - relatief eenvoudig om aan de nieuwe vooropgestelde eisen te voldoen.

De opzet van deze thesis is echter niet alleen te voldoen aan de nieuwe regelgeving, maar ook verder te gaan in het ontwerp van en onderzoek naar energiezuinige bouwen installatieconcepten. Colruyt startte reeds in 1990 het GreenLine programma op. Onder de slogan ‘Colruyt voor een beter leefmilieu’ maakt de supermarktketen zijn milieucharter bekend aan de buitenwereld. In dit GreenLine charter besteden ze niet enkel aandacht aan preventie en verwerking van afval, maar ook aan de milieuvriendelijke bouwen installatieconcepten. In 2004 werd het Colruyt distributiebedrijf in Halle door de Vlaamse regering zelfs genomineerd als ‘meest energiebewuste onderneming van het jaar’.

3

1.2.Algemeen energieverbruik van supermarkten Het huidige energieverbruik zal in kaart gebracht worden aan de hand van een uitgebreide analyse van enkele bestaande filialen. De algemene verdeling van de verschillende energieposten kan zo achterhaald worden. Om de resultaten van deze analyse te kunnen veralgemenen, dienen deze gestaafd te worden aan andere onderzoeksresultaten. Daarom wordt eerst kort een beeld geschetst van het energieverbruik van supermarkten in het algemeen.

Er is helaas nog geen vergelijkende studie voorhanden over het energieverbruik van supermarkten in België of een ander West-Europees land. In de Verenigde Staten werd onlangs door de hypermarktketen Wal-Mart, in het kader van een onderzoek naar energiebesparende technieken, een algemene energieverdeling van hun vestigingen bepaald.7 Hierbij werden afhankelijk van het klimaat verschillende verdelingen opgesteld. De energieverdeling van een winkel in een kouder klimaat komt het meest in de buurt van het buitenklimaat in België. In Zweden werd een gelijkaardige studie uitgevoerd door een academisch onderzoeksteam, met het oog op de kwantificering van de standaard koudebehoefte van een supermarkt. 8 Als we deze resultaten met elkaar vergelijken en proberen te veralgemenen, dient eerst opgemerkt te worden dat een standaard primair energieverbruik per vierkante meter winkeloppervlakte moeilijk te bepalen is. Veel hangt af van de grootte van de winkel. Een hypermarket is veel compacter als een buurtwinkel. Daardoor zullen de warmteverliezen veel kleiner zijn en zal de energievraag voor verwarming, in verhouding tot bijvoorbeeld de energievraag voor verlichting of koeling, dalen. Veralgemeend kan gezegd worden dat voor kleine tot middelgrote winkels het standaardenergieverbruik rond de 565 kWh/m² ligt. Voor grotere winkels zal dit gemiddelde iets te hoog zijn, voor winkels kleiner 1000 m² iets te laag.

7 8

M. MACDONALD, M. DERU, The Wal-Mart Experience Part One, ASHRAE Journal, September 2007, 49(9), pp. 14-25 J. ARIAS, Energy Usage in Supermarkets, Modeling and Field Measurements, Royal Institute of Technology Sweden, Doctoral Thesis 2005, pp. 23-29

4

45%

13%

10% 4% 28%

verwarming [13%]

KVI [45%]

verlichting [28%]

sanitair warmwater [4%]

overig [10%]

Figuur 1: algemeen aanvaarde energieverdeling van een supermarkt

Figuur 1 geeft een algemeen aanvaarde energieverdeling van het totaal energieverbruik van een supermarkt weer. Deze werd afgeleid uit een analyse van verschillende verdelingen van het energieverbruik van supermarkten in een koud klimaat. Over het algemeen neemt de verwarming zo’n 13% van het totale energieverbruik in, de koelen vriesinstallatie ongeveer 45%, de verlichting 28% en het sanitair warm water 4%. Onder de resterende 10% van het energieverbruik vallen alle overige elektrische verbruikers, zoals computers, buitenverlichting, broodovens, etc. De verwarmingsvraag is, in tegenstelling tot bij woningen, over het algemeen niet het grootste aandeel van de energievraag. Enerzijds zijn de interne warmtewinsten in een supermarkt hoog door de restwarmte van de koelen vriesinstallatie en de hoge bezettingsgraad. Anderzijds is een winkel door zijn eenvoudige prismatische vorm en het groot beschermd volume meestal zeer compact. Bovendien is de vereiste insteltemperatuur van supermarkten ook lager dan die van woningen en kantoren. Van het totale primaire energieverbruik zal dus slechts 13% gas – of een andere fossiele brandstof - zijn en de overige 87% elektriciteit. Bij de energetische optimalisatie van supermarkten zal dus ook aandacht besteed moeten worden aan de verschillende technische installaties. Terwijl dit bij de optimalisatie van woningbouw van veel minder belang is.

5

6

2. Evaluatie bestaande toestand

Voor het onderzoek naar de energiezuinigheid van de bouwen installatieconcepten bij supermarkten werden ons door Colruyt drie testfilialen ter beschikking gesteld. Deze gebouwen werden geanalyseerd aan de hand van de ontwerpgegevens – hun gebouwde toestand op zich - en complexere metingen die een correcter beeld verschaffen van de aanwezige koudebruggen, de luchtdichtheid, het elektrisch verbruik, de luchtkwaliteit, het comfort van het binnenklimaat, etc.

Opdat de analyse van de huidige toestand een zo groot mogelijke variëteit aan bouwconcepten zou dekken, werd geopteerd voor drie totaal verschillende testfilialen. Bovendien kwamen hiervoor enkel vrij recente bouwwerken in aanmerking, om een zinvolle analyse van de huidige stand van zaken te maken.

2.1.Ontwerpgegevens Bij het onderzoek aan de hand van de ontwerpgegevens wordt zowel aan de eigenschappen van de gebouwschil als aan de gebouwindeling op zich belang gehecht. Wat de gebouwschil betreft, worden voor elk van de filialen de globale gegevens ingevolge het materiaalgebruik geanalyseerd. Van deze gegevens wordt hieronder kort een algemene definitie en berekeningswijze of bepalingsmethode meegegeven.

7

2.1.1. Bouwkundige eigenschappen 2.1.1.1. Algemene gebouwparameters •

Nuttige vloeroppervlakte A: In het geval van een supermarkt, is dit de totale oppervlakte die voor de verkoop en/of tijdelijke opslag van goederen dient. De nuttige vloeroppervlakte is in feite de beste parameter om de grootte en de omzet van het filiaal in kaart te brengen.

•

[m²]

Beschermd volume V: Het beschermd volume van een gebouw of van een deel van het gebouw is het totale volume van alle kamers en ruimtes van het gebouw die thermisch beschermd worden tegen warmteverliezen naar de buitenomgeving, naar de grond of naar aanpalende ruimtes die niet tot een beschermd volume behoren. Het beschermd volume moet minstens alle ruimten omvatten die van een warmteafgifte-element zijn voorzien. Door de prismatische bouwvolumes van de filialen is deze waarde ongeveer gelijk aan de nuttige vloeroppervlakte vermenigvuldigd met de hoogte h van de winkelruimte. Het kan echter voorvallen dat de sociale lokalen niet in dit volume besloten liggen en daar nog extra dienen bijgerekend te worden.

•

[m³]

Verliesoppervlakte At: De verliesoppervlakte is de som van de oppervlakten van alle schildelen die het beschermd volume afschermen van de niet-verwarmde omgeving. Met andere woorden alle schildelen die grenzen aan de buitenomgeving, grond of niet-verwarmde aangrenzende ruimtes. Er wordt steeds met de buitenafmetingen gerekend. Hierbij dienen de wanden van de gekoelde doorgang en de beenhouwerij ook in rekening gebracht te worden, aangezien de temperatuur van deze ruimten het hele jaar door ver onder de comfortwaarde ligt.

[m²]

8

•

Compactheid C: Deze waarde is een maat voor de puur geometrische bijdrage van het gebouw op zich. Hoe compacter een bouwvolume, hoe minder energie er verloren gaat. De compactheid wordt gegeven door de verhouding van het beschermd volume van het gebouw tot zijn totale verliesoppervlakte. Dus hoe groter de waarde, hoe compacter het volume en hoe energetischer het gebouwconcept.

[m]

C=

V

∑A

t

Vergelijking 1: compactheid C van een gebouw

•

U-waarde: De warmtedoorgangscoëfficiënt of U-waarde drukt de hoeveelheid warmte uit die per seconde, per m² en per graad temperatuurverschil tussen de ene en de andere zijde van een constructie doorgelaten wordt. De waarde geeft de mate van isolatie van de constructie aan: een hoge U-waarde komt overeen met een slecht geïsoleerd gebouw. De U-waarde is een karakteristieke waarde voor de gebouwschil en wordt in de praktijk bepaald door de geleidingscoëfficiënt van het materiaal en de dikte d van de verschillende opeenvolgende bouwlagen.

 1 d1 d 2 d 1  + + + ... + i +  U w =  λi α i   α e λ1 λ 2

[W/m²K] −1

Vergelijking 2: berekening van de U-waarde van een schildeel

In gebouwen is de warmteoverdracht tussen binnen- of buitenomgeving en constructies steeds het gevolg van de combinatie van convectie en straling. De warmtestroomdichtheid van deze overdracht wordt in rekening gebracht aan de hand van de warmteovergangscoëfficiënten

αe en αi. Deze waarde hangt niet alleen af van binnen- of buitenomgeving, maar ook van het feit of de

windverplaatsing verticaal of horizontaal langs het constructiedeel verloopt (zie tabel 2).

9

αe wand warmteovergangscoëfficiënt

[W/m²K]

25

αi

wand

αe dak

10

25

αi

dak 10

αe vloer

αi

10

vloer 5,88

Tabel 2: warmteovergangscoëfficiënten

•

Warmteverliesoppervlakte U.At: Dit is een maat voor de isolatiewaarde van de verschillende gebouwdelen in het gebouw op zich. De warmteverliesoppervlakte is in principe het transmissieverlies door een gebouw(deel) per graad temperatuursverschil.

•

[W/K]

Lineaire warmtedoorgangscoëfficiënt ψ: Deze waarde geeft aan hoe groot het extra warmteverlies per lopende meter detail en per graad temperatuursverschil is in vergelijking met de ééndimensionale referentie. De concrete berekening van de toegepaste koudebruggen hebben we uitgevoerd via het softwarepakket TRISCO.

•

[W/mK]

Koudebruglengte ψ.lt: Een maat vergelijkbaar met de warmteverliesoppervlakte. De koudebruglengte brengt zowel de extra lineaire warmtedoorgangscoëfficiënt als de grootte – de totale lengte – van de koudebrug in rekening.

[W/K]

10

2.1.1.2. Colruyt vestiging te Gent De meest recente van de drie geanalyseerde vestigingen is deze te Gent, deze winkel werd pas geopend in 2006. Omdat het om een relatief kleine site gaat, werd geopteerd voor een winkel op palen zodat er onder de winkelruimte auto’s kunnen parkeren. Het gebouw is geconcipieerd als een vrijstaand volume te midden van de parking (figuur 2). De belangrijkste geometrische gegevens zijn weergegeven in tabel 3.

De winkel is met zijn 2900 m² de grootste van de drie. De compactheid van prismatische volumes neemt toe met de grootte van het omsloten volume. Het filiaal in Gent heeft dus een grote compactheid, hoewel de winkel een vrij langwerpige en dus minder compacte vorm heeft.

nuttige vloeroppervlakte A

2900 m²

beschermd volume V

16530 m³

verliesoppervlakte At

7986 m²

compactheid C

2,07 m

Tabel 3: algemene geometrische gegevens Gent

Figuur 2: Colruyt vestiging te Gent

11

De globale isolatiewaarden voor wanden (tabel 4), vloer (tabel 5), dak (tabel 6) en buitenschrijnwerk (tabel 7) worden hieronder kort samengevat 9 . Door de verdeling in de vier categorieën wand, vloer, dak en buitenschrijnwerk, kan verhoudingsgewijs de invloed van de verschillende gebouwonderdelen ingeschat worden.

constructietype

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]

spouwmuur parament-cellenbeton panelen

0,74

84,7

62,6

niet-ontdubbelde cellenbeton panelen

0,91

1077,7

977,5

spouwmuur parament-betonnen kolom

2,02

1,3

2,6

niet-ontdubbelde betonnen rand 15 cm

4,10

5,8

23,7

gewogen gemiddelde alle wandtypes

0,91

1169,5

1066,4

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]

vloer op palen

0,78

2909,9

2291,2

vloer boven rolvlak

0,49

152,6

75,4

gewogen gemiddelde alle vloertypes

0,77

3062,5

2366,6

Tabel 4 : isolatiegraad wand Gent

constructietype

Tabel 5 : isolatiegraad vloer Gent

9

Voor een exacte berekening van de verschillende U-waarden voor de vestiging te Gent wordt verwezen naar Bijlage B.

12

constructietype

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]

algemeen dak (steeldeck)

0,32

3062,5

975,3

gewogen gemiddelde alle daktypes

0,32

3062,5

975,3

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]

poort/deur

2,25

16,1

36,2

nooduitgang

2,74

18,7

51,3

gewogen gemiddelde alle buitenschrijnwerk

2,51

34,8

87,5

Tabel 6 : isolatiegraad dak Gent

constructietype

Tabel 7 : isolatiegraad buitenschrijnwerk Gent

Een korte vergelijking tussen de gemiddelde U-waarde per gebouwdeel met de maximaal vereiste U-waarde volgens EPB, geeft al snel de aanvaardbaarheid van de toegepaste bouwwijze weer (zie tabel 8). Uit de voorgaande tabellen blijkt dat de wandopbouw zal moeten aangepast worden om te voldoen aan de EPB-eisen. Geen enkel wanddeel voldoet immers aan de maximumeisen van de U-waarde. De vloer voldoet ook niet en door zijn groot oppervlak neemt deze dan ook het grootste deel van de transmissieverliezen voor zijn rekening.

gebouwonderdeel

Ugem [W/m².K]

UEPB [W/m².K]

wand

0,91

0,60

vloer buitenomgeving

0,77

0,60

dak

0,32

0,40

deuren en poorten

2,51

2,9

Tabel 8 : vergelijking van de gebruikte U-waarden Gent met de EPB-eisen

13

De draagstructuur van deze winkel bestaat uit een skelet van drie rijen betonnen kolommen die de betonnen dakliggers dragen. Aan de langste zijden staan de kolommen juist buiten de wanden. Deze bestaan uit horizontale cellenbeton panelen die worden opgehangen aan de kolommen. Er ontstaat telkens een koudebrug op de plaats waar de draagstructuur naar binnen komt voor het dragen van de dakliggers. Aan de kortste zijden worden de cellenbeton panelen bevestigd aan stalen T-kolommen die zo een tweede type koudebrug vormen. De

bepaling

van

ψ-waarden

gebeurt

voor

betonnen

koudebruggen aan de hand van de bepaling van de equivalente U-waarde over de gehele oppervlakte van de sectie. De invloed van de stalen kolommen wordt numeriek 10

bepaald door middel van het softwarepakket TRISCO.

Figuur 3: detailplannen van het type koudebrug en de betonnen structuur in de Colruyt vestiging te Gent, schaal 1/10

De afmetingen en de oriëntaties van de winkelindeling worden kort samengevat in tabel 9. Voor de toegangsdeur en sectionaalpoort is de oriëntatie voornamelijk van belang voor de berekening van de ventilatieverliezen en de desbetreffende winddrukcoëfficiënt. Bij de beenhouwerij, de gekoelde doorgang en de sociale lokalen is de oriëntatie enkel van belang voor de invloed van de zonnewinsten op de transmissieverliezen. Op het uitvoeringsplan van de winkel (figuur 4) kan men de correlatie tussen de verschillende zones duidelijk aflezen.

10

Voor de berekening van de Ψ-waarde van de koudebruggen verwijzen we naar bijlage D.

14

grootte

oriëntatie

2 x 1,2m x 2,1m

NO(sas)

4m x 4,5m

NO11

gekoelde doorgang

32,5m x 9,5m x 3,77m

ZW

beenhouwerij

19,5m x 6,0m x 3,77m

NO

sociale lokalen

30,2m x 5,2m x 2,5m

NO

toegangsdeur inkom sectionaalpoort loskade

Tabel 9: oriëntatie en grootte van de verschillende zones en openingen van de Colruyt vestiging te Gent

Figuur 4: Grondplan van de Colruyt vestiging te Gent, schaal 1/500 11

De sectionaalpoort geeft uit op een overdekte loskade. Deze vormt zo een sas die de hele zuidoostelijke zijde bestrijkt.

15

2.1.1.3. Colruyt vestiging te Merelbeke Het Colruyt filiaal in Merelbeke werd gebouwd in 2001. Het is een middelgrote winkel gebouwd op volle grond met voldoende parking ernaast (figuur 5). Deze Colruyt is gelegen in het centrum van Merelbeke en werd opgenomen in het dichte stratenpatroon. Daardoor grenst de winkel in het noorden over de volledige hoogte en in het zuiden enkel boven de doorgang aan naburige verwarmde volumes. Dit brengt uiteraard energetische voordelen met zich mee. De belangrijkste geometrische gegevens zijn weergegeven in tabel 10.


1200 m²

beschermd volume V

6840 m³


3472 m²

compactheid C

1,97 m

Tabel 10: algemene geometrische gegevens Merelbeke

Figuur 5: Colruyt vestiging te Merelbeke

16

De globale isolatiewaarden voor wanden (tabel 11), vloer (tabel 12), dak (tabel 13) en buitenschrijnwerk (tabel 14) worden hieronder kort samengevat12.Aan de hand van het gewogen gemiddelde van de verschillende schildelen kan hun onderlinge invloed op de globale isolatiegraad ingeschat worden.

constructietype

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]

verticale grijze silexpanelen

0,61

349,3

212,2


0,74

374,0

276,3

spouwmuur parament-cellenbetonblokken

0,71

75,0

53,0

gemene spouwmuur parament-cellenbetonblokken13

0,62

22,5

14,0

spouwmuur parament-betonnen kolom

2,02

16,9

34,1


4,10

15,0

61,4


3,10

14,6

45,3


0,80

867,2

696,3

Tabel 11 : isolatiegraad wand Merelbeke

12

Voor een exacte berekening van de verschillende U-waarden voor de vestiging te Merelbeke wordt verwezen naar Bijlage B. In principe klopt het gewogen gemiddelde van alle wanden niet volledig, omdat aan de U-waarde van de gemene muur proportioneel een even grote bijdrage wordt gegeven als aan alle andere. In werkelijkheid zal deze echter minder doorwegen, omdat het temperatuursverschil voor de berekening transmissieverliezen tussen aangrenzende ruimtes kleiner zal zijn. Een aanpalend verwarmd volume mag op min. 10°C genomen worden; het minimum voor de buitenomgeving daarentegen wordt op -8 °C genomen. 13

17

constructietype

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]

vloer op volle grond

0,35

1202

414,6

vloer uitkraging

0,60

116

69,8


0,37

1318

484,4

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]


0,32

1153

367,2

dak personeelsblok (welfsels)

0,36

112,5

41,0


0,32

1265,5

408,2

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]

poort/deur

2,25

14,1

31,8

raam

2,25

6,0

13,5

nooduitgang

2,74

2,4

6,6


2,30

22,5

51,9

Tabel 12 : isolatiegraad vloer Merelbeke

constructietype

Tabel 13 : isolatiegraad dak Merelbeke

constructietype

Tabel 14 : isolatiegraad buitenschrijnwerk Merelbeke

18

Ugem [W/m².K]

UEPB [W/m².K]

wand

0,80

0,60


0,60

0,60

vloer volle grond

0,35

0,40

dak

0,32

0,40

buitenschrijnwerk

2,30

2,9

gebouwonderdeel

Tabel 15 : vergelijking Merelbeke met de EPB-eisen

Een vergelijking van de gebruikte isolatiegraad met de EPB-eisen in tabel 15 leert ons al snel dat de winkel in Merelbeke op zich een stuk beter geïsoleerd is als de vestiging te Gent. De grootste transmissieverliespost is hier de wandopbouw. We concluderen dat ook hier geen enkel wanddeel voldoet aan de maximumeisen van de U-waarde volgens EPB. De U-waarden van de silexpanelen en de spouwmuren met cellenbeton komen in de buurt van de EPB eisen, maar de slechte isolatiegraad van de betonnen plinten zorgen ervoor dat de gemiddelde isolatiegraad van de wand toch te hoog wordt.

De draagstructuur van de winkel bestaat uit twee rijen betonnen kolommen die de betonnen dakliggers dragen. Aan de westzijde staan de kolommen juist buiten de wand. De wand is opgebouwd uit op zichzelf dragende verticale silexpanelen.14 Deze rusten op een betonnen plint en zijn bovenaan bevestigd aan de dakstructuur. Aan de oostzijde zijn de kolommen opgenomen in de spouwmuur. Daar vormen ze telkens een thermische verzwakking in de wand (zie figuur 6). Echte koudebruggen komen enkel voor aan de westzijde waar de draagstructuur door de silexpanelen gaat voor het dragen van de dakliggers.

14

Voor de samenstelling en de berekening van de Silexpanelen verwijzen we naar bijlage B.

19

Figuur 6: detailplannen van het type koudebrug en de betonnen structuur in de Colruyt vestiging te Merelbeke, schaal 1/10

Figuur 6 toont de horizontale snede van de wandopbouw in respectievelijk het oosten en het westen. Op geen van beide plaatsen is sprake van een echte koudebrug, toch zullen de kolommen in het oosten de warmteweerstand van de wand aanzienlijk verminderen. In het westen zal wel een koudebrug ontstaan op de plaatsen waar de draagstructuur naar binnen komt en de silexpanelen onderbroken worden.

Tabel 16 geeft de basisgegevens van de winkelinrichting weer. Figuur 7 toont de algemene planopbouw van de winkel in Merelbeke.

20

grootte

oriëntatie

1,5m x 2,1m

ZW

2m x 2,3m

N

gekoelde doorgang

7,1m x 22,5m x 3m

O

sociale lokalen

9m x 12,5m x 2,5m

O-W15

toegangsdeur inkom sectionaalpoort transit

Tabel 16: oriëntatie en grootte van de verschillende zones en openingen van de Colruyt vestiging te Merelbeke

Figuur 7: grondplan van de Colruyt vestiging te Merelbeke, schaal 1/500

15

De sociale lokalen vormen een soort van brug over de toegangsweg en zijn daarom zowel oostelijk als westelijk georiënteerd.

21

2.1.1.4. Okay vestiging te Stekene Het Okay filiaal in Stekene dateert van 2003. Een Okay is een kleiner type winkel van de Colruyt groep. Het is een soort van buurtwinkel of grote kruidenierszaak, die functioneert volgens het Colruyt principe. Dit wil zeggen dat men in een Okay ook één grote gekoelde doorgang, gesloten diepvrieskoffers en een analoge verwerking aan de kassa kan terug vinden. Het grootste verschil is het aangeboden assortiment, dat net als de netto verkoopsoppervlakte veel kleiner is. Daarenboven is de transitruimte slechts door twee meter hoge schermen van de winkelruimte afgesloten en is er in plaats van een aparte in- en uitgang van de koelcel, slechts één toegang, waar bovendien geen “flappengordijn” aan voorzien is. Deze Okay is een vrijstaande bouw, waarbij de naburige bebouwing min. 10 m van elke zijde verwijderd is (zie figuur 8). Daardoor mogen we de Okay in Stekene in een landelijk of suburbaan gebied beschouwen. Dit zal zijn invloed hebben op de berekening van de ventilatieverliezen en meer specifiek de winddrukcoëfficient.16 De belangrijkste geometrische gegevens zijn weergegeven in tabel 17.


587 m²

beschermd volume V

3495 m³


2094 m²

compactheid C

1,67 m

Tabel 17 : algemene geometrische gegevens Stekene

Figuur 8: Okay vestiging te Stekene 16

Zie hoofdstuk 2.5.6 Berekeningsmethode van de ventilatieverliezen.

22

De globale isolatiewaarden voor wanden (tabel 18), vloer (tabel 19), dak (tabel 20) en buitenschrijnwerk (tabel 21) worden hieronder kort samengevat17. Door de verdeling in de vier categorieën wand, vloer, dak en buitenschrijnwerk, kan verhoudingsgewijs de invloed van de verschillende gebouwonderdelen ingeschat worden.

constructietype

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]


0,74

126,9

93,8

spouwmuur parament-cellenbetonblokken

0,71

33,5

23,7

niet-ontdubbelde cellenbeton panelen

0,91

229,1

207,8

spouwmuur parament-betonnen rand

2,02

19,9

40,2

niet-ontdubbelde betonnen rand

4,10

12,5

51,0

niet-ontdubbelde dikke cellenbetonblokken

0,38

73,0

27,4


1,12

494,9

443,8

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]

vloer op volle grond

0,40

587,1

251,1

vloer uitkraging

0,50

94,9

47,9


0,44

682,0

299,0

Tabel 18: isolatiegraad wand Stekene

constructietype

Tabel 19 : isolatiegraad vloer Stekene

17

Voor een exacte berekening van de verschillende U-waardes voor het filiaal in Stekene verwijzen we naar Bijlage C.

23

constructietype

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]


0,32

517,1

164,7

zadeldak sociale lokalen

0,32

179,7

57,1


0,32

696,8

221,8

U [W/m².K]

At [m²]

U.At [W/K]

betonnen kader niet-ontdubbeld

4,01

4,2

221,9

betonnen kader ontdubbeld

2,02

2,8

179,0

poort/deur

2,25

12,1

27,2

raam

2,25

12,0

21,9

nooduitgang

2,74

9,4

25,8


2,41

40,5

97,8

Tabel 20 : isolatiegraad dak Stekene

constructietype

Tabel 21 : isolatiegraad buitenschrijnwerk Stekene

Een vergelijking van de gebruikte isolatiegraad met de EPB-eisen, leert ons dat deze vestiging over het algemeen de slechtst geïsoleerde is. De grootste transmissieverliespost is hier de wandopbouw. In tabel 22 concluderen we het gewogen gemiddelde van de U-waarden van de wand dan ook niet voldoet aan de EPB-eisen. De U-waarden van de wanddelen zonder spouw en de betonnen plinten zorgen voor een slechtere gemiddelde isolatiegraad.

24

Ugem [W/m².K]

UEPB [W/m².K]

wand

1,12

0,60


0,50

0,60

vloer volle grond

0,40

0,40

dak

0,32

0,40

buitenschrijnwerk

2,41

2,9

gebouwonderdeel

Tabel 22 : vergelijking Stekene met de EPB-eisen

De draagstructuur van de winkel bestaat uit twee rijen stalen I-kolommen die de stalen dakliggers dragen. Aan de langste zijden zijn de horizontale cellenbeton panelen bevestigd tussen deze I-kolommen. Op die manier wordt een eerste type koudebrug gevormd. Aan de kortste zijden worden de cellenbetonpanelen bevestigd aan stalen T-kolommen, die zo een tweede type koudebrug vormen. Beide types komen voor met en zonder spouwmuur. De ψ-waarden werden bepaald aan de hand van het softwarepakket TRISCO. In principe zijn er vier verschillende, repetitief voorkomende koudebruggen. Alle vier zijn ze echter een variant van eenzelfde basisprincipe, namelijk het toepassen van stalen liggers als steunpunten voor de plaatsing van horizontale cellenbeton panelen. De koudebruggen zijn gelijkaardig opgebouwd en van ongeveer dezelfde fysische grootteorde.18

Figuur 9 toont de verschillende types koudebruggen die toegepast zijn in de Okay vestiging te Stekene. De twee linkse varianten zijn deze met niet dragende T- en I-kolommen, met en zonder spouwmuur. De twee rechtse varianten tonen de koudebruggen met dragende I-kolommen, waarvan één met betonnen bescherming en de ander met spouwmuur.

18

Voor de berekening van de Ψ-waarde van de koudebruggen verwijzen we naar bijlage D.

25

Figuur 9: detailplannen van de verschillende types koudebruggen in de Okay vestiging te Stekene, schaal 1/10

Tabel 23 geeft de groottes en de oriëntaties van de verschillende zones in de winkel weer. De onderlinge positionering van de verschillende zones ten opzichte van elkaar is natuurlijk ook van belang en wordt geïllustreerd in figuur 10. Voornamelijk de invloed van de inplanting toegangsdeur en sectionaalpoort kunnen al dan niet voor comfortproblemen zorgen. Zo klagen werknemers in Stekene veel minder over tochtproblemen aan de check-out dankzij de zijdelingse inplanting van de toegangsdeur.19

19

Zie hoofdstuk 3.1.3 Interviews.

26

grootte

oriëntatie

1,5m x 2,1m

ZO

2m x 2,3m

ZW

gekoelde doorgang

7,7m x 12,7m x 3m

N

sociale lokalen

4m x 19,2m x 2,5m

NO

toegangsdeur inkom sectionaalpoort transit

Tabel 23: oriëntatie en grootte van de verschillende zones en openingen van de Okay vestiging te Stekene

Figuur 10: grondplan van de Okay vestiging te Stekene, schaal 1/500

27

2.1.2. Installatietechnische eigenschappen 2.1.2.1. Verwarming In een Colruyt winkel wordt de winkelruimte verwarmd door middel van direct gasgestookte luchtverhitters. Deze aerothermen worden opgehangen aan de dakstructuur en verwarmen zo de ruimte door de recirculatie van de interne lucht. Door een optimale warmtespreiding zorgt de luchtverhitter voor een snelle verwarming van grote ruimtes. De direct gestookte aerothermen halen een praktisch rendement van 75%. Op die manier koppelen ze een laag energieverbruik aan een interessante investeringskost en een minimum aan onderhoud. In een Okay winkel zijn de aerothermen niet direct gasgestookt, maar worden ze gevoed door een warmwater verdeelnet dat aangesloten is op een gasgestookte hoogrendementsketel. Deze ketel haalt voor een regime van 90°C/70°C een rendement van ongeveer 85%. In combinatie met een installatierendement van 90% wordt dit dan een praktisch rendement van 77%. Uit de technische documentatie van Colruyt blijkt dat de theoretische insteltemperatuur van de winkel tijdens de winter 17 °C is overdag en 12 °C ’s nachts. Als we dit vergelijken met de geregistreerde temperaturen van de meetcampagnes in de winter, dan blijkt dit in realiteit niet te kloppen.

20

De homogene insteltemperatuur wordt eerder ingeschat op 19 °C. Deze waarde houdt rekening met de aanwezige

temperatuursgradiënten in de luchtlagen van de winkel. De bodemtemperatuur van 12 °C buiten de openingsuren wordt bovendien zelden of nooit gehaald.

2.1.2.2. Gekoelde doorgang Bij Colruyt worden de groenten, het fruit, de charcuterie en de zuivelproducten gegroepeerd in één grote gekoelde ruimte. Op die manier worden de energieverliezen naar de winkel beperkt en kan een betere versheid van de voedingswaren gegarandeerd worden. De gekoelde doorgang wordt standaard opgedeeld in twee zones: een ‘drie-graden-zone’ en een ‘zeven-graden-zone’. De voedingswaren worden verdeeld

20

Zie hoofdstuk 2.2.4 Temperatuursmetingen.

28

over deze twee zones naar gelang hun ideale bewaartemperatuur. Zo wordt de charcuterie bewaard bij 3 °C en kaas bij 7 °C. Uit de meetcampagnes blijkt dat de temperatuur in beide zones sterk afhankelijk is van de bezetting.21 Zo loopt de temperatuur bij hoge bezetting tot ver boven de instelwaarden op. Zonder bezetting, buiten de openingsuren, daalt de temperatuur weer. In de zone 3 °C wordt de insteltemperatuur evenwel nooit bereikt. Uit de technische documentatie van Colruyt blijkt dat de koudevraag wordt geproduceerd door een systeem met een SPF (Seasonal Performance Factor) van 0,85. Dit is een realistische waarde voor koeling tot deze relatief lage temperatuur.

2.1.2.3. Koeling beenhouwerij Sommige vestigingen, zoals Colruyt Gent, hebben een eigen beenhouwerij in hun winkel. Deze bestaat uit een koelruimte en een werkruimte waar de vleeswaren worden bereid. In de koelruimte wordt een constante temperatuur van 2 °C nagestreefd en in de werkruimte een temperatuur van 10 °C. Uit de technische documentatie van Colruyt blijkt dat de koudevraag wordt geproduceerd door een systeem met een SPF (Seasonal Performance Factor) van 0,75.

2.1.2.4. Sanitair warm water In alle filialen is er een kleine elektrische boiler aanwezig voor de opwekking van warm water in de refter van de sociale lokalen. Deze is echter zo klein dat die hij onder de noemer ‘overig elektriciteitsverbruik’ valt. Is er een beenhouwerij aanwezig, dan stijgt de warmwaterbehoefte opmerkelijk. Binnen Colruyt wordt algemeen aangenomen dat dagelijks 10,4 l warm water verbruikt wordt per m² beenhouwerijoppervlakte. Van deze 10,4 l dient ongeveer de helft opgewarmd te worden tot 45 °C voor warm tapwater, de andere helft tot 60 °C voor de vaatwasmachine. Dit warm water wordt standaard geproduceerd door een elektrische boiler van 150 liter, met een rendement van ongeveer 55%.22 Het economische voordeel hierbij is dat een groot deel van het warm water kan opgewekt worden aan nachttarief. 21

Zie hoofdstuk 2.2.4 Temperatuursmetingen Het rendement en de kostprijs van een elektrische boiler werden overgenomen uit een vergelijkende studie op http://www.milieucentraal.nl. http://www.milieucentraal.nl/pagina?onderwerp=Toestellen%20op%20een%20rij (14mei2008)

22

29

2.2.Metingen 2.2.1. Blower-door-test Aan de hand van de blower-door-test kan de globale graad van luchtdichtheid gemeten worden en kunnen individuele luchtlekken gelokaliseerd worden. De luchtdichtheid is een maat voor de infiltratieverliezen en dus een bepalende parameter voor de energiebalans.

De meetopstelling voor de bepaling van de luchtdichtheid is wettelijk vastgelegd door de Europese norm NBN EN 13829. Alle openingen van het te testen volume, in ons geval de winkelruimte, worden gesloten, behalve de testopening. Deze is liefst vrij centraal gelegen en van een normale grootte orde. Met behulp van een aanpasbaar binnenkader en een luchtdicht zeil wordt de testopening luchtdicht afgesloten. In dit zeil is een opening uitgespaard waar de ventilator in geplaatst wordt. Het is belangrijk dat ook deze opening luchtdicht wordt afgesloten. Zowel buiten als binnen wordt op verschillende punten de atmosferische druk gemeten, om incorrecte resultaten ten gevolge van plaatselijke wind of tocht te vermijden. Hieruit wordt het drukverschil gemeten dat door de ventilator gerealiseerd wordt. Afhankelijk van de luchtdichtheid van de gebouwschil, zal de ventilator een hoger of lager debiet moeten genereren om eenzelfde drukverschil te realiseren. De luchtdichtheid wordt gemeten door het gebouw trapsgewijs in een overdruk van 50 Pa te zetten. Het ventilatievoud dat hiervoor noodzakelijk is, wordt de n50waarde genoemd. Deze richtwaarde van 50 Pa is vastgelegd in de Europese norm. 23 Een overdruk van 50 Pa is laag genoeg om constant aangehouden te worden en hoog genoeg om er van uit te kunnen gaan dat de winddruk verwaarloosd mag worden.

Voor supermarkten wordt standaard een n50-waarde van 5 h-1 verwacht, maar kunnen waarden tot 0,1 h-1 bereikt worden dankzij hun compacte, prismatische volume.24 Voor woningen is de minimale n50-waarde daarentegen circa 3 h-1. 23 24

NBN EN 13829, Europese norm omtrent Warmteverliezen van gebouwen, Bestemming van de luchtdoorlaatbaarheid van gebouwen, Februari 2001. Dit zijn richtwaarden gemeten door het ‘Air Tightness Testing and Maesurement Association’ (ATTMA), www.attma.org.

30

De blower-door-test werd uitgevoerd in de Okay in Stekene, omdat dit de kleinste winkel is en daardoor makkelijker in overdruk te zetten is. Het volume van de winkelruimte is 3000 m³, wat echter nog steeds te veel is om een overdruk van 50 Pa te realiseren. Daarom werd het door de ventilator geleverde debiet geregistreerd bij stijgende overdruk tot 20Pa. Tabel 24 geeft de respectievelijke ventilatievouden weer. overdruk [Pa]

4

5.5

9

10

12

13

15

17

20

debiet [m³/h]

4300

5000

7100

7900

7500

8100

8800

9600

9900

n [ h-1]

1.3

1.5

2.2

2.4

2.3

2.5

2.7

2.9

3.0

Tabel 24: samenvatting van de resultaten van de blower-door-test in de Okay vestiging te Stekene

Aan de hand van deze resultaten werd een trendlijn opgesteld, die geëxtrapoleerd werd tot een overdruk van 50 Pa. Dit geeft een n50-waarde van ongeveer 4 h-1. In figuur 11 worden de gemeten debieten bij verschillende overdrukken uitgezet in het assenstelsel van de overdruk

debiet [m³/h]

trendlijn. 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0

5

10

15

20

25

30

meetresultaten bij overdruk

35 trendlijn

40

45

50

druk [Pa]

Figuur 11: de gemeten overdruk debieten bij de blower-door-test van de Okay vestiging te Stekene

31

Om zeker te zijn dat deze waarde correct en onafhankelijk van de heersende winddruk is, wordt nog een controlemeting in onderdruk uitgevoerd. In figuur 12 worden de gemeten debieten bij verschillende onderdrukken uitgezet in het assenstelsel van de trendlijn. Alle

debiet [m³/h]

metingen liggen op deze curve en illustreren de juistheid van het resultaat.

14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0

5

10

15

20

25

30

meetresultaten bij onderdruk

35

40

45 50 druk [Pa]

trendlijn

Figuur 12: de gemeten onderdruk debieten bij de blower-door-test van de Okay vestiging te Stekene

Vergelijking 3 toont de vuistregel voor de berekening van het infiltratievoud ninf op basis van de n50-waarde. Het infiltratievoud in Stekene wordt zo 0,2 h-1. Deze waarde leunt dicht aan bij het vooropgestelde minimum voor supermarkten volgens het ATTMA. Dit is zeker niet te wijten aan een precieze, luchtdichte bouwwijze, maar aan de compactheid van het volume en de homogeniteit van de verliesoppervlakken. Daardoor blijft het aantal potentiële luchtlekken beperkt.

ninf =

n50 20

Vergelijking 3: vuistregel ter bepaling van het infiltratievoud op basis van de n50-waarde

32

Aan de hand van de meting bij onderdruk kan men de luchtlekken lokaliseren. Omdat het gebouw in onderdruk staat wordt buitenlucht aangezogen. Doordat deze buitenlucht kouder is, zullen de luchtlekken met de blote hand traceerbaar zijn. In combinatie met infrarood thermografie kunnen deze luchtlekken nog preciezer getraceerd worden.

2.2.2. Infrarood thermografie Infrarood thermografie is een eenvoudige en snelle manier om een analyse te maken van de thermische kwaliteit van de gebouwschil. De infrarood foto’s zijn daarom vooral nuttig om koudebruggen te lokaliseren en te kwantificeren. Met behulp van de temperatuurslegende kunnen de verschillende oppervlaktetemperaturen afgelezen worden. Hieruit kunnen dan de verschillende warmteweerstanden relatief ten opzichte van elkaar afgeleid worden.

Alvorens de foto’s meer in detail te bekijken, is het van belang de desbetreffende binnen- en buitentemperaturen te kennen. De dag van de metingen heerste er buiten een temperatuur van circa 5 °C. De binnentemperatuur wordt uiteraard gelijkgesteld aan de praktische insteltemperatuur van 19 °C. Men dient extra aandachtig te zijn wanneer interne warmtebronnen in de buurt aanwezig zijn, zoals bijvoorbeeld verlichtingsbronnen, verwarmingsleidingen en elektrische apparaten. Deze hebben een grote invloed op de oppervlaktetemperatuur van hun omgeving en dus op de resultaten van de infrarood thermografie.

De opbouw van de Okay vestiging te Stekene vertoont drie verschillende soorten thermische knelpunten. Deze worden hieronder expliciet toegelicht.25

25

Voor de overige infrarood foto’s verwijzen wij naar de bijlage E.

33

De grootste koudebrug is de massief betonnen plint net boven de grond ter hoogte van de transit. Deze moet ervoor zorgen dat de elektrische vorkheftrucks niet door de lichte cellenbeton panelen kunnen rijden. Om de bouwkosten laag te houden, zijn zowel deze panelen als de betonnen sokkel niet ontdubbeld. Uit de ontwerpgegevens werd reeds een U-waarde van 4,10 W/m²K afgeleid. De niet-ontdubbelde plint komt ook in de winkels in Merelbeke en Gent voor.

Figuur 13: infrarood beeld van de betonnen sokkel in de Okay vestiging te Stekene

Op figuur 13 kan men zien dat de oppervlaktetemperatuur van de betonnen sokkel over de volledige oppervlakte ongeveer constant is en niet veel zal afwijken van de buitentemperatuur van 5°C. Ook de ongeïsoleerde vloer vertoont aan de rand van het gebouw een verlaagde oppervlaktetemperatuur. Dit is echter maar waar voor een klein deel van de totale vloeroppervlakte.

De stalen I-kolommen vormen een tweede soort koudebrug in de wand. Deze kolommen worden gebruikt om de horizontale cellenbeton panelen aan te bevestigen.

34

Opvallend in figuur 14 is dat de koudebrug lineair verloopt, maar ter hoogte van de aansluiting van de cellenbeton panelen steeds een kleine horizontale uitloper heeft. Dit is te wijten aan de manier waarom de cellenbeton panelen bevestigd worden, met behulp van kleine, horizontale stalen plaatjes.

Figuur 14: infrarood beeld van een stalen I-kolom in de Okay vestiging te Stekene

Aan de binnenzijde heeft de kolom een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 14 °C. De numeriek ψ-waarde van deze koudebrug werd vereenvoudigd berekend met behulp van het softwarepakket TRISCO. Met de horizontale differentiatie werd geen rekening gehouden. Het temperatuursverloop doorheen de constructie werd afgestemd op de gekende binnen-, buiten- en oppervlaktetemperatuur. Daaruit volgt een ψ-waarde van 7,15 W/mK.26

26

Het simulatiemodel en de berekeningen van deze lineare koudebrug ing TRISCO zijn terug te vinden in bijlage D.

35

De maximale U-waarde voor buitenschrijnwerk is volgens EPB-eisen 2,90 W/m²K. In de Okay in Stekene voldoet iedere poort of deur hieraan. De omkadering van deuren of poorten bestaat echter, net als de onderrand van de transit, uit niet-ontdubbelde beton. Deze voldoet met zijn 4,10 W/m²K niet aan deze norm. De infrarood foto van de sectionaalpoort in figuur 15 illustreren dit duidelijk.

Figuur 15: infrarood beeld van de betonnen omkadering bij de sectionaalpoort in de Okay vestiging te Stekene

Wanneer men het gebouw in onderdruk zet tijdens de blower-door-test, kunnen luchtlekken heel precies gedetecteerd worden met behulp van infrarood thermografie. Bovendien kan hun relatieve impact ingeschat worden aan de hand van de variatie van de oppervlaktetemperatuur. Aan de hand van enkele infrarood foto’s tijdens de blower-door-test kan de voorgaande numerieke n50-waarde van 0,2 h-1 bevestigd worden.

Figuur 16 toont de infrarood foto’s tijdens een blower-door-test van respectievelijk de brandluiken, de bevestiging van de cellenbetonpanelen en de paddestoelventilatoren. De beelden bevestigen dat de brandluiken in gesloten toestand vrij luchtdicht zijn, de oppervlaktetemperatuur neemt er ter hoogte van de aansluitingen slechts af tot 15 °C. De horizontale aansluitingsvoegen tussen de cellenbeton panelen zijn ook relatief

36

goed afgesloten, er is nagenoeg geen afname in oppervlaktetemperatuur aanwezig. Ook de muur-dakaansluiting krijgt geen buitensporig lage oppervlaktetemperatuur. Ter hoogte van de verticale aansluitingen van de cellenbeton panelen, zowel in het vlak als in de hoeken, zakt de oppervlakte temperatuur tot 9 °C. Deze aansluitingen zijn dus niet enkel enorme koudebruggen, maar ook grote luchtlekken. De dakopbouw is door zijn grote homogeniteit heel luchtdicht. Enkel de paddestoelventilatoren vertonen lokaal een verlaagde oppervlaktetemperatuur tot onder 11 °C, wat wijst op grote luchtlekken.

Figuur 16: infrarood beelden van een brandluik, een aansluiting van cellenbeton panelen en paddestoelventilatoren in de Okay vestiging te Stekene

37

2.2.3. Tracergastest De tracergastest is een methode om de ventilatieverliezen van een ruimte te bepalen aan de hand van gasconcentratiemetingen. De blowerdoor-test is enkel geschikt om het infiltratievoud te bepalen bij gesloten ramen en deuren. Om het ventilatievoud bij ruimten met geopende ramen en deuren te bepalen, kan immers nooit een over- of onderdruk gerealiseerd worden. De tracergastest maakt, zoals het woord zegt, gebruik van een traceerbaar gas om de beweging van de lucht te kunnen registreren. In een voorbereidende fase wordt de ruimte volledig afgesloten en gevuld met een bepaalde concentratie ‘tracergas’. Intussen wordt de luchtcirculatie bevorderd door een ventilator, die voor een gelijkmatige verdeling zorgt. Eens de vereiste piekconcentratie bereikt is, worden de ramen en deuren geopend die normaal gezien open staan. Dan wordt het verval van de concentratie geregistreerd in functie van de tijd.

Omdat zelfs de winkel in Stekene te groot was om volledig met een bepaalde concentratie tracergas te vullen, werd deze methode enkel gebruikt om de ventilatieverliezen van de gekoelde doorgang te bepalen. Het rolluik van de deuropening werd gesloten en de ruimte werd gedurende ongeveer 20 minuten gevuld met CO2-gas, tot een concentratie van 8500 mg/m³ bereikt werd. Daarna werd het rolluik geopend en werd elke 45 seconden het verval van de concentratie gemeten gedurende circa 35 minuten. De CO2-concentratie wordt in functie van de tijd uitgezet in figuur 17. Het verval van de concentratie zou een exponentieel verloop moeten aannemen in functie van de tijd en is te omschrijven aan de hand van vergelijking 4.27

C (t ) = C 0 ⋅ e (− n⋅t ) Vergelijking 4: exponentieel verloop van het verval van de gasconcentratie bij een tracergastest

27

INNOVA AirTech Instruments, Ventilation measurements and other tracer-gas applications, Ballerup, Denmark, p.9.

38

CO² concentratie [mg/m³]

9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0

10

20

30

40

50

60 Tijd [min]

meetresultaten C0² decay [mg/m³] Figuur 17: gemeten CO2-concentratie in functie van de tijd bij de tracergastest van de koelruimte in de Okay vestiging te Stekene

Omdat tijdens onze meting geen ventilator aanwezig was en de CO2 -concentratie dus niet volledig gelijkmatig over het volume verdeeld werd, hebben onze meetresultaten een ietwat onregelmatig verloop. Bovendien zijn de concentraties in het begin en op het einde van de vervalmeting zijn over het algemeen minder betrouwbaar, daarom werden de meetresultaten tussen 3 en 14 minuten na de opening van het rolluik afgezonderd. Dit komt overeen met de zone tussen 20 en 34 minuten in de grafiek. Daaruit blijkt het ventilatievoud van een open gekoelde doorgang ongeveer 6,6 h-1 te zijn. Dit komt overeen met een debiet van 1880 m³/h. Het debiet, en dus ook het ventilatievoud, is afhankelijk van het temperatuursverschil tussen de winkel en de gekoelde doorgang en zal variëren doorheen het jaar. Onze meting dateert van eind november. In de zomer zal het drijvende temperatuursverschil groter zijn waardoor het overeenkomende ventilatiedebiet ook groter zal zijn.28 28

Deze berekeningsmethode wordt meer in detail besproken in hoofdstuk 2.5.6 Ventilatieverliezen.

39

Figuur 18 toont het CO2-verval van de gemeten waarden tussen 3 en 14 minuten na de opening van het rolluik en de theoretische vervallen bij een ventilatievoud van respectievelijk 6,6 10 en 20 h-1. De beste overeenkomst wordt duidelijk waargenomen tussen de gemeten waarden en het theoretisch debiet bij een ventilatievoud van 6,6 h-1.

CO² concentratie [mg/m³]

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 0

5 gemeten CO² decay

CO² decay bij n 6,6

10 CO² decay bij n 10

15 Tijd [min] CO² decay bij n 20

Figuur 18: gemeten en berekende CO2-concentraties in functie van de tijd bij de tracergastest van de gekoelde doorgang in de Okay vestiging te Stekene

40

2.2.4. Temperatuursmeting De meest voor de handliggende meting is uiteraard de meting van de binnentemperatuur. Gedurende twee maanden in de zomer en ongeveer twee maanden in winter werd per filiaal op vier plaatsen de temperatuur gemeten: aan de check-out, onderaan in de non-food, bovenaan in de non-food en buiten. De temperatuur aan de check-out wordt gemeten op een hoogte van circa 2,00 m. De onder- en boventemperatuur worden gemeten op een hoogte van respectievelijk 0,40 m en 3,00 m om de temperatuursgradiënt in de winkel te bepalen. De buitentemperatuur wordt ook opgemeten, om zo het effect te bekijken van de buitenomgeving op het binnenklimaat. Bovendien wordt de individuele comfortappreciatie ingeschat aan de hand van de heersende buitentemperatuur.

Om de vijf minuten registreren de loggers de binnentemperatuur en de relatieve vochtigheid. De gemiddelde waarde van de relatieve vochtigheid is mede bepalend voor de comfortappreciatie. De relatieve vochtigheid bepaalt bovendien ook de thermische trek, die op zijn beurt een invloed heeft op de ventilatieverliezen. Een veralgemening van de meetresultaten geeft een relatieve vochtigheid van 60% voor de zomermaanden en 40% voor de wintermaanden.

Hieronder worden de meetresultaten aan de check-out voor de zomer- en wintermaanden in een diagram weergegeven. 29 Van de 288 metingen per dag wordt steeds enkel het maximum en minimum weergegeven. In hetzelfde diagram wordt de gelijktijdige equivalente buitentemperatuur afgebeeld.30

29 30

Voor de andere resultaten verwijzen wij naar de bijlage F. Voor de exacte berekening van de equivalente buitentemperatuur, zie 2.4 Comfort binnenklimaat.

41

2.2.4.1. Winter- en zomer temperatuursmeting in de Colruyt vestiging te Gent In Gent zien we dat de gemeten temperaturen tijdens de wintermaanden de theoretische instelwaarde van 17 °C voortdurend overschrijden. De nachtelijke insteltemperatuur van 12 °C wordt zelfs nooit bereikt, zelfs niet op zondagen. In de praktijk is het dus veel warmer in de winkel

Temperatuur [°C]

dan vereist. De reden hiervoor kan ofwel een in realiteit hogere comforteis ofwel een inefficiënte regeling zijn.

30

25

20

15

10

5

0 01/24/08

01/31/08

2/07/2008 Binnentemperatuur [°C]

02/14/08

02/21/08

02/28/08

Buitentemperatuur [°C]

Figuur 19: gemeten binnentemperaturen aan de kassa en equivalente buitentemperaturen tussen 24 januari en 28 februari in de Colruyt vestiging te Gent

De temperatuursgradiënt tijdens de winter varieert tussen de 1 en 2 °C/m. Deze is relatief groot, vooral in vergelijking met de andere winkels. De reden hiervoor is enerzijds dat, bij een winkel op palen, de vloer als een aanzienlijke warmteverliesoppervlakte moet gezien worden.

42

Anderzijds is de winkel 5,30 m hoog en blazen de aerothermen helemaal bovenaan warme lucht in. Aangezien deze warme lucht een lagere

Temperatuur [°C]

massadichtheid heeft als koude lucht, zal de verwarmde lucht de neiging hebben om in de buurt van het plafond te blijven hangen.

30

25

20

15

10

5

0 07/14/07

07/20/07

07/27/07

8/03/2007

8/10/2007

Binnentemperatuur [°C]

08/17/07

08/24/07

08/31/07

9/07/2007


Figuur 20: gemeten binnentemperaturen aan de kassa en equivalente buitentemperaturen tussen 14 juli en 12 september in de Colruyt vestiging te Gent

In de zomer zien we dat de comfortgrens van circa 24 °C meermaals overschreden wordt, terwijl de gelijktijdige equivalente buitentemperaturen voor die tijd van het jaar nog relatief laag zijn. Dit wil zeggen dat het op een warme zomerdag van 30 °C, binnen nog warmer zal zijn. In een interview met de gerant zal de problematiek van het zomercomfort nog prominenter naar voor komen. De temperatuursgradiënt tijdens de zomer vertoont op warme dagen pieken tot boven 2 °C/m.

43

2.2.4.2. Winter- en zomer temperatuursmeting in de Colruyt vestiging te Merelbeke De temperaturen bij de check-out in Merelbeke zijn voor de wintermaanden helaas niet opgemeten. Door onvoorziene omstandigheden is de

Temperatuur [°C]

geplaatste logger tijdens de meetcampagne verdwenen. Figuur 21 illustreert de binnentemperaturen onderaan in de non-foodafdeling.

30

25

20

15

10

5

0 01/24/08

01/31/08

2/07/2008 Binnentemperatuur non-food [°C]

02/14/08

02/21/08

02/28/08


Figuur 21: gemeten binnentemperaturen onderaan de non-food en equivalente buitentemperaturen tussen 24 januari en 28 februari in de Colruyt vestiging te Merelbeke

Uit de voorhanden meetresultaten van bovenaan in de non-foodafdeling, blijkt dat de temperatuursgradiënt in Merelbeke varieert tussen 1 en 1,5 °C/m. Op die manier zou de temperatuur aan de check-out gemiddeld zo’n 2 °C hoger liggen als de waarden weergegeven in figuur 21. De binnentemperaturen in Merelbeke leunen dus dichter aan bij de theoretische insteltemperatuur van 17 °C dan deze gemeten in de vestiging te Gent.

44

In de zomer is het ook relatief koel in de winkel. De binnentemperatuur stijgt nooit boven de 24 °C. Zelfs bij buitentemperaturen van 23 °C stijgt de temperatuur niet noemenswaardig. Bij aanhoudende dagtemperaturen van 30 °C, zal er naar alle waarschijnlijkheid wel een aantal

Temperatuur [°C]

uren discomfort optreden.

30 25 20 15 10 5 0 07/14/07

07/20/07

07/27/07

8/03/2007

8/10/2007


08/17/07

08/24/07

08/31/07

9/07/2007


Figuur 22: gemeten binnentemperaturen aan de kassa en equivalente buitentemperaturen tussen 14 juli en 12 september in de Colruyt vestiging te Merelbeke

De temperatuursgradiënt tijdens de zomer vertoont zelfs op de warmste dagen slechts pieken tot 0,5 °C/m. Dit is opmerkelijk lager dan in de vestiging te Gent. Redenen hiervoor zijn waarschijnlijk het neutraliserend effect van de grond en het grotere aandeel aan ongecontroleerde ventilatie door de toegangsdeur en sectionaalpoort.

45

2.2.4.3. Winter- en zomer temperatuursmeting in de Okay vestiging te Stekene Uit de meetresultaten blijkt dat de gemeten temperaturen tijdens de wintermaanden de theoretische instelwaarde van 17 °C continu overschrijden. Overdag is het gemiddeld 20 tot 21 °C, zelfs ’s nachts is het over het algemeen warmer dan de minimale dagtemperatuur van 17 °C. De theoretische insteltemperatuur van de verwarming buiten de openingsuren is normaal gezien 12 °C, deze waarde is zo laag dat deze zo goed als nooit wordt gehaald. In tegenstelling tot de meetresultaten in Gent, zijn de onregelmatigheden niet zo eenduidig te verantwoorden.

Temperatuur [°C]

De dieptepunten komen niet regelmatig voor en komen dus niet overeen met de zondagen.

30

25

20

15

10

5

0 01/24/08

01/31/08

2/07/2008

02/14/08


02/21/08

02/28/08

3/06/2008

03/13/08


Figuur 23: gemeten binnentemperaturen aan de kassa en equivalente buitentemperaturen tussen 24 januari en 28 februari in de Okay vestiging te Stekene

46

De temperatuursgradiënt tijdens de winter varieert tussen 1 en 1,5 °C/m en is dus ongeveer gelijk aan deze in de Colruyt vestiging te Merelbeke. De binnentemperatuur in de zomer schommelt tussen deze van Merelbeke en Gent. Bij momenten stijgt de binnentemperatuur boven de 24 °C, maar zeker niet in die mate als in Gent. Ook hier dient echter opgemerkt te worden dat de buitentemperaturen tijdens deze

Temperatuur [°C]

meetcampagne niet representatief genoeg zijn voor een veralgemening van het zomercomfort.

30

25

20

15

10

5

0 07/14/07

07/20/07

07/27/07

8/03/2007

8/10/2007


08/17/07

08/24/07

08/31/07

9/07/2007


Figuur 24: gemeten binnentemperaturen aan de kassa en equivalente buitentemperaturen tussen 14 juli en 12 september in de Okay vestiging te Stekene

De temperatuursgradiënt tijdens de zomer vertoont zelfs op de warmste dagen slechts pieken tot 0,3 °C/m. Dit ligt in dezelfde lijn als de gemeten gradiënten in de Colruyt vestiging te Merelbeke.

47

2.2.4.4. Temperatuursmeting in de gekoelde doorgang van de Colruyt vestiging te Gent De temperatuur in de gekoelde doorgang werd gedurende drie weken gemeten in Gent, samen met de CO2-concentratie. De gekoelde doorgang is onderverdeeld in twee zones, naargelang een gewenste koeltemperatuur van 3 en 7 °C. De logger werd aan de rand van de ‘driegraden-zone’ opgehangen. De meetresultaten in figuur 25 tonen aan dat het ook in de gekoelde doorgang warmer is dan de theoretische insteltemperatuur. Zelfs op zondagavonden, wanneer de temperatuur het laagst is, zakt de temperatuur slechts tot 4,5 °C. Uit het temperatuursverloop kan men een éénduidig dagpatroon afleiden: de geleidelijke temperatuursstijging tijdens de openingsuren, de daling na sluitingstijd en de nachtelijke verdamperontdooiing. De temperatuur varieert steeds tussen 4,5 en 9 °C.

De resultaten van de verschillende meetcampagnes van de binnentemperaturen worden overigens gebruikt voor de kalibratie van de simulatiemodellen van de verschillende filialen.

2.2.5. Vermogenmeting Om de elektriciteitsvraag en de warmteafgifte van de diepvriezers te kunnen inschatten werd een vermogenmeting bij verschillende vrieskisten met een verschillende gebruiksintensiteit uitgevoerd. Met de gebruiksintensiteit wordt de frequentie van opening bedoeld. Na een gesprek met de gerant van het filiaal in Gent, bleek dat de vrieskisten met diepvriesgroenten de gemiddelde gebruiksintensiteit het meest zouden benaderen. De vrieskisten met pizza’s en die met vlees zouden respectievelijk over een zeer hoge en een zeer lage gebruiksintensiteit beschikken. Uit de meetcampagne blijkt dat het gemiddelde verbruik circa 98 W is.31

31

Voor een gedetailleerde verwerking van de gegevens zie hoofdstuk 2.5.3 Interne warmtewinsten, apparaten.

48

2.2.6. CO2-meting Om de kwaliteit van de binnenlucht en de nood aan ventilatie te analyseren werd een CO2-meting in de winkelruimte en de gekoelde doorgang in Gent uitgevoerd. Sinds 2006 legt de EPB-regelgeving een verplicht ventilatiedebiet op voor gebouwen met een commerciële functie.32 Het is de bedoeling om aan de hand van een CO2-meting na te gaan of dit echt noodzakelijk is in een ruimte met grote ongecontroleerde ventilatieverliezen ten gevolge van de zeer frequent openende toegangsdeur en sectionaalpoort. Om de meetresultaten vakkundig te kunnen beoordelen, worden kort enkele veel voorkomende CO2-grensconcentraties opgesomd in tabel 25. De Threshold Limit Value (TLV) is de maximale CO2-concentratie die als gezond wordt beschouwd voor werknemers tijdens een 8 h durende werkdag.

CO2 [ppm]

buitenomgeving

20% ontevredenen33

Threshold Limit Value

dodelijk voor kleine dieren

333

1000

5000

50000

Tabel 25: enkele grensconcentraties voor CO2

De resultaten van de meetcampagne in de gekoelde doorgang gedurende drie weken worden weergegeven in figuur 25. We zien dat de waarde voor 20% ontevredenen tijdens de openingstijden altijd overschreden wordt. Enkel op zondag daalt de CO2-concentratie onder de 1000 ppm. Het door EPB opgelegde gecontroleerd ventilatiesysteem is voor de gekoelde doorgang dus zeker geen overbodige luxe, maar eerder een noodzaak. Het CO2-gehalte is over het algemeen ’s nachts hoger dan overdag. De CO2-productie is dus maar in beperkte mate te wijten aan menselijke aanwezigheid. De CO2-concentratie bereikt dagelijks een hoogtepunt tussen 1h en 5h ’s morgens. Pas vanaf 6h30 neemt deze concentratie geleidelijk aan af. De oorzaak hiervan is de CO2-uitstoot van de koelkarren die ’s nacht gestockeerd worden in de gekoelde doorgang. Rond 6h30 gaan de rolluiken van de koelkamer open om de geleverde producten in de rekken te plaatsen. Er ontstaat een 32

Voor de concrete eisen omtrent het minimale ventilatiedebiet in supermarkten verwijzen wij naar hoofdstuk 3.3.10 Ventilatie.

33

Safety Code for Mechanical Refrigeration, ANSI/ASHRAE Standard 15-1994, Clause 3.

49

luchtuitwisseling met de minder gepollueerde winkelruimte en de lege koelkarren worden al snel terug naar de transit gebracht. Dit verklaart

CO² [ppm]

het steile verval tussen 6h30 en 10h ’s ochtends. Daarna stijgt de concentratie weer gevoelig door de aanwezigheid van de klanten.

3500

28

3000

24

2500

20

2000

16

1500

12

1000

8

500

4

0 5/03/08

0 7/03/08

9/03/08

11/03/08

13/03/08

15/03/08

CO2 [ppm]

17/03/08

19/03/08

21/03/08

23/03/08

25/03/08

temperatuur [°C]

Figuur 25: gemeten temperaturen en CO2-concentraties in de gekoelde doorgang van de Colruyt vestiging te Gent

Uit de meetresultaten is duidelijk af te leiden wanneer het weekend is. Uit het exponentiële verval op zondag kan men het infiltratievoud van de gekoelde doorgang bij gesloten rolluiken bepalen. De methode is gebaseerd op het principe van de tracergastest. Figuur 26 toont het CO2verval vanaf zaterdagnacht tot maandagmorgen. Uit de trendlijn van de vergelijking blijkt dat het infiltratievoud 0,006 h-1 is, wat overeenkomt met een massadebiet van 5,5 kg/h. Verder zal blijken dat deze nachtelijke ventilatieverliezen verwaarloosbaar klein zijn in vergelijking met deze overdag.

50

CO² concentratie [ppm]

2500

2000

1500

1000

500

0 0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

14:00

CO² decay zondag

16:00

18:00

20:00

22:00

0:00

2:00

4:00

6:00

Exponentieel (CO² decay zondag)

Figuur 26: gemeten CO2-verval vanaf zaterdagnacht tot maandagmorgen in de gekoelde doorgang van de Colruyt vestiging te Gent

Ook in de winkelruimte werd gedurende 2 weken de CO2-concentratie op elk uur van de dag geregistreerd. Deze meetgegevens kunnen echter door een fout in het toestel niet grafisch voorgesteld worden. Net zoals in de koelruimte werd er vastgesteld dat de CO2-concentratie in de week niet onder de minimumwaarde van 1000 ppm zakte en dikwijls pieken vertoonde van boven de 3000 ppm. Op een maandagmorgen bedroeg de concentratie zelfs nog 1900 ppm. Een bewust ventilatiesysteem lijkt hier dus noodzakelijk.

Tot slot kan uit bovenstaande meetresultaten afgeleid worden dat de CO2-concentraties niet recht evenredig zijn met het bezoekersaantal. Hieruit volgt dat de CO2-concentratie niet als indicator voor de regeling van de variabele ventilatienood kan gebruikt worden.

51

2.3.Interviews

Omdat er voor supermarkten in principe nog geen comforteisen genormeerd zijn, werd aan de hand van het methode van Fanger een comfortmodel opgesteld voor de specifieke gebruiksomstandigheden in de commerciële sector. De specifieke factoren zoals de gemiddelde warmteweerstand van de kledij van zowel klant als werknemer, werden bepaald aan de hand van interviews met enkele geranten. Om het comfortmodel te verifiëren, werden de gemeten binnentemperaturen getoetst aan de comfortappreciatie van personeel en cliënteel. Deze comfortappreciatie is gebaseerd op de interviews met de geranten.

De interviews leerden ons ook hoeveel leveringen er dagelijks zijn en wanneer ze plaatsvinden. Deze gegevens zijn noodzakelijk om de ventilatieverliezen ten gevolge van de opening van de sectionaalpoort in rekening te brengen. Daarenboven werd nog kort naar enkele parameters van de technische installaties gevraagd, zoals de werkelijke insteltemperaturen en de regelmethodes van verwarming en ventilatie.

2.3.1. Gent

Het Colruyt personeel is verplicht zich altijd te kleden in de uniformkiel. Deze bestaat zowel met korte als met lange mouwen. In de winter dragen de meeste mensen alleen een T-shirt onder hun kiel, enkel de ‘kouwelijke mensen’ dragen er ook nog een pull onder. In de zomer is een korte broek in principe niet toegelaten. Maar als het echt té warm wordt in de winkel, is het heel uitzonderlijk soms zelfs toegelaten om zonder kiel te werken.

52

In de winter is de algemene comfortappreciatie neutraal. Men durft al eens klagen over een kwalijke tocht door opengaande deuren en poorten in de transit of aan de check-out, maar slechts in zeer beperkte mate. Om zes uur ‘s ochtends is het nog relatief koud in de winkel, omdat de verwarming pas in werking treedt als het personeel arriveert. Maar over het algemeen is er volgens de gerant in de winter niets noemenswaardig om over te klagen.

In de zomer daarentegen is het personeel (en het cliënteel) wel vaker ontevreden. De gerant was geneigd een waarde van +2 aan te duiden op de comfortschaal.34 De winkel in Gent werd pas in 2006 geopend. In de vorige winkel waren er reeds problemen met het zomercomfort. De verwachtingen voor een nieuwe, koele winkel werden voor het personeel echter niet ingelost. Zelfs bij buitentemperaturen van ongeveer 20 °C is het in de winkel reeds te warm (zie figuur 22). Het discomfort beperkt zich dus niet enkel tot extreem warme dagen. Vooral in de namiddag en naar de avond toe wordt het erg warm in de winkel. Het probleem is overigens van die mate dat ook de productconservering in het gedrang komt. De chocolade moet gemiddeld zo’n drie weken per zomer uit de rekken gehaald worden. Door de grote temperatuursgradiënt is het vooral net onder het plafond ontzettend warm.

In perioden van discomfort worden er wel extra maatregelen genomen. De aerothermen zorgen overdag voor een aangename luchtverplaatsing, maar niet voor koeling. ’s Nachts worden de brandluiken (colten) opengezet als een soort van natuurlijke nachtventilatie. Bovendien worden soms de nooduitgangen, tegen de veiligheidsvoorschriften in, ’s ochtends tussen zes en negen uur opengezet. Van de regeling van de verwarming wist de gerant helemaal niets af. Een regiotechnieker komt bij het begin en het eind van het stookseizoen langs om de installatie te starten en te stoppen. Wanneer het alarm in werking treedt, slaat de verwarming automatisch af. De intensiteitsregeling van de aerothermen overdag is voor het personeel ook een vraagteken. De radiatoren van de sociale lokalen kunnen ze echter wel zelf regelen met behulp van een thermostaat.

34

Zie 2.4.3.6 Bepaling van de voorspelde gemiddelde waardering PMV.

53

De Colruyt vestiging te Gent is een groot en veel bezocht filiaal. Dagelijks komen zo’n zes tot zeven camions leveren: één levering net na sluitingstijd, drie ’s nachts en slechts twee of drie tijdens de openingstijden. Deze leveringen vinden plaats in een overdekte loskade om geluidsoverlast bij de buren te vermijden.

2.3.2. Merelbeke

Over de kledij van het personeel kan in Merelbeke hetzelfde gezegd worden als in Gent, met die uitzondering dat er toch net iets meer werknemers in de winter een pull-over aantrekken.

De comfortappreciatie is zowel in de zomer, als in de winter neutraal. In de winter is het soms wat koud aan de check-out. Werknemers klagen vooral over de directe tocht aan de kassa’s recht voor de toegangsdeur. Sommige werknemers beweren op koude, winderige dagen aan de check-out een verkoudheid op te doen. In de zomer is het enkel op de extreem warme dagen in de namiddag ook wat warm in de winkel. De gerant, die vroeger nog in twee andere filialen gewerkt heeft, durft zelfs over een zeer koele en aangename winkel praten in de zomer. Heel uitzonderlijk worden de brandluiken ’s nachts wel eens opengezet om de winkel extra te ventileren met koele buitenlucht.

Voor een middelgroot filiaal als dat in Merelbeke, volstaan drie tot vier leveringen per dag. Dit zorgt ervoor de sectionaalpoort dagelijks gemiddeld zo’n twee uur openstaat. Deze leveringen komen vooral net voor en net na sluitingstijd toe. Op een warme zomerdag durft men de sectionaalpoort voor de levering wel eens een beetje langer open laten staan om de winkel te verluchten. De totale openingsduur van de poort kan volgens het personeel oplopen tot drie uur.

54

2.3.3. Stekene

Omdat een Okay zich anders wil profileren als een Colruyt, draagt het personeel hier geen kiel, maar een T-shirt. Tijdens de wintermaanden dragen de meeste werknemers een lange broek en een pull-over onder hun T-shirt. Tijdens de zomermaanden mogen de werknemers op warme dagen een korte broek tot onder de knieën aantrekken. Wat de comfortappreciatie betreft zijn ook hier alle werknemers over het algemeen tevreden, zowel in de zomer als in de winter. In de winter wordt een beetje geklaagd over het gewoonlijk discomfort ten gevolge van tocht aan de check-out en de transit. In de zomer is het enkel op extreem warme dagen te warm in de winkel en dan voornamelijk in de namiddag. Overdag treden de aerothermen dan in werking om de luchtcirculatie te bevorderen. ’s Nachts staan de brandluiken open om de natuurlijke ventilatie zoveel mogelijk te stimuleren.

Voor een Okay filiaal is één à twee leveringen per dag voldoende. Deze vinden plaats tijdens de openingsuren en gemiddeld staat de sectionaalpoort dan drie kwartier open.

55

2.4.Comfort binnenklimaat

“Het creëren van geschikte thermische condities om mensen tevreden te stellen wat betreft hun thermisch comfort, is erkend als een essentiële voorwaarde voor het binnenmilieu. Onwenselijke thermische condities kunnen immers leiden tot ontevreden werknemers, en die kunnen op hun beurt een nadelig effect hebben op hun productiviteit en prestaties”, zo zegt I. Budaiwi. 35 Het gecontroleerd beheersen van het binnenklimaat wordt nog belangrijker bij de verkoop van voedingswaren. Elk product heeft immers zijn eigen randvoorwaarden voor een goede bewaring in de winkel. Het binnenklimaat heeft ook een grote impact op het koopgedrag van mogelijke klanten.36

De thermische condities van een binnenklimaat hebben een direct effect op de gezondheid, productiviteit en moraal van de gebruikers. De belangrijkste parameters die het comfort bepalen zijn de luchttemperatuur, luchtvochtigheid, luchtsnelheid en gemiddelde stralingstemperatuur. Daarenboven zijn er nog twee parameters die in relatie staan tot de gebruikers van de ruimte zelf: het metabolisme en de isolatiegraad van de kledij. Zo bekomen we het typisch gebruikte zes-parametermodel met vier klimatologische parameters en twee persoonlijke parameters.37

35

ISMAIL M. BUDAIWI, An approach to investigate and remedy thermal-comfort problems in buildings, ScienceDirect, 24 maart 2006, p.1 ISMAIL M. BUDAIWI, An approach to investigate and remedy thermal-comfort problems in buildings, ScienceDirect, 24 maart 2006 37 G. HAVENITH, I. HOLMER, K. PARSONS, Personal factors in thermal comfort assessment: clothing properties and metabolic heat production, Energy and Buildings 34, 2002, p 581-591 36

56

2.4.1. ATG richtlijnen

Het beoordelen van de thermische condities in kantoren kan gebeuren aan de hand van de ATG (Adaptieve Temperatuur Grenswaarden) richtlijnen. Deze richtlijnen geven de grenswaarde voor de binnentemperatuur voor drie klimaatsklassen afhankelijk van de buitentemperatuur. Hiervoor wordt de θe,ref gebruikt, deze is gebaseerd op de buiten(lucht)temperatuur van de betreffende dag en die van de drie voorgaande dagen. De temperatuur op de voorgaande dagen beïnvloedt immers mede de kledijkeuze en de verwachting die men van het binnenklimaat heeft. Voor de bepaling van de θe,ref geldt als daggemiddelde temperatuur het gemiddelde van de maximum- en de minimumtemperatuur op de betreffende dag.38

Klasse

Acceptatie

Toepassing

A

90%

Gebouwen waarbij relatief hoge eisen aan het comfort gesteld worden.

B

80%

Centrale classificatie voor een ‘goed binnenklimaat’ voor algemene toepassing in standaard situaties.

C

65%

Deze klasse wordt gebruikt in ‘tijdelijke situaties’ waarbij er geen goed binnenklimaat gehaald kan worden. In alle gevallen moet duidelijk omschreven worden waarom klasse B in het betreffende geval niet haalbaar is. Tabel 26: classificatie thermisch binnenklimaat

θ e,ref =

1 ⋅ θ vandaag + 0,8 ⋅ θ gisteren + 0,4 ⋅ θ eergisteren + 0,2 ⋅ θ eer −eergisteren 2,4 Vergelijking 5: referentie buitentemperatuur

38

Thermische behaaglijkheid als gebouwprestatie, ISSO-publicatie 74, p. 15-19

57

De grenswaarden voor de verschillende klimaatklassen zijn weergegeven in figuur 27. Deze grenswaarden betreffen de ‘operatieve temperatuur’ in het gebouw/vertrek.

30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 -5 -4 -3 -2 -1 0 1

2

3

4 5

6

7

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Tmax 65% acceptatie

Tmax 80% acceptatie

Tmax 90% acceptatie

Tmin 65% acceptatie

Tmin 80% acceptatie

Tmin 90% acceptatie

Figuur 27: toelaatbare operatieve binnentemperatuur voor een bepaalde acceptatie in kantoorgebouwen, afhankelijk van de buitentemperatuur θe,ref

Deze methode is uitgewerkt specifiek voor het evalueren van het binnencomfort in kantoorruimten. Hierbij worden de zes gebruikte parameters toegepast op de condities in een kantooromgeving. Aangezien de randcondities van kantoren erg verschillen van die van een supermarkt, zullen de comfortlijnen dus niet overeenkomen. Bijgevolg zullen de ATG richtlijnen moeten aangepast worden naar de zes parameters van de supermarkt met een verschillende binnentemperatuur, relatieve vochtigheid, metabolisme en kledij.

58

In de volgende figuren zijn de, tijdens de zomer gemeten, binnentemperaturen en de overeenkomende equivalente buitentemperaturen in een


grafiek gezet.

28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 10

12

14

16

18

20

22

24

Equivalente buitentemperatuur [°C] Min. & max. dagelijkse binnentemperatuur [°C]

Gemiddelde dagelijkse binnentemperatuur [°C]

Figuur 28: comfortzone Okay Stekene met 80% thermische acceptatie-graad binnentemperatuur aan de kassa t.o.v. gewogen gemidelde buitentemperatuur Te,ref

Figuur 28 toont de binnentemperaturen gemeten aan de kassa van de Okay te Stekene gedurende de periode van 14 juli tot 25 september. We concluderen dat deze temperaturen, volgens de ATG richtlijn met 80% acceptatie, veel te koud zijn. Zo liggen de minimum en gemiddelde temperaturen van bijna elke dag onder de minimumeis opgesteld voor kantoren. Dit komt volledig niet overeen met de comfortappreciatie van de klanten, werknemers en de gerant van dit Okay filiaal.

59

Figuur 29 toont de binnentemperaturen gemeten aan de kassa van de Colruyt vestiging te Gent gedurende de periode van 14 juli tot 25 september. We concluderen dat de gemiddelde temperaturen, volgens de ATG richtlijn met 80% acceptatie, over het algemeen voldoen. Doorheen de dag worden er wel te koude en te warme temperatuurspieken opgemeten. Dit komt niet overeen met de comfortervaringen


verkregen van de klanten, werknemers en gerant. Tijdens de zomermaanden zou het immers veel te warm zijn in deze Colruyt vestiging.

28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 10

12

14

16

Min. & max. dagelijkse binnentemperatuur [°C]

18

20

22 24 Equivalente buitentemperatuur [°C]


Figuur 29: comfortzone Colruyt Gent met 80% thermische acceptatie-graad binnentemperatuur aan de kassa t.o.v. gewogen gemiddelde buitentemperatuur Te,ref

Deze voorbeelden tonen aan dat de ATG richtlijn niet voldoet voor het beoordelen van de comfortervaringen in supermarkten. In de volgende hoofdstukken wordt een nieuwe comfortlijn opgesteld, specifiek voor supermarkten.

60

2.4.2. Thermisch comfort

De mens heeft in rust een constante kerntemperatuur nodig van ongeveer 37 °C om alle processen in het lichaam goed te laten verlopen. Om de lichaamstemperatuur constant te houden dient de warmteafgifte van het lichaam gelijk te zijn aan de in het lichaam geproduceerde warmte. De omgeving heeft meestal een lagere temperatuur waardoor de mens warmte verliest naar zijn omgeving. De interne warmteproductie van de mens zal dit verlies trachten te compenseren. Dit wordt toegelicht aan de hand van de volgende statische warmtebalans.39

H − C res − E res − E dif − E sw = R + C waarin: H

= interne warmteproductie van het lichaam

[W/m²]

Cres = de voelbare warmteafgifte via de ademhaling

[W/m²]

Eres = de latente warmteafgifte via de ademhaling

[W/m²]

Edif

= de warmteafgifte door diffusie van waterdamp door de huid

[W/m²]

Esw

= de warmteafgifte door verdamping van transpiratie op het huidoppervlak

[W/m²]

R

= de warmteoverdracht door straling vanaf het buitenoppervlak van het geklede lichaam

[W/m²]

C

= de warmteoverdracht door convectie (stroming) vanaf het buitenoppervlak van het geklede lichaam

[W/m²]

Vergelijking 6: statische warmtebalans

39

Thermische behaaglijkheid als gebouwprestatie, ISSO-publicatie 74, p. 31

61

De warmteproductie ontstaat zowel door interne processen (stofuitwisseling) als door het verrichten van spierarbeid. De uitwendige arbeid bedraagt over het algemeen maar een fractie van de totale hoeveelheid vrijgekomen energie, wat ook wel het metabolisme genoemd wordt (1 met = 58,2 W/m²).40

Tabel 27 geeft de waarden aan van de vrijgekomen energie bij een welbepaalde activiteit.

Activiteit

Metabolisme (W/m²)

met

Zittend in rust

58,2

1

Zittend, lichte arbeid (school, kantoor,thuis)

69,8

1,2

Staand, lichte arbeid (winkel, licht fabriekswerk)

93,1

1,6

Staand, matige arbeid (verkoopswerk, machinebediening)

116,4

2

Hoge arbeid

230

4

Tabel 27: waarden voor het metabolisme op basis van het soort activiteit41

40

B. BELLENS, Klimatisatie van de boekentoren: thermisch comfort, scriptie tot het behalen van de academische graad van Burgerlijk Ingenieur Architect, academiejaar 20042005 41 Gebaseerd op ISO publicatie EN ISO 7730: Ergonomics of the thermal environment

62

Naast de arbeid die verricht wordt, zijn de warmteproductie en de warmteafgifte afhankelijk van het medium waarin de persoon zich bevindt. De verschillende posten in de warmtebalans zijn afhankelijk van de volgende parameters:

•

warmteweerstand van de kleding, Icl [m²K/W]

•

luchttemperatuur, θa [°C], van belang bij de warmteafgifte door convectie en het voelbare warmteverlies bij de ademhaling

•

gemiddelde stralingstemperatuur, θmrt [°C], van belang bij de warmteafgifte door straling tussen de mens en zijn omgeving. Deze wordt gedefinieerd als de fictieve uniforme temperatuur van een omgeving, waarbij dezelfde warmteoverdracht door straling optreedt tussen de mens en zijn omgeving als in de actuele situatie.

•

luchtsnelheid, v [m/s], bepalend voor de convectieve verliezen en de afgifte via de zweetverdamping aan het huid- en kledingoppervlak

•

partiële waterdampdruk, pa [Pa], bepalend voor de verdampingsverliezen aan het huid- en kledingoppervlak en het latente warmteverlies bij de ademhaling

De operatieve temperatuur wordt gedefinieerd als de uniforme temperatuur van een omgeving waarin een persoon dezelfde hoeveelheid warmte door straling en convectie uitwisselt als in de werkelijke omgeving. Als benadering van de operatieve temperatuur wordt in situaties met lage luchtsnelheden vaak het gemiddelde van de luchttemperatuur en de gemiddelde stralingstemperatuur genomen, de zogenaamde resulterende temperatuur. Bij lage luchtsnelheden (tot 0,2 m/s) en een verschil tussen de luchttemperatuur en de gemiddelde stralingstemperatuur kleiner dan 4 °C is de fout die men hierdoor maakt te verwaarlozen.42

42


63

2.4.3. Het thermofysiologische model van Fanger 2.4.3.1. Behaaglijkheidvergelijking Een gedetailleerde voorspelling van het thermisch comfort bij evenwichtstoestand kan je berekenen via de methode van Fanger. Fanger ontwikkelde een begrijpbare warmtebalansvergelijking gebaseerd op de verschillende elementen van energie-uitwisseling. Op die manier ontstond de comfortvergelijking. Deze maakt gebruik van twee empirische vergelijkingen die het latente warmteverlies en de huidtemperatuur in relatie brengen met het metabolisme en de comfortvoorwaarden. De vergelijking kan opgelost worden om het comfort te voorspellen voor eender welke combinatie van omgevingstoestand, kledij en metabolisme. Fanger ontwikkelde een manier om een schatting te maken van de ‘predicted mean vote’ (PMV) van personen in een ruimte, waarin er afwijkingen zijn van de optimale thermische sensatie. Hierbij wordt rekening gehouden met de verschillende reacties van personen in dezelfde thermische omstandigheden. Op die manier kan het ‘percentage of people dissatisfied’ (PPD) voorspeld worden.43

Fanger ontwikkelde zijn comfortvergelijking op basis van experimentele resultaten verkregen in een studie op Amerikaanse studenten tijdens de winter. Hierbij rijst de vraag of zijn vergelijking wel toepasbaar is op andere geografische gebieden, geslachten, leeftijden en etnische verschillen. Diverse comfortstudies in verschillende landen met verschillende klimaatzones toonden hierin weinig verschillen. Bovendien zijn er studies uitgeschreven om het verschil in thermische comfortvoorwaarden door leeftijd, geslacht en lichaamsbouw te onderzoeken. De resultaten toonden aan dat er hierbij geen significant verschil aanwezig is.43 Dit komt voornamelijk doordat de gebruikers van een ruimte hun kledij, binnen bepaalde grenzen, gaan aanpassen om hun thermisch comfort te behouden.44

43

ISMAIL M. BUDAIWI, An approach to investigate and remedy thermal-comfort problems in buildings, ScienceDirect, 24 maart 2006, p.2,3 K.C. PARSONS, The effects of gender, acclimation state, the opportunity to adjust clothing and physical disability on requirements for thermal comfort, Energy and Buildings 34, 2002, 593-599 44

64

Fanger geeft drie basisvoorwaarden waaraan voldaan moet worden voor thermische behaaglijkheid. De eerste voorwaarde is het in evenwicht zijn van de warmtebalans: warmteproductie = warmteafgifte. Het gevoel van thermische behaaglijkheid is afhankelijk van de huidtemperatuur θs en de zweetverdamping Esw. Deze waarden zijn afhankelijk van de interne warmteproductie H en vormen zo de tweede en derde voorwaarden. Op basis hiervan stelde Fanger de behaaglijkheidvergelijking van de mens op met de volgende zes variabelen:45

f(H, Icl, θa, θmrt, pa, var) = 0 waarin: H

= interne warmteproductie per m² lichaamsoppervlakte

Icl

= intrinsieke warmteweerstand van de kleding (de term intrinsiek verwijst naar het op het oppervlak van het ongeklede lichaam betrokken op de warmteweerstand van de kleding)

θa

= luchttemperatuur

[W/m²]

[clo] [°C]

θmrt = gemiddelde stralingstemperatuur

[°C]

pa

= partiële waterdampdruk van de lucht bij θa °C

[Pa]

var

= relatieve luchtsnelheid

[m/s] Vergelijking 7: behaaglijkheidvergelijking

Het is nu mogelijk om voor elk metabolisme en voor elke warmteweerstand van de kleding een combinatie van luchttemperatuur, gemiddelde stralingstemperatuur, luchtvochtigheid en relatieve luchtsnelheid te vinden zodanig dat dit voor de ‘gemiddelde’ mens een neutrale – en dus aangename - situatie oplevert.

45


65

2.4.3.2. Bepaling van de voorspelde gemiddelde waardering PMV Om deze thermische gewaarwording te kwantificeren had men nood aan een referentie of schaal, waarop personen hun gevoel van warmte kunnen aangeven. Door middel van de volgende fysische vergelijking die de thermische gewaarwording in verband brengt met afwijkingen van de behaaglijkheidvergelijking, kan de gemiddelde waardering (Predicted Mean Vote) van een willekeurig klimaat voorspeld worden. De PMV is een rekengrootheid die de gemiddelde waardering van de thermische kwaliteit van de omgeving voorspelt voor een groep personen. De individuele waardering kan echter sterk afwijken van deze gemiddelde waardering. De PMV is een functie van de volgende variabelen:

f(M, W, θa, θmrt, pa, θcl, fcl,hc) waarin: M

= het metabolisme

[W/m²]

W

= de verrichte arbeid

[W/m²]

θ

= de oppervlaktetemperatuur van de kleding

fcl

= de verhouding tussen de buitenoppervlakte van de geklede mens en de buitenoppervlakte

cl

van het ongeklede lichaam hc

[°C]

[-]

= warmteoverdrachtscoëfficiënt voor convectie

[W/m²K]

Vergelijking 8: voorspelde gemiddelde waardering

66

Deze PMV-schaal wordt uitgezet van -3 tot +3 respectievelijk gaande van veel te koel tot veel te warm. In volgende tabel wordt de schaal van Fanger voor het kwantificeren van thermische behaaglijkheid uitgezet.

PMV

Thermische sensatie (ASHRAE, Fanger)

3

Heet

2

Warm

1

Enigszins warm

0

Neutraal

-1

Enigszins koel

-2

Koel

-3

Koud

Tabel 28: de schaal van Fanger voor het kwantificeren van thermische behaaglijkheid

2.4.3.3. Bepaling van het percentage ontevredenen PPD De PMV-waarde voorspelt de gemiddelde waardering van het binnenklimaat van een groep personen, die blootgesteld is aan dezelfde binnencondities, hetzelfde metabolisme heeft en waarvoor dezelfde warmteweerstand van de kleding geldt. In deze situatie liggen de uitspraken van de proefpersonen echter nog steeds verspreid rond die gemiddelde waarde. Daarom is het ook nuttig om het percentage te kunnen voorspellen van het aantal personen dat het thermisch binnenklimaat als onbehaaglijk zal beoordelen. Fanger ontwikkelde een relatie tussen de PMV en het percentage ontevreden personen, de PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied). Hij definieert als ontevreden diegenen die -2 en +2 (respectievelijk koel en warm) en diegenen die -3 en +3 (respectievelijk koud en heet) stemmen. De relatie tussen PMV en PPD is weergegeven in figuur 30.

67

Figuur 30: het voorspelde aantal PPD, als functie van de gemiddelde voorspelde thermische sensatie PMV

Hieruit kan nu de PMV-waarde bepaald worden waarbinnen er een algemeen thermisch comfort heerst. Het nagestreefde doel is om in 90% van de tijd 90% van de mensen in een thermisch behaaglijke toestand te laten vertoeven, wat leidt tot een percentage van 20% ontevredenen (of PPD = 20%). Dit komt volgens figuur 4 overeen met een PMV van 0,5.

2.4.3.4. Bepalen van de warmteweerstand van de kledij Kledij vermindert de warmteverliezen van het lichaam. Daarom wordt kledij dus geclassificeerd onder zijn isolatiewaarde. De gebruikelijke eenheid voor deze isolatiewaarde is de Clo, wat overeenkomt met 1 Clo = 0,155 m²K/W. De Clo schaal is zodanig ontwikkeld dat een naakte persoon een Clo-waarde heeft van 0,0 en een persoon met een typisch maatpak een Clo waarde van 1,0.46

46

Een uitgebreide tabel met Clo waarden is opgenomen in bijlage G.

68

2.4.3.5. Toepassing van de comfortvergelijking volgens Fanger Door middel van de comfortvergelijking beschikken we nu over een rekenmethode om het thermische comfort van een werkplaats te evalueren, aan de hand van meetbare fysische parameters. De volgende vergelijkingen vervolledigen de comfortvergelijking volgens P.O. Fanger:

M − W = H + E c + C res + E res H = ε ⋅σ ⋅

Ar ⋅ f cl ⋅ (t cl + 273) 4 − (t o + 273) 4 + f cl ⋅ hc ⋅ (t cl − t o ) ADu

[

]

E c = 3.05 ⋅ 10 −3 ⋅ (5733 − 6.99 ⋅ ( M − W ) − Pa ) + 0.42 ⋅ ( M − W − 58.15)

C res = 0.0014 ⋅ M ⋅ (34 − t a ) E res = 1.72 ⋅ 10 −5 ⋅ M ⋅ (5867 − Pa ) Vergelijking 9: de comfort vergelijking volgens Fanger en bijbehorende onbekenden

Deze vergelijkingen maken gebruik van de operatieve temperatuur van een ruimte. Deze operatieve temperatuur is het gemiddelde van de lucht- en de stralingstemperatuur. In degelijk geïsoleerde gebouwen met weinig ramen is het verschil tussen de lucht- en de stralingstemperatuur klein, zodat de operatieve temperatuur vrijwel gelijk is aan de luchttemperatuur. De resultaten verkregen via deze vergelijking tonen ons dat de temperaturen van de oppervlakken in de omgeving van een persoon een grote invloed hebben op zijn thermische sensatie. De vochtigheidsgraad heeft daarentegen slechts een matige invloed op het comfortgevoel.

2.4.3.6. Bepalen van de ATG richtlijnen van een supermarkt De nieuwe comfortlijnen van een supermarkt kunnen nu opgesteld worden. Daartoe bepalen we de grenstemperaturen van de lucht ta in extreme omstandigheden, een koude winterdag en een warme zomerdag.

69

Op een koude winterdag wordt uitgegaan van de volgende constanten: •

warmteweerstand van de kledij: 1,1 Clo, wat overeenkomt met een lange broek, warme pull en warme jas

•

relatieve vochtigheid van 40%

•

metabolisme van 93 W/m²K, wat overeenkomt met een lichte staande arbeid

ta [°C] Icl [°C]

RV

P*a

Pa

M [W/m²K] tsk [°C] H

[W] tcl

[°C] » tcl [°C]

PMV

14,2

0,1705

0,4

0,0175

700

93,0

33,096 66,99351 21,67361 21,67361

-0,501

20,92

0,1705

0,4

0,0263

1052

93,0

33,096 43,64384 25,65472 25,65472

0,499

Op een warme zomerdag wordt uitgegaan van de volgende constanten: •

warmteweerstand van de kledij: 0,38 Clo, wat overeenkomt met een lichte broek en een T-shirt of een licht hemd

•

relatieve vochtigheid van 60%

•

metabolisme van 93 W/m²K, wat overeenkomt met een lichte staande arbeid ta [°C] Icl [°C] RV

P*a

Pa

M [W/m²K] tsk

[°C] H

[W] tcl

[°C] » tcl [°C]

PMV

20,63

0,0589

0,6

0,026

1560

93,0

33,096

71,77978 28,86817

28,86817

-0,499

24,71

0,0589

0,6

0,0341

2046

93,0

33,096

48,74352 30,22501

30,22501

0,499

70

De bekomen grenstemperaturen worden nu gekoppeld aan een referentie buitentemperatuur. Op die manier wordt de ATG richtlijn voor supermarkten opgesteld (figuur 31).

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 -5

0 max bij 65% accept

5

10 max bij 80% accept

15 min bij 65% accept

20

25

min bij 80% accept

Figuur 31: toelaatbare operatieve binnentemperatuur voor een bepaalde acceptatie in supermarkten, afhankelijk van de buitentemperatuur θe,ref

De ATG richtlijn voor supermarkten vertoont grote verschillen met deze van kantoren. Zo zijn in de winter veel lagere temperaturen aanvaardbaar in een winkel aangezien een winkelende persoon een groter metabolisme heeft en meer kledij draagt dan een zittende persoon in een kantoor. In de zomer ligt de maximum aanvaardbare temperatuur dan ook enkele graden lager in een supermarkt. We concluderen dat de ATG richtlijn bij supermarkten een veel steiler verloop vertoont dan deze van kantoren. Op die manier kan je dus stellen dat de comforttemperatuur bij supermarkten afhankelijker is van het buitenklimaat dan bij kantoren.

71

2.4.4. Invloed van de temperatuursgradiënt op het comfort

Lokaal discomfort kan ontstaan door thermische stratificatie, die ervoor zorgt dat de luchttemperatuur ter hoogte van het hoofd warmer is dan aan de voeten. Op dezelfde manier als voor de luchttemperatuur kan voor een aanwezige temperatuursgradiënt in een ruimte het percentage

PPD [%]

van ontevreden mensen (PPD) voorspeld worden.47

100 80 60 40 20 10

1 0

2

4

6 8 temperatuursgradiënt [°C]

Figuur 32: voorspelde percentage van ontevreden mensen in functie van de aanwezige temperatuursgradiënt

De maximum toelaatbare temperatuursgradiënt tussen hoofd en voeten kan gehaald worden uit figuur 32. Voor 90% acceptatie betekent dit een gradiënt van niet meer dan 3,5 °C/m. Dit komt nergens voor in de metingen van de verschillende vestigingen. 47

Zie BSR/ASHRAE Standard 55P, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, februari 2003, p 18.

72

2.5.Algemene warmtebalans van een supermarkt 2.5.1. Termen van de warmtebalans De warmtebalans van een gebouw volgt uit de wet van behoud van energie toegepast op het volledige gebouw. De studie van de verschillende termen in deze balans is van belang voor de energiezuinigheid enerzijds en het comfort van het binnenklimaat anderzijds.

Op elk ogenblik zijn in een gebouw de warmtewinsten gelijk aan de som van de warmteverliezen en de opslag van warmte in het gebouw. Vergelijking 10 laat toe om de netto energievraag van het gebouw te begroten.

ΦS + Φi + Φh = Φt + Φv +

dU dt

waarin: ΦS

De warmtewinsten van het gebouw ten gevolge van bezonning

Φi

De interne of vrije warmtewinsten in het gebouw ten gevolge van de warmte geproduceerd door bewoners, verlichting,

[W]

apparaten,…

[W]

Φh

De energievraag voor verwarming of koeling

[W]

Φt

De transmissieverliezen ten gevolge van geleiding doorheen de gebouwschil

[W]

Φv

De ventilatieverliezen ten gevolge van het convectief warmtetransport door luchtstroming via een ventilatiesysteem of door de gebouwschil

dU/dt De toename van de inwendige energie van het gebouw ten gevolge van warmteopslag in het gebouw

[W] [W]

Vergelijking 10: warmtebalans van een gebouw

73

2.5.2. Zonnewinsten

De zonnewinsten bestaan uit de winsten via stralingsondoorlatende constructiedelen (gevels en daken) en de winsten via stralingsdoorlatende delen (beglazingen). Bij stralingsondoorlatende constructiedelen zorgt absorptie van zonnewarmte aan het buitenoppervlak voor een verhoogde oppervlaktetemperatuur en bijgevolg voor indirecte zonnewinsten. Daarnaast moeten zonnewinsten gecorrigeerd worden op de langgolvige stralingsverliezen naar de hemelkoepel. Aangezien de bestudeerde Colruyt en Okay vestigingen niet beschikken over beglazingen binnen het beschermd volume, worden de zonnewinsten verwaarloosd. Deze vereenvoudiging is voldoende correct, omdat het hier gaat over stralingsondoorlatende constructiedelen die geïsoleerd zijn. Dit wil zeggen een U-waarde die kleiner is dan 0,6 W/m²K.48 In dit geval hebben de indirecte zonnewinsten een dusdanig kleine invloed op de globale warmtebalans van een gebouw, dat ze voor een vereenvoudigde berekening van de energievraag verwaarloosd mag worden.49

48

Deze veronderstelling is over het algemeen gegrond voor de vestigingen in Merelbeke en Stekene, maar niet voor Gent. Daar voldoen de wanden niet aan deze voorwaarde en wordt de warmtevraag dus overschat. 49 A. JANSSENS, Syllabus Bouwfysische aspecten van gebouwen, faculteit ingenieurswetenschappen, vakgroep architectuur en stedenbouw, 2005-2006,p. 66

74

2.5.3. Interne warmtewinsten 2.5.3.1. Personen Het metabolisme van een persoon in een ruimte zorgt voor een warmteproductie afhankelijk van de activiteit. Zo produceert een zittende persoon ongeveer 100 W, waarvan 40 W latente warmte. Een persoon in een winkel produceert 230 W, waarvan 130 W latente warmte.50 De hoeveelheid warmte die er in de winkel wordt vrijgegeven is sterk afhankelijk van de hoeveelheid aanwezige klanten en werknemers. Dit varieert uiteraard sterk doorheen de dag en de week. De volgende curves in figuur 33, 34 en 35 tonen het aantal personen in de winkel op elk moment van de week.

Figuur 33: aantal aanwezige personen maandag-donderdag

50

Figuur 34: aantal aanwezige personen vrijdag

Figuur 35: aantal aanwezige personen zaterdag

NEN-EN-ISSO 7730, Klimaatomstandigheden – Analytische bepaling van de thermische behaaglijkheid, 01-12-2005

75

2.5.3.2. Verlichting De verlichting is een belangrijke vorm van interne warmtewinst in de supermarkt. Bij Colruyt werd geopteerd voor een degelijke, functionele verlichting die de winkel gelijkmatig verlicht. Door de lichtsterkte van 800 à 1000 lux te verlagen naar 250 à 300 lux, wordt niet alleen bespaard op de elektriciteitsrekening, maar wordt er ook minder warmte vrijgegeven. Bovendien wordt er in de Colruyt winkel gebruik gemaakt van fluorescentielampen. De operatietemperatuur bij dit type lampen is heel wat lager dan de doorsnee gloeilamp, op die manier gaan deze lampen veel langer mee en stralen ze niet zo veel warmte uit.

Tabel 29 toont de interne warmtewinsten en de verlichtingssterkte in de verschillende zones van de Colruyt winkel.51

Winkel en transit

Gekoelde doorgang

Beenhouwerij

Sociale lokalen

[lux]

300

500

500

500

Energieverbruik

[W/m²]

9.0

11.0

11.0

11.0

Warmteafgifte

[W/m²]

8.0

9.8

9.8

9.8

Verlichtingssterkte

Tabel 29: interne warmtewinsten, energieverbruik en verlichtingssterkte per zone

De behaalde verlichtingssterkte is sterk afhankelijk van het aantal lampen en de hoogte van de ruimte. De warmteafgifte is rechtstreeks afhankelijk van het energieverbruik, dat rechtevenredig is met het aantal lampen. 2.5.3.3. Apparaten De apparaten met een groot energieverbruik zijn vaak ook een grote bron van interne warmte. De grootste elektrische verbruikers in de supermarkt zijn de gekoelde doorgang, de beenhouwerij en de diepvriezers. De warmte die vrijkomt bij het koelen van de gekoelde doorgang 51

Deze tabel werd opgesteld aan de hand van de verschillende ontwerpnormen per zone vanuit Colruyt.

76

en de beenhouwerij wordt via de condensors op het dak afgegeven aan de omgeving. De diepvriezers daarentegen geven hun warmte af in de winkel. Deze warmteafgifte is rechtstreeks afhankelijk van het elektrisch vermogen en de Coefficient Of Performance (COP) van de diepvriezer.

Qw = W + Qk

COP =

Qk W

COP =

TC TC − TE

Vergelijking 11: warmteafgifte, praktische COP en theoretische COP

De gebruikelijke COP voor de koelmachine van een diepvriezer die koelt tot -18° C is 1,65. 52 Deze praktische COP is bepaald bij een afgiftetemperatuur van 32 °C. In een supermarkt wordt deze warmte echter afgegeven in de winkel, waardoor de COP zal stijgen tot 2,3. Het energieverbruik werd duidelijk na enkele vermogensmetingen op verschillende diepvriezers in het Colruyt filiaal van Gent. De warmteafgifte per diepvries kan nu berekend worden (zie tabel 30).

opmeting

Diepvriesinhoud

verbruik [W]

COP

warmteafgifte [W]

10:00 24/01/08 - 15:00 21/02/08

spinazie

97,52

2,3

321,81

15:00 21/02/08 - 16:30 28/02/08

mozzarella

98,11

2,3

323,77

16:30 28/02/08 - 14:20 04/03/08

vlees

86,22

2,3

284,54

14:20 04/03/08 - 18:20 25/03/08

vlees

85,52

2,3

282,20

Tabel 30: elektrisch verbruik en warmteafgifte van enkele diepvriezers

Voor de aanwezige computers aan de kassa’s, in de winkel en de sociale lokalen werd een warmteafgifte van 250 W gerekend. De overige elektrische posten zoals de rolpaden, batterijlaadsystemen enz. zijn minder belangrijk - en minder goed gekend - en worden daarom verder niet meegerekend als interne warmtewinsten. 52

ASHRAE handbook Refrigeration, ASHRAE, 2006

77

2.5.4. Transmissieverliezen 2.5.4.1. Wanden, daken en zwevende vloeren De transmissieverliezen doorheen de wanden, daken en zwevende vloeren worden berekend aan de hand van de overeenkomstige U-waarden en oppervlakken.53

Φ t = U w ⋅ A ⋅ (Ti − Te ) 2.5.4.2. Vloeren op volle grond De transmissieverliezen doorheen het grondmassief worden bepaald door verschillende factoren: •

de driedimensionale geometrie van het gebouw, de funderingsaansluitingen en de bodem

•

de warmtegeleidbaarheid van de grond, afhankelijk van grondsamenstelling en vochtgehalte

•

eventuele grondwaterbewegingen

Een equivalente U-waarde van de vloer en het grondmassief wordt bepaald aan de hand van deze factoren. In het kader van de energieprestatieregelgeving wordt steeds met stationaire verliezen gerekend. Deze methode gaat uit van volgende vastgestelde hypothesen.54 •

warmtegeleidbaarheid van de bodem: λ = 2,0 W/m.K

•

het effect van grondwater wordt verwaarloosd, d.w.z. Gw = 1

53

De U-waarden zijn per wand, dak en vloeropbouw gegeven in het onderdeel 3.1.1 ontwerpgegevens. Voor de exacte berekening van deze U-waarden verwijzen wij naar bijlagen A, B en C. 54

Transmissiereferentiedocument, Regels m.b.t. de berekening van de transmissieverliezen in het kader van de energieprestatieregelgeving, okt 2006, p. 58

78

Een ongeïsoleerde vloer op volle grond bestaat uit een vloerplaat die over zijn volledige oppervlakte in contact is met de grond, en die zich bevindt op dezelfde hoogte als of dichtbij het niveau van het maaiveld. De equivalente U0-waarde van de vloerplaat wordt bepaald aan de hand van de volgende vergelijkingen.

2⋅ A P d t = w + λ ⋅ ( Rsi + R f + Rse )

B' =

U0 =

2⋅λ π ⋅ B' ln( + 1) π ⋅ B'+ d t dt

waarin: A

totale oppervlakte van de vloerplaat

[m²]

P

perimeter van de vloerplaat

Rf

totale warmteweerstand van de vloerplaat, van het binnenoppervlak tot het scheidingsvlak met de grond

[m²K/W]

Rsi, Rse

overgangsweerstanden naar het binnen- en het buitenoppervlak

[m²K/W]

[m]

Vergelijking 12: berekeningsmethode transmissieverliezen van een vloer op de grond

De equivalente U0-waarde van een vloerplaat op volle grond met horizontale randisolatie wordt bepaald aan de hand van de volgende bijkomende vergelijkingen.

Ψe = −

 D  λ D  + 1 ln + 1 − ln π   dt   d t + d '  U = U0 + 2 ⋅

Ψe B'

Vergelijking 13: berekeningsmethode transmissieverliezen van een vloer op de grond met horizontale randisolatie

79

2.5.5. Infiltratieverliezen

Uit de blower-door-test op het Okay filiaal te Stekene bleek dat het huidige bouwsysteem een n50-waarde heeft van 4. Dit komt overeen met een infiltratievoud van 0,2. 55 Aangezien de Colruyt filialen te Gent en Merelbeke gebouwd zijn volgens gelijkaardige bouwprincipes (een wandopbouw met cellenbetonpanelen en daksamenstelling van steeldeck, rotswol en een bitumendichting), mogen we er van uitgaan dat het infiltratievoud bij deze vestigingen van dezelfde grootteorde is.

55

Zie hoofdstuk 2.2.1 Blower-door-test.

80

2.5.6. Ventilatieverliezen 2.5.6.1. Gravitaire stroming door verticale openingen Bij een supermarkt zijn deze ventilatieverliezen van veel groter belang dan bij bijvoorbeeld woningen kantoorbouw, daar worden ze immers verwaarloosd. De lange openingstijden van deuren en sectionaalpoorten door klanten en leveringen, zorgen voor een aanzienlijk aandeel van ongecontroleerde ventilatieverliezen. Deze verliezen verschillen van dag tot dag, maar over het algemeen kunnen de openingstijden gekoppeld worden aan het aantal klanten en leveringen per dag.

Om deze ventilatieverliezen te berekenen maken we gebruik van de berekeningsmethode van gravitaire stroming door verticale openingen.56 Deze methode houdt rekening met de aanwezige thermische trek en gaat uit van het verschil in massadichtheid van lucht aan beide kanten van de opening. Elke kamer wordt als een half oneindig reservoir beschouwd en alle muren worden in evenwicht met de kamertemperatuur verondersteld. Alle luchtstroomlijnen verlopen horizontaal van de ene kamer naar de andere. Op die manier kan de snelheid van de stroming bepaald worden door gebruik te maken van de Bernouilli-vergelijking.

  ρ − ρi V z = 2 ⋅  o   ρo

   ⋅ g ⋅ z   

0.5

Vergelijking 14: horizontale stromingssnelheid

De massastroom onder het neutrale vlak wordt verkregen door de volgende integratie: ZN

m'o , ZN = C d

∫ρ

o

⋅ V z ⋅ W ⋅ dz

o

Vergelijking 15: massastroom onder het neutrale vlak 56

F. ALLARD, Y UTSUMI, Airflow through large openings: Gravitational flows through vertical openings, Energy and Buildings, 1992/18(2), p 133-145

81

De coëfficiënt Cd die gebruikt wordt in vergelijking 15, wordt de ‘discharge coefficient’ genoemd. Deze houdt rekening met de lokale samentrekking van de stroom door de aanwezigheid van de verticale opening. Cd wordt geschat op 0,65 voor rechthoekige openingen.57 Door de directe integratie van vergelijking 15 verkrijgen we de gravitaire massastroom:

m' o , ZN = C d ⋅

W 0.5 ⋅ (8 ⋅ g ⋅ H ³ ⋅ ρ 'i ⋅∆ρ ) 3

ρ 'i =

ρi  ρ 1 +  i   ρ o

  

1/ 3

  

3

Vergelijking 16: massastroom door een verticale opening

De massadichtheden van lucht in de vorige vergelijkingen zijn grotendeels afhankelijk van de temperatuur en de relatieve vochtigheid van de lucht in die ruimte. De volgende vergelijking toont de massadichtheid van vochtige lucht:

ρv =

pd pv + Rd ⋅ T Rv ⋅ T

waarin: pd

= partiële druk van droge lucht

[Pa]

Rd

= specifieke gasconstante van droge lucht: 287,05

pv

= partiële druk van waterdamp

Rv

= specifieke gasconstante van waterdamp: 461,495

[J/(kgK)] [Pa] [J/(kgK)]

Vergelijking 17: massadichtheid van vochtige lucht

57

F. ALLARD, Y UTSUMI, Airflow through large openings: Gravitational flows through vertical openings, Energy and Buildings, 1992/18(2), p 133-145

82

2.5.6.2. Stroming van lucht door winddruk De massastroom die ontstaat door de aanwezige winddrukken is het gevolg van de natuurlijke drukverschillen rond het gebouw. Deze zijn afhankelijk van de aanwezige windsnelheid en richting, het tijdstip in het jaar, de oriëntatie en de omgeving. De meteorologische windgegevens zijn verzameld in een database met op elk uur van het jaar de windsnelheid en richting.58 De lokale windsnelheid kan echter sterk verschillen van de meteorologische windsnelheid, die gemeten wordt in een open terrein op een standaardhoogte van 10 m. Het verschil tussen lokale en meteorologische windsnelheid wordt bepaald door de terreinruwheid volgens:

v v met

 z  = A⋅   10 

n

waarin: v

= windsnelheid

[m/s]

A,n

= omrekeningsfactoren voor de terreinruwheid

z

= lokale gebouwhoogte

[-] [m]

Vergelijking 18: verhouding tussen de lokale en meteorologische windsnelheid

Terreinruwheid

A

n

Blootgesteld (luchthaven, kust)

1.00

0.15

Matig beschut (landelijk, suburbaan)

0.60

0.28

Ster beschut (urbaan gebied)

0.35

0.40

Tabel 31: omrekeningsfactoren voor de terreinruwheid

58

Contam database Brussel, samenvatting van de windsnelheden en richtingen gedurende de laatste 10 jaar in Brussel.

83

De winddruk op een gevel volgt uit de wet van Bernouilli en is evenredig met de stuwdruk in het vrije veld (ongestoorde stroming).59

p = Cp ⋅

ρ ⋅ v² 2

Vergelijking 19: winddruk op een gevel

De evenredigheidsconstante wordt de winddrukcoëfficiënt Cp genoemd. Deze wordt doorgaans experimenteel bepaald in windtunnels, of volgt uit een numerieke stromingsberekening. Vereenvoudigde gegevens hiervan zijn te vinden in specifieke tabellen. Deze geven de verschillende Cp waarden afhankelijk van de omgevingsomstandigheden, de dimensies van het gebouw en de windrichting op het gebouw.60

De luchtstroom die ontstaat door deze drukverschillen kan berekend worden aan de hand van de Bernouilli-vergelijking voor een constante onsamendrukbare luchtstroom.61

Qw = C d ⋅ A ⋅

2 ⋅ ∆p

ρ

Vergelijking 20: luchtstroom door een opening o.i.v. aanwezige drukverschillen

2.5.6.3. Berekenen van de totale ventilatieverliezen door verticale openingen De ventilatieverliezen door de toegangsdeuren en sectionaalpoort verschillen sterk doorheen het jaar. Dit is voornamelijk afhankelijk van de verschillende binnen- en buitentemperaturen en relatieve vochtigheden. Om nu de jaarlijkse ventilatieverliezen te berekenen, bepalen we voor elke opening de maandgemiddelde massastroom. Deze massastroom wordt voor elke maand berekend uit de daggemiddelde temperatuur- en dampdrukverschillen en de aanwezige winddrukverschillen. We maken hier gebruik van daggemiddelden omdat de opening van deuren en 59 60 61

A. JANSSENS, Syllabus Bouwfysische aspecten van gebouwen, faculteit ingenieurswetenschappen, vakgroep architectuur en stedenbouw, 2005-2006,p. 62 Guide to Energy Efficient Ventilation, Appendix 2: Wind Pressure Coefficient Data, Air Infiltration and Ventilation Centre, 1996, p. 239 ASHRAE Handbook, Fundamentals, Hoofdstuk 27.10, 2005

84

poorten vooral tijdens de openingsuren van invloed zal zijn. Deze berekeningsmethode is een vereenvoudiging van de werkelijk situatie, aangezien op elk moment in die maand hetzelfde massadebiet wordt gebruikt. De grootteordes doorheen het jaar worden echter wel gerespecteerd, zodat de fout die hierbij wordt gemaakt vrij klein blijft. De ventilatieverliezen kunnen nu op elk moment van het jaar berekend worden. Deze zijn afhankelijk van de massastromen door thermische trek en winddruk, de soortelijke warmtecapaciteit van lucht en de ogenblikkelijke temperatuursverschillen tussen binnen en buiten.

 Q Φ v = ∫   m'o , ZN + w ρ 

   ⋅ C p ⋅ (Ti − Te )  

Vergelijking 21: totale ventilatieverliezen door verticale openingen

2.5.6.4. Interne ventilatieverliezen In de Colruyt winkel ontstaan interne ventilatieverliezen aan de toegangsdeuren van de gekoelde doorgang. Deze ruimte wordt constant gekoeld tot een temperatuur die varieert van 3 °C tot 7 °C. Buiten de openingsuren worden de openingen afgesloten met een isolerend rolluik, zodat er weinig tot geen luchtuitwisseling mogelijk is. Uit de analyse van het gemeten CO2-verval op een sluitingsdag blijkt dat de infiltratieverliezen van een afgesloten gekoelde doorgang te verwaarlozen zijn.62 Tijdens de openingsuren wordt gebruik gemaakt van rubberen flappen om een betere dichting te bekomen. Het verkeer van personen doorheen deze flappen zorgt voor een bijkomende luchtuitwisseling. Om een beeld te krijgen van de invloed van deze toegangsdeuren op de interne ventilatieverliezen werd een simulatiemodel opgesteld van zo’n gekoelde doorgang waarvan het elektriciteitsverbruik, de bouwfysische gegevens en het gebruiksprofiel gekend zijn. Het gaat om een koelruimte op de grond met afmetingen 21,5 x 9,0 x 3,7 m. De toegang tot deze ruimte is mogelijk door twee openingen van 2 x 2,1 m. De luchtuitwisseling per opening wordt berekend uit de som van de constante luchtverplaatsing doorheen de flappen en de luchtverplaatsing bij verkeer van personen. Beiden worden berekend volgens de basisprincipes van gravitaire stroming. Het aantal personen dat de gekoelde doorgang bezoekt, wordt rechtstreeks afgeleid uit de aanwezigheidscurven. 62

Zie hoofdstuk 2.2.6 CO2-meting.

85

Φ v ,i = ∫ ((A ⋅ m' opening + m' persoon ) ⋅ C p ⋅ (Tw − Tk )) waarin:

A ⋅ m' opening

= gravitair massadebiet van de totale opening met een correctiefactor voor de flappen

[kg/s]

m' persoon

= gravitair massadebiet bij de doorgang van een persoon

[kg/s]

Tw − Tk

= temperatuurverschil tussen de winkel en de gekoelde doorgang

[K]

Vergelijking 22: interne ventilatieverliezen tussen de gekoelde doorgang en de winkel

10000

8000

6000

4000

2000

0 januari

februari

maart

april

mei

juni

werkelijk elektriciteitsverbruik [kWh]

juli

augustus

september

oktober

november

december

gesimuleerd elektriciteitsverbruik [kWh]

Figuur 36: maandelijkse gasverbruiken van de gemeten en de gesimuleerde gekoelde doorgang

86

De correctiefactor A op het massadebiet van de opening, wordt bepaald zodat de maandelijkse gesimuleerde gasverbruiken overeenstemmen met het gemeten verbruik (zie figuur 36). Op die manier werd A geschat op 0,09 per opening. Bij vergelijking van beide verbruiken zien we dat deze doorheen het jaar vrij goed overeenstemmen. In december is het eerder grote verschil waarschijnlijk te wijten aan het grote aantal klanten tijdens de feestdagen.

De gekoelde doorgang van een Okay winkel is anders geconcipieerd. Er is slechts één toegang en deze wordt niet afgeschermd met rubberen flappen. Om de interne ventilatieverliezen te beperken wordt gebruik gemaakt van een warmtegordijn dat boven de opening hangt. Dit warmtegordijn moet de normale stroming door thermische trek reduceren. Het effect van dit principe kan ingeschat worden aan de hand van een tracergastest.63 Daaruit werd het ventilatievoud en het massadebiet bepaald voor deze open gekoelde doorgang. Dit debiet is afhankelijk van het temperatuursverschil tussen de winkel en de gekoelde doorgang en zal dus variëren doorheen het jaar. Onze meting dateert van eind november. Als we de bekomen resultaten uit de tracergastest vergelijken met de berekeningen voor november volgens de methode van gravitaire stroming, bekomen we een reductiefactor van 0,28. Deze factor geeft een idee van het effect van het warmtegordijn. De totale interne warmteverliezen worden gekwanticifeerd door deze reductiefactor toe te passen op de massadebieten, berekend volgens de methode van gravitaire stroming. Op die manier wordt de variatie doorheen het jaar ingerekend in het gemeten massadebiet van de tracergastest.

Φ v ,i = ∫ (A ⋅ m' opening ⋅C p ⋅ (Tw − Tk )) waarin:

A ⋅ m' opening

= gravitair massadebiet van de totale opening met een correctiefactor voor het warmtegordijn

[kg/s]

Vergelijking 23: interne ventilatieverliezen tussen de gekoelde doorgang en de winkel

63

Zie hoofdstuk 2.2.3 Tracergastest.

87

2.5.6.5. Saswerking Om de ventilatieverliezen, zowel intern als met de omgeving, in te perken zal er in latere simulaties gebruik gemaakt worden van saswerking. Dit principe maakt gebruik van een ‘tussenruimte’ om de directe tocht en de luchtuitwisseling te verminderen. Deze kleine ruimte is voorzien van twee toegangen die op een minimale afstand van elkaar staan om directe luchtcirculatie te vermijden. Die minimumafstand is afhankelijk van de hoeveelheid personen die dagelijks het sas zal gebruiken. Zo zal het sas weinig invloed hebben als beide deuren bijna constant open zullen staan.

Figuur 37: overzicht van de winddruk en de gravitaire stromen bij saswerking

De berekeningsmethode van de luchtuitwisseling door een sas is gebaseerd op dezelfde principes van thermische trek en winddruk. We veronderstellen dat de geometrie van het sas en de afstand tussen de deuren zo ontworpen is, dat beide deuren zelden of nooit samen open zullen staan. Op die manier wordt een sas vereenvoudigd tot een systeem van dubbele gravitaire stroming en winddruk enkel aan de buitentoegang. De massadebieten zijn nu enkel afhankelijk van de heersende druk-, temperatuurs- en dampdrukverschillen tussen de

88

omgeving, de sasruimte en de winkel. Hiervan zijn deze van de winkel en de omgeving goed gekend, maar die van de sasruimte niet. Bij de berekening van de maandgemiddelde massadebieten werd uitgegaan van evenwicht tussen beide overgangen om de temperatuur en relatieve vochtigheid van het sas te bepalen. Op die manier zullen deze veeleer overeenkomen met de buiteneigenschappen als er veel winddruk is en eerder naar het gemiddelde neigen bij weinig winddruk. Vervolgens werden deze waarden geperfectioneerd aan de hand van verschillende testsimulaties.

Het berekenen van de massadebieten bij een sas tussen de gekoelde doorgang en de winkel gebeurt volgens een analoge methode. Hierbij zullen er natuurlijk geen drukverschillen ingerekend worden.

2.5.6.6. Dockshelter Er ontstaan grote ventilatieverliezen bij leveringen door het openstaan van de sectionaalpoort aan de transit. Deze kunnen ingeperkt worden door het toepassen van saswerking door middel van een overdekte loskade. Deze grote investering is soms nodig om de akoestische overlast bij nacht aan te pakken. Maar wanneer dit niet nodig is, blijkt deze investering niet rendabel.64 Een goedkopere oplossing is het gebruik van een dockshelter bij het afladen van de vrachtwagen. Bij deze methode wordt een grotere sectionaalpoort gebruikt waar de vrachtwagen enkele meters binnenrijdt. Om een betere dichting te bekomen worden er flappen gehangen voor de restopeningen. Zo worden de winddrukken voor het grootste deel van de openingen afgeschermd. Onder de vrachtwagen kan er echter wel nog wind vrij binnendringen, dan wel met een grotere stromingsweerstand.

De berekeningsmethode van de heersende massadebieten bij het gebruik van een dockshelter gebeurt volgens dezelfde principes van thermische trek en winddruk. Hierbij wordt de correctiefactor van de flappen wel in rekening gebracht. De stromingsweerstand die wordt

64

Zie hoofdstuk 3.3.4 Saswerking: overdekte loskade.

89

opgebouwd onder de vrachtwagen, kan worden ingeschat als de stromingsweerstand van een rechthoekig kanaal dat verschillende openingen heeft aan de zijkant. Deze waarde zal liggen tussen twee extreme waarden: een open oppervlak waar de wind op invalt en een gesloten rechthoekig kanaal.

Figuur 38: overzicht van de werking van een dockshelter

Het massadebiet dat ontstaat door de heersende winddruk op een open oppervlak kan berekend worden aan de hand van de aanwezige drukverschillen buiten en in het gebouw.65 De berekening van het massadebiet door een drukverschil bij een gesloten rechthoekig kanaal wordt berekend volgens vergelijking 24.

65

Berekening volgens methode in hoofstuk 2.5.6.2 Stroming van lucht door winddruk.

90

m' k = A ⋅

∆p ⋅ 2 ⋅ ρ l λ ⋅ +ζ dh

 ε 2,51  = −2 ⋅ log  +  λ  3,7 ⋅ d h Re⋅ λ 

1 waarin: λ

= wrijvingsfactor, wordt op een iteratieve manier bepaald door de Colebrook vergelijking

dh

= hydraulische diameter van het kanaal

ζ

= dynamische verlies coëfficiënt

ε

= materiaalafhankelijke ruwheidfactor

Re

= Reynolds getal, afhankelijk van de snelheid en de viscositeit van de stroming

[-] [m] [-] [m] [-]

Vergelijking 24: massadebiet door een drukverschil bij een gesloten rechthoekig kanaal en de Colebrook-vergelijking

De bekomen massadebieten door een gesloten rechthoekig kanaal variëren tussen 60 en 80% van deze bij een open oppervlak.66 Er kan dus geconcludeerd worden dat de stromingsweerstand maar weinig toeneemt onder de vrachtwagen. Het lijkt dus veiliger om verder te werken met een open oppervlak en de ventilatieverliezen door het dockshelter lichtjes te overschatten.

66

De berekende massadebieten zijn te vinden in bijlage H.

91

2.6.Opstellen van het simulatiemodel

Om een goed beeld te scheppen van de verdeling van de verschillende energieposten werd voor elk van de drie vestigingen een simulatiemodel opgesteld. Aan de hand van deze modellen zullen dan later enkele optimalisatiemaatregelen getest worden. Voor dit simulatiemodel waren de volgende parameters per vestiging goed gekend of eenduidig in te schatten: •

de bouwfysische gegevens en de planmatige opbouw

•

de interne warmtewinsten door personen, verlichting, apparaten

•

de openingstijden van de toegangsdeur en de sectionaalpoort

•

de infiltratieverliezen

•

de zonnewinsten

•

de luchtuitwisseling tussen de winkel en de gekoelde doorgang

Andere parameters zoals de thermische traagheid van de producten in de winkel zijn dan weer moeilijk te voorspellen. Deze onzekere parameters worden dan ingeschat door de resultaten van de simulaties te vergelijken met het gedrag van de werkelijke winkel. Hiervoor staan de verbruiksgegevens van gas en elektriciteit van 2006 en de meetgegevens van de winter- en zomertemperaturen van 2007 en 2008 ter beschikking. Er werden ook enkele extra meetcampagnes uitgevoerd voor het bepalen van de openingstijden en de verbruiksgegevens van de diepvriezers.

Voor het simulatiemodel werd er uitgegaan van de meteorologische data van Ukkel. Deze gegevens komen niet overeen met de werkelijke situatie van 2006. Om het model nu toch te kunnen vergelijken met de verbruiksgegevens van 2006, werd het aantal graaddagen van beide

92

periodes vergeleken. Vervolgens werd de gasfactuur van 2006 aangepast zodat deze overeenkomt met de simulatiegegevens van Ukkel.67 Deze methode is echter niet toepasbaar op de elektriciteitsfactuur van de gekoelde doorgang. De koudevraag is daar immers grotendeels afhankelijk van de ventilatieverliezen naar de winkel. Bovendien is de verdeling tussen de verschillende energieposten niet gekend, enkel het totale maandelijkse verbruik was voorhanden.

In een iteratief proces werd het gemeten gedrag van de winkel vergeleken met het gesimuleerde gedrag, waarbij telkens één of meerdere ongekende parameters werden aangepast. Zo werd een optimale overeenstemming bekomen voor zowel verbruik als temperatuur. De resultaten zijn echter nooit perfect, een simulatie is steeds een synthetische voorstelling van de complexe werkelijkheid.

67

Voor de exacte bepaling van de equivalente gasfactuur zie bijlage I.

93

2.6.1. Colruyt vestiging Gent Het model werd gekalibreerd op de gemeten gas- en elektriciteitsverbruiken van het jaar 2006. De omgerekende totale warmtebehoefte van de winkel en de sociale lokalen is 174,7 MWh, dat wil zeggen 55,7 kWh/ m² per jaar (met een oppervlakte van 3135 m², inclusief sociale lokalen en gekoelde). Met een rendement van 75% voor de verwarmingsinstallatie wordt het jaarlijks gasverbruik dan 233,0 MWh. Figuur 39 toont de vergelijking tussen de werkelijke en de gesimuleerde maandelijkse gasverbruiken. We stellen vast dat de verwarming uitgeschakeld wordt van midden mei tot september. Uit de figuur blijkt dat het gesimuleerde en gemeten verbruik globaal gezien goed overeenstemmen.

55000 50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 januari

februari

maart

april

mei

juni

werkelijke gasverbruiken [kWh]

juli

augustus

september

oktober

november

december

gesimuleerde gasverbruiken [kWh]

Figuur 39: vergelijking van de werkelijke en de gesimuleerde maandelijkse gasverbruiken voor verwarming in Colruyt vestiging te Gent

94

Het totaal elektriciteitsverbruik van de vestiging is 440,0 MWh. Figuur 40 toont het gemeten en gesimuleerd totaal maandelijks elektriciteitsverbruik van de winkel. Het gesimuleerd verbruik werd bekomen door de koudevraag te laten produceren door een systeem met een SPF van 0,85 voor de gekoelde doorgang en 0,75 voor de beenhouwerij.68 De overige verbruiken werden berekend aan de hand van meetresultaten en productinformatie. 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 januari

februari

maart

april

mei

juni

werkelijke elektriciteitsverbruiken [kWh]

juli

augustus

september

oktober

november

december

gesimuleerde elektriciteitsverbruiken [kWh]

Figuur 40: vergelijking van de werkelijke en de gesimuleerde maandelijkse elektriciteitsverbruiken in Colruyt vestiging te Gent

We stellen vast dat de gesimuleerde en gemeten verbruiken in de grote lijnen overeenstemmen. De maandelijkse variatie valt te wijten aan het feit dat het niet mogelijk bleek om de werkelijke elektriciteitsfactuur aan te passen aan de gebruikte meteorologische data. 68

Zie hoofdstuk 2.1.2 Installatietechnische eigenschappen.

95

Figuur 41 toont de gesimuleerde minimum, maximum en gemiddelde dagtemperatuur op iedere dag van het jaar. We concluderen dat deze temperaturen vrij goed overeenkomen met de werkelijke toestand.69


28,00 26,00 24,00 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00

-4,00

-2,00

10,00 0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

24,00

Equivalente buitentemperatuur [°C] Min & Max dagelijkse temperatuur [°C]

gemiddelde dagelijkse temperatuur [°C]

Figuur 41: gesimuleerde minimum, maximum en gemiddelde temperatuur op iedere dag van het jaar in de Colruyt vestiging te Gent

69


96

2.6.2. Colruyt vestiging Merelbeke Het model werd gekalibreerd op de gemeten gas- en elektriciteitsverbruiken van het jaar 2006. De omgerekende totale warmtebehoefte van de winkel en de sociale lokalen is 105,1 MWh, dat wil zeggen 79,1 kWh/m² per jaar (met een oppervlakte van 1328 m², inclusief sociale lokalen en gekoelde doorgang). Met een jaarlijks rendement van 75% van de verwarmingsinstallatie wordt het gasverbruik dan 140,1 MWh. Figuur 42 toont de vergelijking tussen de werkelijke en de gesimuleerde maandelijkse gasverbruiken voor de verwarming. Uit de figuur blijkt dat het gesimuleerde en gemeten verbruik globaal gezien goed overeenstemmen. In april en in december verschilt het werkelijk verbruik wel duidelijk met het gesimuleerde. Mogelijk was er een onregelmatigheid in het gebruik van de verwarming.

27000,00 24000,00 21000,00 18000,00 15000,00 12000,00 9000,00 6000,00 3000,00 0,00 januari

februari

maart

april

mei

juni

werkelijk gasverbruik [kWh]

juli

augustus

september

oktober

november

december

gesimuleerd gasverbruik [kWh]

Figuur 42: vergelijking van de werkelijke en de gesimuleerde maandelijkse gasverbruiken voor verwarming in Colruyt vestiging te Merelbeke

97

Het totaal elektriciteitsverbruik van de vestiging is 169,0 MWh. Figuur 43 toont het gemeten en gesimuleerd totaal maandelijks elektriciteitsverbruik van de winkel. Het gesimuleerd verbruik werd bekomen door de koudevraag van de gekoelde doorgang te laten produceren met een systeem met een SPF van 0,85. De overige verbruiken werden berekend aan de hand van de meetresultaten en productinformatie.

17500

15000

12500

10000

7500

5000

2500

0 januari

februari

maart

april

mei

juni


juli

augustus

september

oktober

november

december


Figuur 43: vergelijking van de werkelijke en de gesimuleerde maandelijkse elektriciteitsverbruiken in Colruyt vestiging te Merelbeke

We stellen vast dat het gesimuleerde en gemeten verbruiken in de grote lijnen overeenstemmen. De maandelijkse variatie is te wijten aan het feit dat het niet mogelijk bleek om de werkelijke elektriciteitsfactuur aan te passen aan de gebruikte meteorologische data.

98



28,00

26,00

24,00

22,00

20,00

18,00

16,00

14,00

12,00

-4,00

-2,00

10,00 0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

24,00



Figuur 44: gesimuleerde minimum, maximum en gemiddelde temperatuur op iedere dag van het jaar in de Colruyt vestiging te Merelbeke

70


99

2.6.3. Okay vestiging Stekene

Het model werd gekalibreerd op de gemeten gasverbruiken van een vergelijkbare vestiging en op de elektriciteitsverbruiken van het jaar 2007. De omgerekende totale warmtebehoefte van de winkel en de sociale lokalen is 62,0 MWh, dat wil zeggen 89,89 kWh/m² per jaar (met een oppervlakte van 690 m², inclusief sociale lokalen en gekoelde doorgang). Met een jaarlijks rendement van 77% van de verwarmingsinstallatie wordt het gasverbruik dan 82,7 MWh. Figuur 45 toont de vergelijking tussen de werkelijke en de gesimuleerde maandelijkse gasverbruiken voor de verwarming. Uit de figuur blijkt dat het gesimuleerde en gemeten verbruik globaal gezien overeenstemmen. In oktober en november verschilt het werkelijk verbruik enigszins van het gesimuleerde. Mogelijk was er een onregelmatigheid in het gebruik van de verwarming. 20000,00 18000,00 16000,00 14000,00 12000,00 10000,00 8000,00 6000,00 4000,00 2000,00 0,00 januari

februari

maart

april

mei

juni

werkelijk gasverbruik [kWh]

juli

augustus

september

oktober

november

december

gesimuleerd gasverbruik [kWh]

Figuur 45: vergelijking van de werkelijke en de gesimuleerde maandelijkse gasverbruiken voor verwarming in Okay vestiging te Stekene

100

Het totaal elektriciteitsverbruik van de vestiging is 144,2 MWh. Figuur 37 toont het gemeten en gesimuleerd maandelijks totaal elektriciteitsverbruik van de winkel. Het gesimuleerd verbruik werd bekomen door de koudevraag van de gekoelde doorgang te laten produceren door een systeem met een SPF van 0,85. De overige verbruiken werden berekend aan de hand van de meetresultaten en productinformatie.

15000,00

12500,00

10000,00

7500,00

5000,00

2500,00

0,00 januari

februari

maart

april

mei

juni


juli

augustus

september

oktober

november

december


Figuur 46: vergelijking van de werkelijke en de gesimuleerde maandelijkse elektriciteitsverbruiken in Okay vestiging te Stekene

We stellen vast dat het gesimuleerde verbruik niet overeenstemt met het gemeten verbruik. In realiteit wordt er jaarlijks zo’n 25 MWh meer verbruikt. Dit komt neer op een ongeveer constant maandelijks tekort van 2,1 MWh bij de simulaties. Deze tekorten situeren zich vooral in de

101

daluren. Het is echter onduidelijk waar deze extra elektriciteitsvraag vandaan komt. De bijkomende maandelijkse variatie valt te wijten aan het feit dat het niet mogelijk bleek om de werkelijke elektriciteitsfactuur aan te passen aan de gebruikte meteorologische data.



28,00 26,00 24,00 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00

-4,00

-2,00

10,00 0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

24,00



Figuur 47: gesimuleerde minimum, maximum en gemiddelde temperatuur op iedere dag van het jaar in de Okay vestiging te Stekene

71


102

2.7.Onderzoeksresultaten Hieronder worden de onderzoeksresultaten die volgen uit het voorgaand voorbereidend onderzoek per vestiging weergegeven. Hierbij wordt een beeld gegeven van de isolatiegraad en de energieverdeling. Er wordt telkens met behulp van de EPB software gekeken of er voldaan is aan de regelgeving en wat de mogelijke gevolgen zijn indien dit niet zo is. Uit de verschillende meetcampagnes volgt bovendien een beknopte comfortanalyse.

2.7.1. Colruyt vestiging te Gent De belangrijkste geometrische en thermische eigenschappen van de Colruyt vestiging te Gent zijn samengevat in tabel 32.

gebouwcompactheid

2,07 m

warmteverliesopp. v/d gevels

1175 W/K

warmteverliesopp. v/d vloeren

2366 W/K

warmteverliesopp. v/d daken

975 W/K

totale koudebruglengte

63,3 m

Tabel 32: geometrische en thermische eigenschappen van de Colruyt vestiging te Gent

Ondanks de mindere U-waarden van de wanden (0,93 W/m²K) en van de vloer (0,78 W/m²K) heeft het gebouw alsnog een K-peil van K58. Dit is vooral te danken aan de goede isolatiegraad van het dak en de grote compactheid van het gebouw. Om te voldoen aan de EPB-eis voor de U-waarde van 0,6 W/m²K zal de wandopbouw moeten uitgebreid worden van 15 cm cellenbeton naar 25 cm. Ook de vloer opbouw moet aangepast worden. Om een U-waarde van 0,6 W/m²K te bekomen, moet de isolatie daar minimaal 5 cm, in plaats van de huidige 3 cm, EPS

103

bedragen. Het minimaal vereist ventilatiedebiet voor de winkelruimte en sociale lokalen bedraagt 6402 m³/h. In de huidige toestand zou volgens de EPB regelgeving een boete moeten betaald worden van 54.234 € voor het niet bereiken van de vereiste isolatiegraad van K45. Het overschrijden van de maximum U-waarden zou een boete opleveren van 57.345 €. Het ontbreken van een gecontroleerd ventilatiesysteem zorgt dan weer voor een boete van 51.214 €.72

Uit het huidig gebruiksprofiel, de installatie en de aanwezige elektrische apparaten wordt het E-peil van E123 bepaald. Deze waarde is louter indicatief, want vanuit de EPB-regelgeving wordt er geen E-peil eis opgelegd. De overeenkomende CO2-uitstoot wordt geschat op 363 ton/jaar.

52% 16%

4% 9% 19%

verwarming [16%]

KVI [52%]

verlichting [19%]

sanitair warmwater [9%]

overig [4%]

Figuur 48: verdeling van het totaal primair energieverbruik in de Colruyt vestiging te Gent

Figuur 48 toont de verdeling van het totaal primair energieverbruik, waarbij het gasverbruik in het oranje is aangeduid en het elektriciteitsverbruik in het grijs. De verdeling van het primair energieverbruik is quasi gelijk van de verdeling van de jaarlijkse verbruikskosten. 72

De indicatieve boetes werden berekend met behulp van de EPB software.

104

Het valt op dat de verwarming slechts een klein deel van het totaal energieverbruik bedraagt. Daartegenover staat dat de koelen vriesinstallatie (KVI) meer dan de helft van het primair energieverbruik inneemt.

29%

6% 5%

51%

15%

11%

27%

18%

22%

16%

transmissie [51%]

infiltratie [16%]

externe ventilatie [27%]

interne ventilatie [6%]

Figuur 49: verdeling van de warmteverliezen tijdens een wintermaand

VKC [29%]

BH [15%]

diepvries [18%]

verlichting [22%]

warm water [11%]

overig [5%]

Figuur 50: verdeling van de jaarlijkse elektriciteitsverbruiken

Figuur 49 toont de verdeling van de warmteverliezen tijdens de wintermaanden. We constateren dat slechts de helft van deze warmteverliezen wordt veroorzaakt door transmissie, de andere helft door ongecontroleerde ventilatie en infiltratie. Door de toegangsdeuren en de sectionaalpoort gaat er ongeveer 27% van de totale warmte verloren. Figuur 50 toont de verdeling van de jaarlijkse elektriciteitsverbruiken in de winkel. Het overgrote deel wordt ingenomen door de koelen vriesinstallatie, meer bepaald de gekoelde doorgang (VKC), de beenhouwerij (BH) en de diepvriezen. Deze percentages liggen in dezelfde lijn als de algemene verdeling van een supermarkt.73

73

Zie hoofdstuk 1.2 Algemeen energieverbruik van supermarkten.

105

In figuur 51 worden de tijdens de zomer gemeten binnentemperaturen van de Colruyt vestiging te Gent, en de overeenkomstige equivalente


buitentemperatuur, vergeleken met de ATG richtlijnen voor een supermarkt.

28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 10

12

14

16


18

20

22 24 Equivalente buitentemperatuur [°C]


Figuur 51: comfortzone met 80% thermische acceptatie van de binnentemperatuur aan de kassa van de Colruyt vestiging te Gent

We concluderen dat er tijdens de zomermaanden grote discomforten zijn in de winkel vanaf een equivalente buitentemperatuur van 18 °C. De bevindingen uit deze grafiek volgen de comfortappreciatie van de klanten, de werknemers en de gerant volledig.

106

2.7.2. Colruyt vestiging te Merelbeke De belangrijkste geometrische en thermische eigenschappen van de Colruyt vestiging te Merelbeke zijn samengevat in tabel 33.

gebouwcompactheid

1,97 m


758 W/K


484 W/K


408 W/K


0m

Tabel 33: geometrische en thermische eigenschappen van de Colruyt vestiging te Merelbeke

Dit gebouw heeft een K-peil van K39 en is daarmee de best geïsoleerde vestiging van de drie. Dit is vooral te danken aan de goede isolatiegraad van het dak, de grote compactheid van het gebouw en het ontbreken van koudebruggen in de wanden. Om te voldoen aan de EPB-eis voor de U-waarde van 0,6 W/m²K zal de wandopbouw plaatselijk moeten uitgebreid worden van 15 cm cellenbeton naar 25 cm. Het vereist ventilatiedebiet voor de winkelruimte en sociale lokalen bedraagt 2890 m³/h.

In de huidige toestand zou volgens de EPB regelgeving een boete moeten betaald worden van 5.378 € voor het overschrijden van de maximum U-waarden. Het ontbreken van een gecontroleerd ventilatiesysteem zorgt voor een boete van 21.120 €. 74 Aangezien het K-peil onder de vereiste K45 ligt, bestaat hiervoor uiteraard geen indicatieve boete.

74


107

Uit het huidig gebruiksprofiel, de installatie en de aanwezige elektrische apparaten wordt een E-peil van E134 bepaald. De overeenkomstige CO2-uitstoot wordt geschat op 147 ton/jaar.

Figuur 52 toont de verdeling van het totaal primair energieverbruik, waarbij het gasverbruik in het oranje is aangeduid en het elektriciteitsverbruik in het grijs. Het valt op dat de verwarming en de verlichting slechts een vierde van het totaal energieverbruik bedragen. De koelen vriesinstallatie is nog steeds goed voor bijna de helft van het primair energieverbruik, hoewel de vestiging in Merelbeke niet over een eigen – gekoelde – beenhouwerij beschikt.

24% 45%

5%

26%

verwarming [24%]

KVI [45%]

verlichting [26%]

overig [5%]

Figuur 52: verdeling van het totaal primair energieverbruik in de Colruyt vestiging te Merelbeke

Figuur 53 toont de verdeling van de warmteverliezen tijdens de wintermaanden. We constateren dat ook hier slechts een derde van deze warmteverliezen wordt veroorzaakt door transmissie. Door de toegangsdeuren en de sectionaalpoort gaat er ongeveer 43% van de totale

108

warmte verloren, dit is 16% meer in de vestiging in Gent. De belangrijkste redenen hiervoor zijn het gebruik van een overdekte loskade voor de leveringen en de quasi-saswerking aan de inkom van de winkel in Gent.

33%

44%

8% 7%

16% 34%

43%

transmissie [33%]

infiltratie [16%]




Gekoelde doorgang [44%]

15%

diepvries [15%]

verlichting [34%]

overig [7%]


Figuur 54 toont de verdeling van de jaarlijkse elektriciteitsverbruiken in de winkel. Het overgrote deel wordt ingenomen door de koelen vriesinstallatie, meer bepaald de gekoelde doorgang en de diepvriezen. Buiten het feit dat er geen beenhouwerij is in het filaal in Merelbeke, leunen deze resultaten nauw aan bij deze van Gent.

109

In figuur 55 worden de tijdens de zomer gemeten binnentemperaturen van de Colruyt vestiging te Merelbeke, en de overeenkomstige


equivalente buitentemperatuur, vergeleken met de ATG richtlijnen voor een supermarkt.

28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 10

12

14

16

18

20

22

24

Equivalente buitentemperatuur [°C]



Figuur 55: comfortzone met 80% thermische acceptatie van de binnentemperatuur aan de kassa van de Colruyt vestiging te Merelbeke

We concluderen dat er tijdens de zomermaanden nooit sprake mag zijn van discomfort in de winkel. De bevindingen uit deze grafiek ondersteunen de comfortervaringen van de klanten, de werknemers en de gerant.

110

2.7.3. Okay vestiging te Stekene De belangrijkste geometrische en thermische eigenschappen van de Okay vestiging in Stekene zijn samengevat in tabel 34.

gebouwcompactheid

1,67 m


542 W/m


299 W/m


222 W/m


73,6 m

Tabel 34: geometrische en thermische eigenschappen van de Okay vestiging te Stekene

Dit K-peil van dit filiaal is K68 en wordt zo de slechtst geïsoleerde vestiging van de drie. Dit is vooral te wijten aan de vele koudebruggen en het gebruik van een betonnen plint over de volledige perimeter van het gebouw. De homogene U-waarde van de ongeïsoleerde vloer voldoet nog net voor de EPB-eis van 0,4 W/m²K. De wandopbouw zal plaatselijk moeten uitgebreid worden van 15 cm cellenbeton naar 25 cm om een Uwaarde te halen van 0,6 W/m²K. Het vereist ventilatiedebiet voor de winkelruimte en sociale lokalen bedraagt 1742 m³/h.

In de huidige toestand zou er volgens de EPB regelgeving een boete moeten betaald worden van 22.498 € voor het niet bereiken van de vereiste isolatiegraad van K45. Het overschrijden van de maximale U-waarden zou beboet worden met een bedrag van 7.607 €. Het ontbreken van een gecontroleerd ventilatiesysteem zorgt op zijn beurt voor een boete van 10.383 €.75

75


111

Uit het huidig gebruiksprofiel, de installatie en de aanwezige elektrische apparaten wordt een E-peil van maar liefst E173 bepaald. Deze waarde is echter louter indicatief. De overeenkomstige CO2-uitstoot wordt geschat op 116 ton/jaar.

Figuur 56 toont de verdeling van het totaal primair energieverbruik, waarbij het gasverbruik in het oranje is aangeduid en het elektriciteitsverbruik in het grijs. Het valt op dat de koelen vriesinstallatie een zeer groot deel van het primair energieverbruik inneemt, hoewel er toch geen beenhouwerij aanwezig is. Dit ligt vooral aan het feit dat de opening van de gekoelde doorgang niet voorzien is van een ‘flappengordijn’. De overige apparaten nemen in een Okay een groter aandeel van het energieverbruik op zich dan in een Colruyt. Dit ligt vooral aan het gebruik van een broodoven.

20% 54%

11%

15%

verwarming [20%]

KVI [54%]

verlichting [15%]

overig [11%]

Figuur 56: verdeling van het totaal primair energieverbruik in de Okay vestiging te Stekene

Figuur 57 geeft de verdeling van de warmteverliezen tijdens de wintermaanden weer. We constateren dat toch 40% van deze warmteverliezen wordt veroorzaakt door transmissie. Dit is relatief veel in vergelijking met de andere testfilialen. Het K-peil is dan ook veel hoger voor de Okay

112

in Stekene. Door de toegangsdeuren en de sectionaalpoort gaat er ongeveer 32% van de totale warmte verloren. De luchtuitwisseling tussen de winkel en de koelruimte is verantwoordelijk voor 16% van de warmteverliezen. Dit is meer dan het dubbele dan bij de Colruyt vestigingen te Gent en Merelbeke, omdat de koelruimte veel minder energetisch geconcipieerd is.

40%

53%

16% 13%

12%

32%

19% 15%

transmissie [40%]

infiltratie [12%]




Gekoelde doorgang [53%]

diepvries [15%]

verlichting [19%]

overig [13%]


Figuur 58 toont de verdeling van de jaarlijkse elektriciteitsverbruiken in de winkel. Het overgrote deel wordt ingenomen door de koelen vriesinstallatie, meer bepaald de gekoelde doorgang en de diepvriezen. Deze percentages wijken lichtjes of van de onderzoeksresulaten van de bestudeerde Colruyt vestigingen, maar liggen nog steeds in de lijn van de algemene verdeling van een supermarkt.76

76

Zie hoofdstuk 1.2 Algemeen energieverbruik van supermarkten.

113

In de figuur 59 worden de tijdens de zomer gemeten binnentemperaturen van de Okay vestiging te Stekene, samen met de overeenkomstige equivalente buitentemperatuur, vergeleken met de ATG richtlijnen voor een supermarkt.


28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 10

12

14

16

18

20

22

24

Equivalente buitentemperatuur [°C] Min. & max. dagelijkse binnentemperatuur [°C]


Figuur 59: comfortzone met 80% thermische acceptatie van de binnentemperatuur aan de kassa van de Okay vestiging te Stekene

We concluderen dat er tijdens de zomermaanden weinig tot geen sprake is van discomfort in de winkel. De bevindingen uit deze grafiek komen overeen met de comfortervaringen van de klanten, de werknemers en de gerant.

114

3. Optimalisatie 3.1.Methodologie

Nu de gemiddelde verbruiken per energiepost gekend zijn en de grootste verliesposten gelokaliseerd kunnen worden, kunnen we doelgericht conceptverbeteringen voorstellen. Om de invloed van de verschillende veranderingen objectief ten opzichte van elkaar te kunnen evalueren, passen we deze verandering steeds toe op een ‘basisreferentiewinkel’. Het gaat hier om een winkel gebaseerd op het programma van een concreet winkel te bouwen op een site in Leuven. Deze referentiewinkel hebben we ontworpen volgens de huidige Colruyt ontwerpnormen, met analoog materiaalgebruik en dus analoge U-waarden. Omdat Colruyt vandaag de dag, wegens plaatsgebrek, zowel winkels op de grond als winkels op palen bouwt, hebben wij ook geopteerd voor twee verschillende ‘basisreferentiewinkels’; één op palen en één op de grond. Voor de meeste conceptverbeteringen is de efficiëntie voor beide vergelijkbaar, voor sommigen echter niet omdat of het energetische effect van de verandering anders is of de kostprijs sterk varieert.

115

3.2.Referentiewinkel 3.2.1. Programma

Als basisreferentiewinkel hebben we, in het licht van het ontwerp dat finaal in deze thesis gepresenteerd zal worden, een winkel ontworpen die standaard aan dezelfde grootteordes, oriëntatie en randvoorwaarden voldoet. Het vooropgestelde programma van de winkel en de sociale lokalen wordt samen met de bijbehorende oppervlakten en vereiste vrije hoogtes samengevat in tabel 35 en 36.

netto verkoopsopp.

beenhouwerij toog

beenhouwerij werkruimte

beenhouwerij frigo

gekoelde doorgang

transit

transit transit checkout checkout leeggoed stockfrigo leeggoed

A

800 m²

45 m²

15 m²

12 m²

80 m²

130 m²

60 m²

7 m²

80 m²

35 m²

h

4,5 m

2,5 m

3m

2,5 m

3m

2,5 m

2,2 m

3m

3,7 m

3,7 m

Tabel 35: het vooropgestelde programma van de winkel

refter sociale lokalen

bureau sociale lokalen

telbureau kleedkamers sociale lokalen

2 WC’s

A

24 m²

9 m²

4 m²

16 m²

4 m²

h

2,5 m

2,5 m

2,5 m

2,5 m

2,5 m

Tabel 36: het vooropgestelde programma van de sociale lokalen

Samen met de circulatieruimten en de technische ruimten komt dit neer op een bruto grondoppervlakte van 1230 m². De sociale lokalen zijn gesitueerd op de verdieping met een bruto oppervlakte van 93 m².

116

3.2.2. Plannen

Figuur 60: grondplan van de referentiewinkel op de grond, schaal 1/250

117

Figuur 61: grondplan van de referentiewinkel op palen, schaal 1/400

118

3.2.3. Simulatiemodel van de referentiewinkel

Figuur 60 en 61 geven het basisontwerp van respectievelijk de referentiewinkel op palen en de referentiewinkel op de grond weer. Ontwerpmatig liggen de grootste verschillen aan de inkom en sectionaalpoort, namelijk de twee toegangen die al dan niet op niveau liggen en waarbij voor de winkel op palen dus respectievelijk een rolvlak en een hellende loskade voorzien zijn.

Bouwfysisch is het grootste verschil dat men bij de winkel op de grond kan rekenen op het neutraliserende effect van de grond. De grond kan gezien worden als een buffer die het gebouw van een zekere traagheid voorziet. Op die manier zal een winkel op de grond over het algemeen koeler zijn, waardoor er in de zomer minder comfortproblemen zullen optreden. Het effect hiervan zal duidelijk te zien zijn in de individuele simulatiemodellen.

Bij een winkel op palen kom je binnen via een rolpad naar de ingang die op het verdiep ligt. Door deze manier van binnenkomen worden de directe winddrukken in die mate afgezwakt dat deze hier niet in rekening worden gebracht. De ventilatieverliezen via de toegangsdeur zullen dus opmerkelijk kleiner zijn voor een winkel op palen.

De simulatiemodellen van de referentiewinkel op palen en op de grond worden opgesteld volgens dezelfde moduleerprincipes als de modellen van de Colruyt vestigingen te Gent en Merelbeke. De interne warmtewinsten worden waar nodig aangepast aan de hand van de totale oppervlakte van de winkels. De dagelijkse bezoekersaantallen zijn gebaseerd op een prognose van het specifieke aantal klanten, waarop Colruyt mikt voor die vestiging in Leuven.

119

3.3.Conceptverbeteringen 3.3.1. Evaluatieparameters Om het concrete effect van verschillende maatregelen ten opzichte van de basisreferentiewinkels te kennen, hebben we een reeks van relevante parameters gedefinieerd die voor elke mogelijke verbetering geëvalueerd wordt. Zo kunnen alle varianten objectief met elkaar vergeleken worden op vlak van ecologische en economische efficiëntie. Hieronder worden de verschillende parameters gedefinieerd en wordt kort geduid hoe we de waarde ervan – in de meeste gevallen – bepaald hebben. •

De jaarlijkse warmtebehoefte φh is een maat voor de totale warmtevraag van de supermarkt per eenheid van oppervlakte. Een verandering van een van de componenten van de warmtebalans heeft meteen ook een verandering van de warmtebehoefte tot gevolg. De numerieke waarde van de warmtebehoefte volgt rechtstreeks uit de TRANSYS simulaties.

•

[kWh/m²]

Het jaarlijkse gasverbruik Eh wordt berekend vanuit de jaarlijkse warmtebehoefte. Afhankelijk van het rendement van de warmteopwekking leunt deze waarde al dan niet zeer dicht aan bij de warmtebehoefte. Hoe hoger het rendement, hoe kleiner de verliezen tijdens de warmteopwekking, dus hoe dichter het werkelijke gasverbruik bij de warmtevraag ligt. Concreet is het jaarlijks gasverbruik gelijk aan de totale jaarlijkse warmtebehoefte gedeeld door het rendement. Het rendement van de warmteproductie in de basisreferentiewinkel wordt op 0,75 genomen.77 Bij varianten met installatietechnische conceptverbeteringen kan deze waarde natuurlijk variëren.

[MWh]

Eh =

φ h ⋅ Atot η

Vergelijking 25: jaarlijks gasverbruik 77

Zie hoofdstuk 2.1.2 Installatietechnische eigenschappen.

120

•

Het relatief gasverbruik Eh,rel is een maat voor de verandering van het jaarlijkse gasverbruik ten opzichte van de referentiewinkel. We definiëren een negatieve waarde als een vermindering en een positieve waarde als een stijging van het gasverbruik. Een negatieve waarde duidt dus op een meer energetisch verantwoorde variant.

[MWh]

E h, rel = E h − E h , 0 Vergelijking 26: relatief jaarlijks gasverbruik

De referentiewinkel kan variëren per onderzochte maatregel. Bij het onderzoek van de isolatiegraad, wordt steeds vergeleken met de basiswinkel, die geconcipeerd is volgens het huidige bouwprincipe. Bij de andere onderzoeksvelden wordt de rendabiliteit steeds relatief ten opzichte van de verschillende isolatiegraden geanalyseerd. In het hoofdstuk ventilatie wordt bovendien eerst de energiebalans van een eenvoudig ventilatiesysteem met vast debiet bekeken. Meer energetische aanpassingen daaraan, worden steeds relatief ten aanzien van de basisventilatie geëvalueerd. Er wordt steeds duidelijk vermeld ten opzichte van welke referentiewinkel een variant geanalyseerd wordt.

•

Het jaarlijks elektriciteitsverbuik Eelek is gelijk aan de totale hoeveelheid elektrische energie, die de winkel gedurende een jaar nodig heeft. Welke de verschillende verbruiksposten zijn, die gesommeerd dienen te worden, kan men eenvoudig aflezen uit de diagrammen van het totale elektrische verbruik.78 Enerzijds wordt er natuurlijk voornamelijk naar gestreefd de bestaande verbruiksposten in te perken of waar mogelijk te schrappen - bijvoorbeeld de elektrische boiler. Anderzijds komen in vergelijking met de huidige toestand bij sommige varianten extra verliesposten naar voor. Nieuwe verbruiksposten die kunnen voorkomen, zijn bijvoorbeeld de ventilator en de warmtepomp. De verbruiken van koudeproductie voor gekoelde doorgang en beenhouwerij volgen uit de gesimuleerde koudebehoeften. De verbruiken van verlichting, warm water en overige toestellen worden aan de hand van gekende verbruiken per m² of per l ingeschat.

78

[MWh]

Zie hoofdstuk 2.7 Onderzoeksresultaten.

121

•

Het relatief elektriciteitsverbruik Eelek,rel geeft net zoals het relatief gasverbruik een idee van de verandering van het elektriciteitsverbruik ten opzichte van de referentiewinkel.

[MWh]

E elek ,rel = E elek − E elek , 0 Vergelijking 27: relatief jaarlijks elektriciteitsverbruik

•

Het jaarlijks primair energieverbruik E is een maat voor de totaal verbruikte bronenergie. Er zijn vier verschillende, veel voorkomende primaire energiebronnen: aardgas, stookolie, hout en kolen. Elektriciteit is geen primaire energiebron, want elektrische energie wordt in een elektriciteitscentrale opgewekt met behulp van fossiele brandstoffen. Het rendement van dit opwekkingsproces bedraagt slechts 60%. Om een duidelijk beeld te geven van de totaal verbruikte bronenergie, worden alle verschillende energieposten omgerekend naar hun equivalent aardgasverbruik. In onze theoretische supermarkt komt enkel energie toe in de vorm van aardgas of van elektriciteit. Bij de omrekening naar primaire energie wordt de hoeveelheid aardgas vermenigvuldigd met factor 0,9 en de hoeveelheid elektriciteit met 2,579. Aardgas is dus duidelijk een veel efficiëntere energiebron dan elektriciteit.

[MWh]

E = 0,9 ⋅ E h − 2,5 ⋅ Eelek Vergelijking 28: primair energieverbruik

•

De totale meerinvestering is de som van alle extra kosten die al dan niet nodig zijn om de voorgestelde variant nieuw te bouwen. Deze waarde houdt dus niet enkel de nieuwe kosten in, maar ook de eventueel verdwenen investering. Deze wordt als negatieve term in rekening gebracht. De meerinvestering is altijd de relatieve meerkost ten aanzien van de basisreferentiewinkel. De concrete prijzen van de verschillende voorgestelde alternatieve bouwwijzen en installatietechnieken hebben we samengesteld aan de hand van gegevens uit

79

Zie http://www.energiesparen.be/beleid/energieplanning/faq2.php#tg_primsec.

122

diverse bronnen. Waaronder de voornaamste de basisbibliotheken van de Bouwunie, verschillende meetstaten van bestaande Colruyt filialen en productinformatie van specifieke fabrikanten zijn. In alle meerinvesteringen zitten zowel de matriaalkost als de extra manuren begrepen. De prijzen zijn steeds exclusief BTW.

•

[€]

De jaarlijkse energiebesparing is een maat voor de verandering van de totale jaarlijkse energiekost. Door de voorgestelde maatregel zal het jaarlijkse energieverbruik stijgen of – meest wenselijk – dalen. De energiebesparing is dus het verschil tussen de jaarlijkse energiekost van de variant en die van de referentiewinkel. We definiëren hier een positieve waarde als een prijsstijging. Een prijsstijging daarentegen wordt weergegeven als een negatieve waarde.

[€]

Voor de berekening van de jaarlijkse kost hebben wij ons gebaseerd op de algemene economische parameters, zoals ze in Tabel 37 weergegeven zijn.

elektriciteit

aardgas

eenheidsprijs normale uren [€/MWh]

13080

33

eenheidsprijs stille uren [€/MWh]

8279

33

jaarlijkse prijsstijging [%]

3,181

3,180

Tabel 37: algemene economische parameters van elektriciteit en aardgas

80

Dit zijn de eenheidsprijzen voor een supermarkt met eigen hoogspanningscabine. Aan middenspanningstarief stijgt de eenheidsprijs tot 170€/MWh voor normale en tot 116€/MWh voor stille uren. Men kan er echter in de regel vanuit gaan dat de bouw van een supermarkt gepaard gaat met de oprichting van een eigen hoogspanningscabine. Zo heeft bijvoorbeeld zelfs de relatief kleine Okay in Stekene een jaarlijks elektriciteitsverbruik van 144,6 MWh en dus ook een eigen hoogspanningscabine. 81 EU(2006), ‘European energy and transport. Scenarios on high oil and gas prices’, September 2006

123

•

De interne opbrengstvoet (Internal Rate of Return). Omdat de onderlinge concurrentie tussen supermarktketens zeer groot is, is de kostenefficiëntie van een conceptverbetering eigenlijk het belangrijkste evaluatiecriterium. Aan de hand van de interne opbrengstvoet, of kortweg IRR, kan de netto opbrengst van verschillende maatregelen in een economische context worden geëvalueerd. Concreet is de IRR de opbrengstvoet waarbij een evenwicht tussen kosten en baten ontstaat. Dus hoe hoger de IRR, hoe rendabeler de verandering zal zijn, dus hoe veiliger de investering wordt.

[%]

De numerieke berekening van de IRR volgt uit de definitie van de netto contante waarde of NPV (Net Present Value). De NPV is de som van de actuele waarde van huidige én toekomstige kosten en baten. Daarbij worden de kosten negatief en de winsten positief in rekening gebracht. Een maatregel is dus winstgevend als de NPV groter dan nul is.

NPV = − I 0 − ∑

n I ⋅ (1 + ri ) i ∆K E ⋅ (1 + rE ) i + ∑ (1 + ai + a d ) i i =1 (1 + ai + a d ) i

waarin: I0, I

= initiële meerinvestering en eventuele herinvestering

[€]

∆KE

= som van de jaarlijkse besparingen

[€]

r i, r e

= stijging van de materiaalkost en de energieprijs

[%]

ai, ad

= inflatie en discontovoet

[%] Vergelijking 29: Net Present Value

De IRR is gelijk aan de opbrengstvoet waarvoor de kosten en baten in evenwicht zijn. Of dus de discontovoet waarvoor de NPV gelijk aan nul wordt. Daaruit volgt dat de waarde van de IRR afhankelijk is van de inflatie en de energieprijsstijging. Dit zijn zeer onzekere economische parameters, die bepaald worden door de toekomstige conjunctuur en de energievoorraad. Om de variatie van de IRR in kaart te brengen, hebben we voor één bepaalde maatregel volgens zes verschillende toekomstscenario’s gerekend. Zowel voor matige,

124

als voor hoge energieprijsstijgingen zijn er drie verschillende conjuncturen getest. Concreet werd gerekend met 3,1% voor een matige energieprijsstijging en 4,3% voor een extreme.82 De inflatie werd op 4% genomen voor laagconjunctuur, 2% voor middenconjunctuur en 1% voor hoogconjunctuur.83 Als concreet te testen maatregel werd voor de bouw van een sas aan de gekoelde doorgang gekozen. Tabel 38 vat de resultaten van de verschillende toekomstscenario’s samen. De IRR werd berekend met behulp van Excell. inflatie

energieprijsstijging

IRR

laagconjunctuur matig

4%

3,1%

34%

laagconjunctuur extreem

4%

4,3%

35%

middenconjunctuur matig

2%

3,1%

36%

middenconjunctuur extreem

2%

4,3%

37%

hoogconjunctuur matig

1%

3,1%

37%

hoogconjunctuur extreem

1%

4,3%

38%

Tabel 38: samenvatting van de berekende IRR’s van éénzelfde maatregel bij verschillende toekomstscenario’s

Volgens de meest pessimistische economische vooruitzichten zou de IRR dus 34 of 35% zijn, afhankelijk van hoe snel de energieprijzen stijgen. Hoe sneller de energieprijzen stijgen, hoe groter de energiebesparingen worden, dus hoe rendabeler de maatregelen. Als men dan rekent met het meest optimistische toekomstscenario ligt de waarde van de IRR zo’n 3% hoger. Om een éénduidige evaluatie te kunnen maken, werken wij slechts met één IRR. Daarbij zijn wij uitgegaan van de meest realistische visie, die een gemiddelde waarde geeft tussen alle mogelijke toekomstscenario’s. Er wordt dan gerekend met een inflatie van 2% en een energieprijsstijging van 3,1%. De absolute waarden van de IRR’s van de geteste maatregelen moeten dus steeds relatief ten 82 83

EU(2006), ‘European energy and transport. Scenarios on high oil and gas prices’, September 2006. Deze richtwaarden werden overgenomen uit de economische analyses en vooruitzichten van het Federaal Planbureau, zie www.plan.be.

125

opzichte van de heersende economische toestand gelezen worden. De vergelijking van de verschillende maatregelen onderling is echter onafhankelijk van de economische situatie. Concreet wordt de IRR berekend op basis van de meerinvestering en de verdisconteerde jaarlijkse energiekosten. De IRR wordt ook steeds relatief ten opzichte van een referentiewinkel berekend, om na te gaan in welke situatie een maatregel het best zou renderen. Voor de berekening van de IRR wordt dus niet de totale meerinvestering noch de totale kostenbesparing gebruikt, maar de investering en de besparing relatief ten opzichte van de referentiewinkel. Vanuit Colruyt wordt normaal gezien voor elke investering een IRR van 12% geëist. Voor ecologische investeringen is echter een IRR tot 8% toegelaten. Hierbij dient wel opgemerkt te worden dat subsidies en premies niet bij de winsten ingerekend mogen worden, omdat deze niet constant en dus niet betrouwbaar zijn op lange én korte termijn.

•

De jaarlijkse CO2-uitstoot is een duidelijke maat voor de ecologische voetafdruk van het gebouw. Deze uitstoot kan men rechtstreeks vanuit het jaarlijkse gas- en elektriciteitsverbruik berekenen. Voor elektriciteit wordt gerekend met een CO2-factor van 705,6kg/MWh, voor aardgas slechts met 201,6kg/MWh.84

[ton]

De wereldmarktprijs van CO2 bedraagt momenteel 20€/ton. Uit onze simulatiewaarden zal dan ook al snel blijken dat het voor een bedrijf dat CO2-neutraal wil worden, goedkoper is eenvoudigweg aflaten te kopen dan een zelf ecologische investering te doen.

•

Het aantal uren discomfort geeft een duidelijk beeld van de comfortappreciatie van de klanten en werknemers in de winkelruimte. Het concrete aantal wordt berekend door rechtstreekse toepassing van de aangepaste ATG richtlijnen voor supermarkten op de simulatieresultaten.85 Hierbij worden de uren discomfort na sluitingstijd en op zondag niet meegerekend.

84 85

[h]

De gebruikte CO2-factoren zijn de waarden waar in de EPB-sofware ook mee wordt gerekend. Zie hoofdstuk 2.4 Comfort binnenklimaat.

126

3.3.2. Isolatiegraad

De meest voordehandliggende aanpassing is de verbetering van de isolatiegraad van de basisreferentiewinkel. Om hiervan de effecten goed te kunnen evalueren, hebben we eerst van elk schildeel afzonderderlijk – wand, vloer en dak – de U-waarde verbeterd en daarna enkele triviale combinaties gesimuleerd. 3.3.2.1. Aanpassingen aan de wandopbouw Zowel de basisreferentiewinkel op volle grond als deze op palen hebben een wandopbouw in horizontale cellenbetonpanelen, met een dikte van 15 cm. Dit levert een U-waarde van 0,91 W/m²K op. Ter hoogte van de verticale aansluiting van de verschillende panelen wordt gerekend met de aanwezige lineaire koudebruggen. Deze zijn van dezelfde grootteorde als in de bestaande filialen en hun ψ-waarde wordt dus op 0,715 W/mK genomen.86 EPB eist voor wanden een U-waarde van 0,60 W/m²K of lager. Die norm kan eenvoudig gehaald worden door dikkere cellenbetonpanelen te gebruiken. Gevelpanelen met een dikte van 25cm geven immers een U-waarde van 0,58 W/m²K. De regelgeving beperkt zich enkel tot de normering van alle afzonderlijke U-waarden en het globale K-peil van het gebouw. In verband met koudebruggen legt EPB geen enkele eis op. Om na te gaan of een verbetering van de U-waarde, zonder de koudebruggen aan te pakken, wel genoeg effect heeft, werd de winkel zowel met als zonder koudebruggen gesimuleerd.

Een U-waarde van 0,60 W/m²K is vandaag de wettelijk eis, maar de bouwindustrie biedt reeds veel thermisch performantere bouwsystemen en materialen aan. Daaronder zijn sandwichpanelen het meest belovende en betaalbare alternatief. Om na te gaan tot welke isolatiegraad de meerinvestering rendabel is, hebben we de wandopbouw van sandwichpanelen gesimuleerd met 6, 10 en 16 cm PUR. Daardoor ontstaan respectievelijk U-waarden van 0,39 0,24 en 0,15 W/m²K. Uiteraard wordt bij deze systemen een koudebrugvrije plaatsing verondersteld. 86

Zie hoofdstuk 2.1.1 Bouwkundige eigenschappen.

127

15 cm cellenbeton

25 cm cellenbeton

25 cm cellenbeton gn koudebrug

6 cm sandwichpn

10 cm sandwichpn

16 cm sandwichpn

warmtebehoefte gasverbruik relatief gasverbruik elektriciteitsverbruik relatief elektriciteitsverbruik IRR

98,28 161,18 158,11 -

89,79 147,26 -13,92 158,25 0,14 <0

87,44 143,40 -17,78 158,26 0,15 <0

82,05 134,56 -26,62 158,30 0,19 6,91

80,01 131,22 -29,96 158,29 0,18 5,14

75,85 124,39 -36,79 158,36 0,25 3,11

totale primaire energie totale meerinvestering totale kostenbesparing CO2-uitstoot uren discomfort

540,33 144,05 20,00

528,16 23850,00 459,23 141,35 20,00

524,71 23850,00 586,78 140,58 19,00

516,85 11885,25 846,47 138,82 20,00

513,82 16973,25 988,67 138,14 20,00

507,84 26990,25 1213,93 136,81 20,00

eenheid

kWh/m² MWh MWh MWh MWh % MWh € € ton h

Tabel 39: evaluatie van de aanpassingen aan de wandopbouw bij de referentiewinkel op de grond

Uit de simulaties blijkt duidelijk dat de rendabiliteit van een betere wandisolatie sterk afhankelijk is van het gekozen isolatieprincipe. De isolatiegraad verbeteren volgens de huidige bouwwijze, met behulp van dikkere cellenbetonpanelen, is nooit rendabel. Een wandopbouw met sandwichpanelen is in verhouding veel goedkoper dan een opbouw met cellenbeton, op die manier haalt de toepassing van sandwichpanelen wel een positieve IRR. Deze daalt echter sterk met de isolatiegraad, omdat de invloed van de transmissieverliezen via het dak en de vloer steeds groter wordt. De warmtetransmissie door de vloer is voor de winkel op palen hoger, dan voor de winkel op de grond (zie tabel 40). Daarom zal de IRR bij een winkel op palen dus nog sneller dalen. Uit de tabel kunnen we ook afleiden dat de isolatiegraad van de wanden weinig of geen invloed heeft op het elektriciteitsverbruik of op het aantal uren discomfort. Het gebruik van sandwichpanelen vertraagt de thermische transmissie aanzienlijk, waardoor warmte langer in de winkel blijft hangen en het aantal uren discomfort stijgt.

128

15 cm cellenbeton

25 cm cellenbeton

25 cm cellenbeton gn koudebrug

6 cm sandwichpn

10 cm sandwichpn

16 cm sandwichpn


120,99 198,42 160,24 -

113,76 186,57 -11,85 160,28 0,04 <0

112,05 183,76 -14,67 160,29 0,04 <0

105,33 172,73 -25,69 160,30 0,06 6,87

105,36 172,79 -25,64 160,28 0,04 3,89

101,85 167,04 -31,39 160,33 0,08 1,99


579,19 0,00 153,07 34,00

568,62 23850,00 391,16 150,71 32,00

566,10 23850,00 483,98 150,14 32,00

543,61 11885,25 556,57 148,64 32,00

556,20 16973,25 846,02 147,93 32,00

551,15 26990,25 1035,76 146,80 32,00

eenheid


Tabel 40: evaluatie van de aanpassingen aan de wandopbouw bij de referentiewinkel op palen

In figuur 62 wordt de relatie tussen het primair energieverbruik en de isolatiegraad van de wand getoond. Het primair energieverbruik daalt lineair met de U-waarde van de wand. Vanaf een U-waarde van ca. 2,0 W/m²K begint het energieverbruik sterker te dalen. Dit is het logische gevolg van het feit dat bij lage U-waarden meer materiaal nodig is dan bij hoge om de U-waarde met hetzelfde aantal te doen stijgen. Daaruit volgt dus ook dat het energieverbruik meer zal afnemen. Uit de grafiek kunnen we afleiden dat de invloed van de koudebruggen onafhankelijk is van de isolatiegraad.

129

Primair energieverbruik [MWh]

580 570 560 550 540 530 520 510 500 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9 1 U-waarde [W/m²K]

Winkel op de grond met koudebrug

Winkel op de grond zonder koudebrug

Winkel op palen met koudebrug

Winkel op palen zonder koudebrug

Figuur 62: relatie tussen het primair energieverbruik en de isolatiegraad van de wand bij de referentiewinkel op palen

3.3.2.2. Aanpassingen aan de vloeropbouw De vloer van de basisreferentiewinkel op de grond is niet geïsoleerd, maar heeft door het effect van de grond toch een U-waarde 0,34 W/m²K en voldoet dus reeds aan de EPB-eis van 0,40 W/m²K. Hoewel de vloer van de basisreferentiewinkel op palen wel voorzien is van een isolatielaag van 3 cm EPS, voldoet deze nog niet aan de EPB-eis van 0,60 W/m²K voor een vloer boven de buitenomgeving. De vloer heeft hier slechts een U-waarde van 0,78 W/m²K. Om te voldoen aan de EPB-regelgeving is maar 2 cm extra isolatie nodig. Omdat de economische rendabiliteit van extra vloerisolatie echter zeer groot is, werd meteen een extra isolatielaag van 5 cm voorzien. De U-waarde wordt dan 0,39 W/m²K.

130

Om de invloed van een beter geïsoleerde vloer goed te kunnen evalueren, is de isolatiegraad van de vloer ook in twee stadia verbeterd. Voor de winkel op de grond wordt dit dan een isolatielaag van 5 cm EPS: éénmaal enkel langs de rand over een breedte van 5 m en éénmaal over de gehele vloeroppervlakte. Dit geeft een verbeterde U-waarde van 0,24 W/m²K en 0,15 W/m²K. Voor de winkel op palen bekeken we een isolatielaag van 12 cm en 19 cm bovenop de basis van 3 cm EPS. De U-waarden worden dan respectievelijk 0,22 W/m²K en 0,15 W/m²K. betonnen vloer op volle grond

5 m randisolatie van 5 cm EPS

5 cm EPS

eenheid


98,28 161,18 158,11 -

94,63 155,20 -5,98 157,78 -0,32 3,01

90,83 148,97 -12,21 157,46 -0,65 4,25

kWh/m² MWh MWh MWh MWh %


540,33 144,05 20,00

534,14 5200,00 230,66 142,62 20,00

527,71 9000,00 470,19 141,13 20,00

MWh € € ton h

Tabel 41: evaluatie van de aanpassingen aan de vloeropbouw bij de referentiewinkel op de grond

Uit de simulaties blijkt een lichte daling van het gas- en elektriciteitsverbruik. De verbetering van de isolatiegraad van de vloer op volle grond is steeds rendabel. De IRR bereikt de grenswaarde van 8% echter niet, omdat de transmissieverliezen van de basiswinkel op volle grond al beperkt zijn. Het zomercomfort is onafhankelijk van de isolatiegraad van de vloer.

131

0,78 W/m²K

0,39 W/m²K

0,22 W/m²K

0,15 W/m²K


120,99 198,42 160,24 -

100,09 164,14 -34,28 158,35 -1,89 24,58

92,54 151,77 -46,66 157,72 -2,52 20,97

89,73 147,16 -51,27 157,50 -2,75 7,94


579,19 0,00 153,07 34,00

543,61 5625,00 1317,52 144,83 32,00

530,90 9000,00 1788,75 141,89 32,00

526,18 24750,00 1963,59 140,80 32,00

eenheid kWh/m² MWh MWh MWh MWh % MWh € € ton h

Tabel 42: evaluatie van de aanpassingen aan de vloeropbouw bij de referentiewinkel op palen

Voor de winkel op palen liggen de IRR’s veel hoger. De transmissieverliezen van de referentiewinkel zijn veel hoger en de relatieve energiebesparing stijgt daardoor sneller in vergelijking met de winkel op volle grond. Het zomercomfort is voor de winkel op palen ook quasi onafhankelijk van de isolatiegraad van de vloer.

In figuur 63 wordt de relatie tussen het primair energieverbruik, de meerinvestering en de isolatiegraad van de vloer getoond. Uit de grafiek kunnen we afleiden dat de vermindering van het energieverbruik in functie van de U-waarde van de vloer gelijk is voor de winkels op palen en op de grond. De grond heeft echter wel een grote invloed op de slechtst mogelijke U-waarde van de vloer zonder isolatie. Vandaar dat de curves voor de winkel op de grond pas starten bij een U-waarde van 0,34 W/m²K en dat de meerinvestering voor een winkel op palen minimum zo’n 5000 € hoger ligt. Bij U-waarden lager dan 0,2 W/m²K stijgt de meerinvestering voor een winkel op palen veel sneller dan voor

132

een winkel op de grond. Dit heeft alles te maken met de initiële isolatiegraad van de vloer: hoe meer isolatie reeds aanwezig is, hoe meer

590

30000

580

25000

570

20000

560

Meerinvestering [€]


materiaal nodig is om dezelfde verandering te bekomen.

15000 550 10000 540 530

5000

520

0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9 1 U-waarde [W/m²K]

Primair energieverbruik op de grond [MWh]

Primair energieverbruik op palen [MWh]

Meerinvestering op de grond [€]

Meerinvestering op palen [€]

Figuur 63: relatie tussen het primair energieverbruik, de meerinvestering en de isolatiegraad van de vloer bij de referentiewinkel

133

3.3.2.3. Aanpassingen aan de dakopbouw De standaarddakopbouw is voor beide basiswinkels uiteraard dezelfde en voldoet reeds aan de EPB-eis van 0,40 W/m²K. Het dak is voorzien van 12cm rotswol, wat overeenkomt met een U-waarde van 0,32 W/m²K. Voor het dak werd ook een verbetering van de U-waarde tot 0,22 W/m²K en 0,15 W/m²K nagestreefd. Dit komt overeen met een extra isolatielaag van 6 en 14 cm rotswol.

12 cm rotswol

18 cm rotswol

26 cm rotswol


98,28 161,18 158,11 -

93,33 153,06 -8,12 158,22 0,11 <0

91,09 149,38 -11,79 158,17 0,06 <0


540,33 144,05 20,00

533,29 9607,50 268,00 142,49 20,00

529,87 22410,00 389,23 141,72 20,00


Tabel 43: evaluatie van de aanpassingen aan de dakopbouw bij de referentiewinkel op de grond

Het dak is al zo goed geïsoleerd dat een verdere verbetering van de isolatiegraad eigenlijk weinig of geen zin heeft. De jaarlijkse besparingen zijn zo laag in vergelijking met de meerkost, dat de IRR zowel voor de winkel op palen als op de grond negatief is. Het aanpassen van de isolatiegraad van dak heeft weinig of geen effect op het aantal uren discomfort.

134

12 cm rotswol

18 cm rotswol

26 cm rotswol


120,99 198,42 160,24 -

117,25 192,29 -6,14 160,27 0,03 <0

114,74 188,17 -10,25 160,29 0,04 <0


576,72 153,07 34,00

573,73 9607,50 202,52 151,85 32,00

570,07 22410,00 338,31 151,03 32,00


Tabel 44: evaluatie van de aanpassingen aan de dakopbouw bij de referentiewinkel op palen

De verbetering van de isolatiegraad van het dak heeft een vergelijkbaar effect bij de referentiewinkel op palen. Ook hier blijkt de meerinvestering niet rendabel. Er wordt echter wel een kleine verbetering in het zomercomfort vastgesteld.

In figuur 64 wordt de relatie tussen het primair energieverbruik, de meerinvestering en de isolatiegraad van het dak getoond. Voor éénzelfde meerinvestering wordt een vergelijkbaar effect duidelijk op het primair energieverbruik bij de referentiewinkel op palen en op de grond. Uit een vergelijking van deze grafiek met deze van de aanpassingen in de wandopbouw en vloeropbouw, valt duidelijk te zien dat het effect op de energiebalans bij een betere dakisolatie niet in proportie is met de meerkost.

135

25000

570

20000

560 15000



580

550 10000 540 5000

530

0

520 0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35 U-waarde [W/m²K]

Primair energieverbruik op de grond [MWh]

Primair energieverbruik op palen [MWh]

Meerinvestering op de grond [€]

Meerinvestering op palen [€]

Figuur 64: relatie tussen het primair energieverbruik, de meerinvestering en de isolatiegraad van het dak bij de referentiewinkel

3.3.2.4. Globale isolatiegraad Nu de invloed van de U-waarde van de schildelen op zich geanalyseerd werd, is het zinvol na te gaan wat de energetische veranderingen zijn als de globale isolatiegraad aangepast wordt. De eerste logische stap is een variant die voldoet aan de huidige EPB-eisen, met uitzondering van de vloer van de winkel op palen. Die heeft een hogere U-waarde dan strikt noodzakelijk, omdat uit het voorgaande bleek dat een verbeterde vloerisolatie een groot effect heeft. Er zijn twee mogelijke manieren om aan EPB te voldoen. De eerste is een verbetering van de U-waarde van de wanden volgens de huidige bouwwijze, met extra dikke cellenbetonpanelen. Een ander alternatief is het gebruik van sandwichpanelen voor de wand. Omdat deze slechts in een minimale dikte van 6cm geleverd worden, is de U-waarde hier betrekkelijk lager dan de vereiste 0,60

136

W/m²K. De derde variant gaat een stap verder, daarbij worden de opbouw van de schildelen aangepast tot een U-waarde van ongeveer 0,22 W/m²K. De vierde en laatste variant is een winkel met een U-waarde die overal gelijk is aan 0,15 W/m²K. Deze U-waarde komt overeen met de minimaal vereiste U-waarde van een ‘passiefhuis’. Het K-peil van de verschillende combinaties wordt in tabel 45 samengevat.

BASIS

EPB

EPB met sandwichpanelen

Passief 1

Passief 2

op volle grond

K48

K40

K35

K19

K13

op palen

K62

K42

K36

K20

K13

Tabel 45: K-peil van de verschillende globale isolatiegraden

BASIS

EPB


Passief 1

Passief 2


98,28 161,18 158,11 -

87,85 144,08 -17,10 158,26 0,15 <0

82,05 134,56 -26,62 158,30 0,19 6,91

69,01 113,17 -48,01 157,94 -0,17 3,77

57,75 94,71 -66,47 157,84 -0,27 2,20


540,33 144,05 20,00

525,31 23850,00 547,34 140,71 19,00

516,85 11885,25 846,47 138,82 20,00

496,70 32575,75 1598,54 134,26 19,00

479,83 56000,25 2217,32 130,46 18,00

eenheid


Tabel 46: evaluatie van de verschillende globale isolatiegraden bij de referentiewinkel op de grond

137

Uit de resultaten blijkt dat de maatregelen noodzakelijk om aan de EPB-eisen te voldoen in principe pas rendabel worden als men sandwichpanelen gaat toepassen. Al blijft de IRR voor de winkel op de grond dan nog steeds onder de door Colruyt vooropgestelde 8%. De IRR’s voor een winkel die voldoet aan EPB en de huidige bouwwijze aanhoudt, zijn echter nog veel lager. Voor een winkel op volle grond is de interne opbrengstvoet zelfs negatief. Toch werd in de verdere analyse met deze EPB-variant gerekend, omdat vanuit commercieel oogpunt vragen rijzen in verband met de toepassing van sandwichpanelen. Een supermarktketen zou door sandwichpanelen een industrieel en onpersoonlijk imago krijgen. Bovendien zijn de panelen slechts 6cm dik, wat niet zou voldoen aan de huidige veiligheidsvoorschriften. BASIS

EPB


Passief 1

Passief 2


120,99 198,42 160,24 -

89,94 147,50 -50,92 158,43 -1,81 5,80

84,35 138,34 -60,09 158,46 -1,78 12,96

68,22 111,87 -86,55 157,93 -2,31 7,44

56,99 93,46 -104,96 157,85 -2,39 4,14


543,61 153,07 34,00

528,82 29475,00 1857,11 141,52 32,00

520,66 17510,25 2145,28 139,70 32,00

495,51 40875,75 3080,48 133,99 31,00

478,75 71750,25 3694,19 130,22 30,00

eenheid


Tabel 47: evaluatie van de verschillende globale isolatiegraden bij de referentiewinkel op palen

De economische rendabiliteit daalt steeds met een stijgende dikte van de sandwichpanelen. Het energieverbruik neemt echter wel aanzienlijk af. Zo is het gasverbruik bij een winkel op palen met een isolatiegraad naar passiefnormen gehalveerd. Ook het elektriciteitsverbruik daalt gevoelig, omdat de ‘koudeverliezen’ naar buiten in de zomer kleiner worden door de betere U-waarde.

138

De aanpassing van de globale isolatiegraad van het gebouw heeft een kleine invloed op het zomercomfort. Als het K-peil daalt, vermindert het aantal uren discomfort. De daling is echter ook afhankelijk van de thermische traagheid van de gebouwschil. De uren discomfort zullen minder


snel dalen bij een variant met isolatie in de vorm van sandwichpanelen.

100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 0

10

20 cellenbeton op de grond sandwichpanelen op de grond

30

40

50

K-peil

60

cellenbeton op palen sandwichpanelen op palen

Figuur 65: relatie tussen de meerinvestering en de globale isolatiegraad bij cellenbeton en sandwich wandopbouw van de referentiewinkel

Figuur 65 illustreert het verschil in meerinvestering in functie van het K-peil voor een winkel opgebouwd uit cellenbeton- en uit sandwichpanelen. Een winkel met cellenbetonpanelen is voor elk K-peil ca. 20.000 € duurder. De sandwichpanelen zijn evenwel slechts beschikbaar in diktes van 6 tot ongeveer 16cm, dit komt overeen met U-waardes van 0,34 tot 0,15 W/m²K. Voor hogere of lagere U-waarden is men op andere bouwprincipes aangewezen.

139

In de verdere analyse van mogelijke maatregelen zal dezelfde maatregel dikwijls op de verschillende isolatiegraden getest worden, omdat de rendabiliteit vaak afhankelijk is van het K-peil van het gebouw. Het relatief gas- en elektriciteitsverbruik zal dan niet meer ten opzichte van de basisreferentiewinkel berekend worden, maar ten opzichte van het verbruik van de referentiewinkel met de desbetreffende isolatiegraad. De IRR van deze maatregel zal dan ook steeds relatief ten opzichte van de desbetreffende isolatiegraad berekend worden. Dit wil zeggen dat de meerinvestering voor de berekening van de IRR enkel de meerprijs van de maatregel op zich zal zijn, zonder de kosten van de extra isolatie in rekening te brengen. Om eenvoudig te kunnen duiden om welke variant het gaat, wordt er aan de verschillende isolatiegraden gerefereerd als EPB, Passief1 of P1 en Passief2 of P2.

Energieverbruik [MWh]

In figuur 66 wordt duidelijk dat het gasverbruik geleidelijk afneemt met een dalend K-peil, terwijl het elektriciteitsverbruik vrijwel constant blijft.

250

200

150

100

50

0 0

10

20

30

40

50

gasverbruik op de grond [MWh]

gasverbruik op palen [MWh]

elektriciteitsverbruik op de grond [MWh]

elektriciteitsverbruik op palen [MWh]

60

70 K-peil

Figuur 66: relatie tussen het energieverbruik en het K-peil van de referentiewinkel

140

3.3.3. Winkelinrichting In dit hoofdstuk wordt nagegaan of de winkelinrichting een invloed heeft op het energieverbruik en het zomercomfort. Hierbij worden enkele opstellingen getest met een verschillende oriëntatie: verplaatsen van de inkom en de gekoelde doorgang. Er wordt gekeken wat de invloed is van het groeperen van de gekoelde ruimtes. Er wordt eveneens nagegaan wat het effect is van het veranderen van het aantal toegangen tot de gekoelde ruimte. Alle aanpassingen van de winkelinrichting zijn getest op een winkel met de basisisolatiegraad.

3.3.3.1. Oriëntatie inkom In de basisreferentiewinkel is de inkom oostelijk georiënteerd. Om de invloed van de oriëntatie te analyseren werd deze naar het zuiden en het noorden verplaatst. Voor de berekening van deze variant werd de winkelopbouw aangepast in TRANSYS en werden de massadebieten van de ventilatieverliezen aangepast aan de veranderde winddrukcoëfficiënten.

inkom oost

inkom zuid

inkom noord

inkom oost

inkom zuid

inkom noord

eenheid

warmtebehoefte gasverbruik relatief gasverbruik elektriciteitsverbruik relatief elektriciteitsverbruik

98,28 161,18 158,11 -

95,62 156,81 -4,37 157,92 -0,19

96,99 159,06 -2,12 157,92 -0,19

120,99 198,42 160,24 -

118,83 194,89 -3,54 159,99 -0,26

120,16 197,07 -1,35 159,98 -0,26

kWh/m² MWh MWh MWh MWh

totale primaire energie totale kostenbesparing CO2-uitstoot uren discomfort

540,33 144,05 20,00

535,94 144,18 143,04 20,00

537,94 69,83 143,49 20,00

582,78 153,07 34,00

575,37 116,76 152,18 34,00

577,31 44,71 152,61 34,00

MWh € ton h

Tabel 48: evaluatie van de verschillende oriëntaties van de inkom bij de referentiewinkel op de grond en op palen

141

Uit de gegevens in tabel 48 valt af te leiden dat zowel een noordelijke als zuidelijke oriëntatie van de inkom een minimaal positief effect hebben op het gasverbruik. Voor de winkel op palen is dit effect nog kleiner, omdat door de inplanting van een rolvlak de inkom deels afgeschermd is. Daardoor is de invloed van de ventilatieverliezen kleiner. De IRR berekenen heeft hier geen nut. Aangezien er geen meerinvestering is, worden in de NPV enkel de energiewinsten of -verliezen in rekening gebracht. Er kan dus voor geen enkele interne opbrengstvoet een evenwicht tussen kosten en baten gevonden worden. Er wordt geen noemenswaardig verschil in zomercomfort opgemerkt.

3.3.3.2. Oriëntatie gekoelde doorgang De gekoelde doorgang in de basisreferentiewinkel is westelijk georiënteerd. Om de invloed van de oriëntatie te analyseren werd deze naar het zuiden en het noorden verplaatst. Hierbij volstond het enkel de winkelinrichting aan te passen in het simulatiemodel.

koelruimte west

koelruimte zuid

koelruimte noord

koelruimte west

koelruimte zuid

koelruimte noord

eenheid


98,28 161,18 158,11 -

97,96 160,66 -0,52 158,15 0,04

98,28 161,19 0,01 158,23 0,12

120,99 198,42 160,24 -

120,71 197,97 -0,46 160,22 -0,02

121,02 198,47 0,04 160,29 0,05



540,33 144,05 20,00

539,97 13,33 143,98 20,00

540,64 -11,85 144,14 18,00

489,86 153,07 34,00

578,71 18,37 152,96 34,00

579,36 -6,21 153,12 34,00

MWh € ton h

Tabel 49: evaluatie van de verschillende oriëntaties van de gekoelde doorgang bij de referentiewinkel op de grond en op palen

142

Uit de simulatieresultaten wordt duidelijk dat een verandering van de oriëntatie van de koelruimte nog minder effect heeft dan de oriëntatie van de inkom. De verandering van de winddrukcoëfficiënt heeft dus meer impact op de ventilatieverliezen dan de verandering van de oppervlaktetemperatuur op de transmissieverliezen.

De aanpassing van de oriëntatie van de winkelinrichting brengt zowel voor de inkom als voor de gekoelde doorgang slechts een kleine verandering in het energieverbruik teweeg en is daarom van ondergeschikt belang. Zeker aangezien de inrichting van de winkel voor een groot deel bepaald wordt door de specifieke context van de site. De oriëntatie zal enkel van belang zijn wanneer er glaspartijen in de gevel zijn opgenomen.87

3.3.3.3. Gekoelde doorgang met één toegang De gekoelde doorgang van de basisreferentiewinkel is voorzien van een aparte in- en uitgang. Indien men de gekoelde doorgang slechts van één toegang voorziet, worden de interne ventilatieverliezen beperkt. De stroom van koude lucht van de gekoelde doorgang naar de winkel, werkt dubbel nadelig: enerzijds verhoogt de koudebehoefte in de gekoelde doorgang, anderzijds wordt het kouder in de winkel en verhoogt daar dus de warmtevraag. Als de enige opening van de gekoelde doorgang een halve meter breder is, kan deze als in- en uitgang fungeren. De meerinvestering voor deze aanpassing is beperkt. Er dient enkel meer oppervlakte aan sandwichpaneel gerekend te worden. Dit bedrag mag nog verminderd worden met de kostprijs van een tweede deuropening met flappengordijn en rolluik.

Concreet werd in de simulatie maar met één permanente massastroom rekening gehouden voor de inschatting van de interne ventilatieverliezen.88 Dit massadebiet zal weliswaar groter zijn aangezien de toegang verbreed wordt.

87 88

Zie hoofdstuk 3.3.7 Daglichtgebruik. Zie hoofdstuk 2.5.6 Berekeningsmethode van de ventilatieverliezen.

143

2 toegangen

1 toegang

2 toegangen

1 toegang


98,28 161,18 158,11 -

95,55 156,70 -4,48 152,92 -5,19 413,15

120,99 198,42 160,24 -

118,16 193,79 -4,64 154,99 -5,25 419,29



540,33 -

523,33 191,31 784,11 139,49 24,00

489,86 -

561,89 191,31 795,80 148,43 36,00

MWh € € ton h

-

-

144,05 20,00

-

-

153,07 34,00

eenheid

Tabel 50: evaluatie van het veranderen van het aantal toegangen naar de gekoelde doorgang bij de referentiewinkel op de grond en op palen

De interne opbrengstvoet voor een gekoelde doorgang met slechts één opening is zowel voor de winkel op palen als op de grond meer dan 400%. Door de lage investeringskost en de hoge energiebesparing is de NPV zelfs bij een opbrengstvoet van boven de 400% nog niet negatief. Zowel het gas- als het elektriciteitsverbruik nemen af door de vermindering van de interne ventilatieverliezen. Om diezelfde reden zal het aantal uren discomfort tijdens de zomer lichtjes stijgen.

Er dient evenwel nog opgemerkt te worden, dat het niet altijd mogelijk is om over te gaan naar één toegang tot de gekoelde doorgang. Bij een winkel met groot bezoekersaantal zal deze immers de stroom van klanten niet aankunnen. Bovendien wordt er vanuit de brandveiligheid dikwijls een minimum van twee toegangen opgelegd.

144

3.3.3.4. Groepering van de gekoelde ruimtes In grotere winkels zijn buiten de gekoelde doorgang nog andere gekoelde ruimtes aanwezig, namelijk een stockfrigo en de frigo van de beenhouwerij. Om zo efficiënt mogelijk te koelen is het aan te raden deze volumes aan elkaar te laten grenzen. Zo verkleint het uitwisselingsoppervlak met de veel warmere winkelruimte aanzienlijk. In volgende variant worden de gekoelde doorgang, de stockfrigo en de frigo van de beenhouwerij allemaal gegroepeerd. 89 Hierbij wordt getracht de normale circulatie in de winkel zo weinig mogelijk te hinderen.

BASIS

BASIS

BASIS

BASIS

eenheid


98,28 161,18 158,11 -

97,25 160,49 -0,69 157,11 -1,00

120,99 198,42 160,24 -

120,61 197,79 -0,63 159,26 -0,98



540,33 144,05 20,00

536,31 174,12 143,21 20,00

579,19 153,07 34,00

576,16 136,14 152,25 34,00

MWh € ton h

Tabel 51: evaluatie van het groeperen van de gekoelde ruimtes bij de referentiewinkel op de grond en op palen

We constateren dat deze ingreep relatief weinig opbrengt, zowel op gas- als op elektriciteitsverbruik. Dit ligt vooral aan het feit dat de groepering niet efficiënt genoeg kan, zonder de normale interne circulatie grondig te veranderen. Bovendien is dit uit commercieel oogpunt een veel minder logische winkelindeling, de flexibiliteit van de winkel wordt immers grotendeels gereduceerd. 89

Voor de concrete aangepaste plannen verwijzen we naar bijlage J.

145

3.3.4. Saswerking

Uit de analyse van de verliesposten van de bestaande filialen, blijkt dat de winkel in Gent, ondanks zijn relatief slechte isolatiegraad, de kleinste jaarlijkse warmtebehoefte heeft. Dit is het gevolg van de kleinere ventilatieverliezen aan de transit en de inkom. Om het energieverbruik ten gevolge van de ventilatieverliezen te kunnen reduceren, werd dus het effect van de plaatsing van een sas aan de inkom, de gekoelde doorgang en de transit onderzocht. Om na te gaan voor welke isolatiegraad deze conceptverbetering nog rendabel is, werd de invloed van een sas in combinatie met de verschillende isolatiegraden getest.

3.3.4.1. Gekoelde doorgang In het voorgaande werd reeds aangetoond dat een gekoelde doorgang met maar één opening een veel lager primair energieverbruik heeft. Om de interne ventilatieverliezen echt in te perken dient deze doorgang nog van een sas te worden voorzien, waarbij beide opeenvolgende openingen van het traditionele flappengordijn voorzien zijn.90 In TRANSYS werd deze nieuwe situatie gesimuleerd door de invoering van een extra zone tussen de winkel en de gekoelde doorgang. Op die manier zal er in deze zone een intermediaire temperatuur ontstaan, waardoor er een daling zal optreden van de interne ventilatieverliezen ten gevolge van de thermische trek.91

Uit tabel 52 blijkt dat de bouw van een sas aan de gekoelde doorgang in een winkel op de grond een drastische reductie van de jaarlijkse energiekost met zich meebrengt. Het relatief elektriciteitsverbruik ten opzichte van de referentie is voor elke isolatiegraad gelijkaardig. Het

90 91

Voor de concrete aangepaste plannen verwijzen we naar bijlage J. Zie hoofdstuk 2.5.6 Berekeningsmethode van de ventilatieverliezen.

146

relatief gasverbruik daalt lichtjes met een stijgende isolatiegraad. Op die manier wordt de toepassing van een sas ‘minder’ rendabel bij een betere isolatiegraad, doordat het systeem thermisch trager reageert. De IRR voor de bouw van een sas ligt betrekkelijk lager dan die van een gekoelde doorgang met één opening, omdat de meerinvestering gevoelig hoger is. Door de bouw van een sas gaat een deel van de verkoopsoppervlakte verloren, ook hiervan wordt de bijkomende kostprijs in rekening gebracht.

BASIS

EPB

P1

P2


89,15 146,21 -14,97 140,58 -17,53 46,24

78,95 129,47 -14,60 140,63 -17,62 45,05

60,31 98,91 -14,26 140,30 -17,64 46,05

50,19 82,31 -12,40 140,07 -17,76 44,07


483,04 5834,40 2620,83 128,67 38,00

468,11 29684,40 3166,48 125,33 35,00

439,77 38410,15 4208,37 118,94 39,00

424,27 61834,65 4778,74 115,43 41,00


Tabel 52: evaluatie van een sas aan de gekoelde ruimte bij de referentiewinkel op de grond

We zien ook dat het verminderen van de interne ventilatieverliezen een duidelijk effect heeft op het aantal uren discomfort. Er gaat immers veel minder koude verloren in de winkel. Dit wil zeggen dat de binnentemperatuur in de zomer sneller de comfortgrens zal overschrijden. Hoe hoger de isolatiegraad, hoe nadeliger de impact op het zomercomfort. De verschillen blijven echter wel vrij beperkt. Ondanks het slechtere zomercomfort, wordt deze maatregel met een IRR van 44 tot 46% toch weerhouden.

147

BASIS

EPB

P1

P2


111,61 183,04 -15,39 142,47 -17,77 36,10

81,57 133,77 -13,73 140,73 -17,70 35,29

59,54 97,64 -14,23 140,28 -17,65 35,46

49,44 81,08 -12,38 140,07 -17,78 34,84


520,91 7634,40 2659,99 137,43 65,00

472,22 37109,40 4455,53 126,27 67,00

438,57 48510,15 5691,61 118,66 72,00

423,15 79384,65 6258,00 115,18 75,00


Tabel 53: evaluatie van een sas aan de gekoelde ruimte bij de referentiewinkel op palen

Uit tabel 53 blijkt dat het effect op het gas- en elektriciteitsverbruik bij het plaatsen van een sas aan de gekoelde doorgang in een winkel op palen gelijkaardig is als in een winkel op de grond. De IRR ligt hier een stuk lager dan bij een winkel op de grond. De reden hiervoor is dat de eenheidsprijs voor het verlies in verkoopsoppervlakte een stuk hoger ligt bij een winkel op palen. Er wordt ook hier een stijging in het aantal uren discomfort opgemerkt.

Figuur 67 illustreert duidelijk dat de verandering in het gas- en elektriciteitsverbruik ten gevolge van een sas aan de gekoelde doorgang zo goed als onafhankelijk is van het K-peil. Voor elke isolatiegraad is het verschil tussen het energieverbruik zonder en met sas ongeveer even groot.

148


250

200

150

100

50

0 0

10

20

30

40

50

gasverbruik zonder sas [MWh]

gasverbruik met sas [MWh]

elektriciteitsverbruik zonder sas [MWh]

elektriciteitsverbruik met sas [MWh]

60

70 K-peil

Figuur 67: relatie tussen het energieverbruik en het K-peil bij het plaatsen van een sas aan de gekoelde doorgang

3.3.4.2. Groentensas aan de gekoelde doorgang De gekoelde doorgang is steeds onderverdeeld in twee temperatuurszones. De ‘drie-graden-zone’ voor charcuterie en dergelijke en de ‘zeven-graden-zone’ voor fruit en groenten. De gekoelde doorgang kan ook opgesplitst worden in een gekoelde zone en een niet-gekoelde zone, gescheiden door een wand opgebouwd uit sandwichpanelen en één of twee openingen met flappen.92 Op die manier wordt in de eerste ruimte de bodemtemperatuur van 3 °C behouden voor de meest essentiële producten en wordt de tweede ruimte op een passieve manier gekoeld tot een intermediaire temperatuur. We zullen naar dit concept verwijzen als het ‘groentensas’. Voor de analyse van dit concept zullen de grootte van het sas en de onderlinge massadebieten in TRANSYS aangepast moeten worden. 92

Voor de concrete aangepaste plannen verwijzen we naar bijlage J.

149

BASIS

EPB

P1

P2


90,60 148,59 -12,59 141,90 -16,21 619,70

80,19 131,51 -12,57 141,95 -16,30 617,51

61,43 100,75 -12,42 141,70 -16,24 617,06

51,13 83,85 -10,86 141,58 -16,25 599,61


488,47 378,00 2325,88 130,08 32,00

473,24 24228,00 2881,52 126,67 34,00

444,94 32953,75 3914,49 120,30 38,00

429,42 56378,25 4483,83 116,81 39,00


Tabel 54: evaluatie van een groentensas aan de gekoelde ruimte bij de referentiewinkel op de grond

Door de toepassing van een groentensas daalt het gas- en elektriciteitsverbruik zo goed als evenveel als bij de toepassing van een gewoon sas. De IRR’s zijn in verhouding echter meer dan tien keer zo hoog, omdat de investeringskost veel lager ligt. Het aantal uren discomfort ligt in vergelijking met een gewoon sas ook lager. De reden hiervoor is dat de temperatuur in de tussenzone op een maximum van 16 °C wordt gehouden voor een goede conservatie van fruit en groenten. Om dit te bereiken moet er op de warmste dagen in het groentensas extra gekoeld worden, waardoor de winkel ook voorzien wordt van een aandeel extra koeling. Er wordt weinig verschil waargenomen bij het effect van een groentensas in een winkel op palen en op de grond.

Net zoals bij een gewoon sas is het effect van een groentensas op het gas- en elektriciteitsverbuik zo goed als onafhankelijk van het K-peil. Het groentensas vertoont dan ook een gelijkaardige grafiek als figuur 67.

150

BASIS

EPB

P1

P2


113,35 185,90 -12,53 143,30 -16,95 637,76

82,28 134,95 -12,55 142,08 -16,35 622,43

60,68 99,51 -12,36 141,75 -16,18 614,74

50,41 82,67 -10,79 141,64 -16,21 601,91


525,55 378,00 2393,80 138,59 54,00

476,65 29853,00 4193,24 127,46 57,00

443,94 41253,75 5387,70 120,08 74,00

428,51 72128,25 5953,17 116,61 75,00


Tabel 55: evaluatie van een groentensas aan de gekoelde ruimte bij de referentiewinkel op palen

3.3.4.3. Inkom Een sas aan de inkom wordt eenvoudig en snel gecreëerd door de plaatsing van een tweede automatische deur in de overdekte toegangszone.93 Op die manier worden de ventilatieverliezen door rechtstreekse winddrukken beperkt. De berekeningsmethode is dezelfde als voor een sas aan de gekoelde doorgang: er wordt een extra zone voorzien in het TRANSYS model en de massadebieten worden herberekend naar de veranderde winddruk en thermische trek.94

Er hoeft geen extra bruto vloeroppervlakte in de meerkost gerekend te worden, want er gaat in de ingangszone geen verkoopsoppervlakte verloren. 93 94


151

BASIS

EPB

P1

P2


90,70 148,74 -12,44 158,20 0,09 7,89

80,26 131,63 -12,45 158,28 0,02 7,58

62,21 102,03 -11,14 157,95 0,01 7,19

51,11 83,82 -10,89 157,84 0,01 6,74


529,37 5202,70 410,37 141,61 20,00

514,17 29052,70 955,44 138,22 18,00

486,69 37575,75 1965,39 132,02 18,00

470,05 61000,25 2575,88 128,27 18,00


Tabel 56: evaluatie van een sas aan de inkom bij de referentiewinkel op de grond

Uit tabel 56 blijkt dat het plaatsen van een sas aan de inkom enkel invloed heeft op het gasverbruik. Doordat de reductie van de ventilatieverliezen onafhankelijk is van de isolatiegraad, is er weinig verschil te zien in het relatief gasverbruik bij de verschillende K-peilen. De interne opbrengstvoet van de winkel op de grond haalt de 8% grens net niet.

Er wordt een lichte daling waargenomen in het aantal uren discomfort. Dit ligt aan het feit dat de warmste momenten van de dag ongeveer overeenkomen met de bezoekerspieken. Dit wil zeggen dat de toegangsdeur het meest opengaat op het warmste moment van de dag in de zomer. Door het plaatsen van een sas aan de inkom komt er dus minder warme lucht binnen. Dit heeft een lichte verbetering van het zomercomfort tot gevolg.

152

BASIS

EPB

P1

P2


114,36 187,56 -10,87 160,25 0,01 6,61

82,66 135,57 -11,93 158,40 -0,03 7,54

62,37 102,29 -9,59 157,93 3,01 5,83

51,19 83,95 -9,51 157,86 0,01 5,75


569,44 5202,70 358,65 150,89 33,00

518,01 34677,70 2253,27 139,10 32,00

486,89 45875,75 3396,43 132,06 31,00

470,20 76750,25 4007,19 128,31 28,00


Tabel 57: evaluatie van een sas aan de inkom bij de referentiewinkel op palen

Uit tabel 57 blijkt een vergelijkbaar effect bij het plaatsen van een sas aan de inkom van een winkel op palen. De interne opbrengstvoet ligt echter lager. Dit heeft alles te maken met de planopbouw van de twee soorten winkels. Het rolpad van de basisreferentiewinkel op palen staat reeds in een soort van open sas. De ventilatieverliezen via de inkom met een rolpad zijn dus in de basiswinkel al veel kleiner. Logischerwijs heeft een sas in de winkel op palen dus minder impact.

Hoewel de IRR van een sas aan de inkom niet boven de gevraagde 8% ligt, wordt deze conceptverbetering toch als valabel beschouwd omwille van het bijkomende positieve effect op het algemeen zomercomfort en het verminderen van onaangename tocht in de winter.

Figuur 68 illustreert duidelijk dat het plaatsen van een sas aan de inkom onafhankelijk is van de gebruikte isolatiegraad.

153

Gasverbruik [MWh]

250

200

150

100

50

0 0

10

20

30

40

50

inkom op de grond zonder sas [MWh]

inkom op palen zonder sas [MWh]

inkom op de grond met sas [MWh]

inkom op palen met sas [MWh]

60

70 K-peil

Figuur 68: relatie tussen het energieverbruik en het K-peil bij het plaatsen van een sas aan de inkom

3.3.4.4. Transit Een sas aan de transit komt in de letterlijke zin van het woord overeen met een tussenruimte waar een vrachtwagen volledig kan binnenrijden. Deze ruimte is voorzien van twee sectionaalpoorten, zodat de winkel nooit in direct contact met de buitenruimte staat.95 De meerinvestering voor de bouw van deze gesloten tussenruimte is erg hoog en niet in evenwicht met de jaarlijkse kostenbesparing. Omdat deze maatregel zelfs bij de basisisolatiegraad niet rendabel is, hebben wij deze niet verder getest. Een goedkoper alternatief, met een gelijkaardig effect, is de dockshelter.96 95 96


154

warmtebehoefte gasverbruik relatief gasverbruik elektriciteitsverbruik relatief elektriciteitsverbruik IRR totale primaire energie totale meerinvestering totale kostenbesparing CO2-uitstoot uren discomfort

BASIS overdekte loskade

BASIS dockshelter

EPB dockshelter

P1 dockshelter

P2 dockshelter

79,00 129,57 -31,61 158,41 0,30 3,91

81,06 132,93 -28,24 158,37 0,26 22,81

70,60 115,78 -28,30 158,52 0,26 21,45

49,63 78,39 -28,78 158,23 0,29 23,81

40,35 66,18 -28,53 158,10 0,27 21,37

512,63 20857,60 1043,17 137,89 23,00

515,56 4300,00 932,03 138,54 23,00

500,49 28150,00 1450,30 135,19 25,00

468,82 36875,75 2603,22 127,45 28,00

454,82 60300,25 3117,17 124,90 30,00

eenheid


Tabel 58: evaluatie van een overdekte loskade en een dockshelter bij de referentiewinkel op de grond

De IRR van een overdekte loskade bij een winkel op de grond is nog geen 4%. De maatregel reduceert de jaarlijkse energiekost nochtans aanzienlijk, maar de meerinvestering is in verhouding zeer hoog. De plaatsing van een dockshelter geeft een kleiner relatief gasverbruik, maar de meerinvestering ligt veel lager. Op die manier haalt een dockshelter een IRR van meer dan 21%.

Er dient echter wel extra aandacht besteed te worden aan het zomercomfort. De uren discomfort stijgen minimaal bij lage, maar steeds meer bij hogere isolatiegraden. De sectionaalpoort staat voornamelijk open gedurende de leveringen. Er wordt vooral ’s ochtends voor en ’s avonds na sluitingstijd geleverd. Dit wil zeggen dat door de beperking van de ventilatieverliezen, ook de toevoer van frisse buitenlucht op warme zomerdagen beperkt wordt.

155

BASIS overdekte loskade

BASIS dockshelter

EPB dockshelter

P1 dockshelter

P2 dockshelter

102,22 167,65 -30,78 160,42 0,18 3,71

104,01 170,57 -27,85 160,39 0,15 18,93

72,93 119,61 -27,90 158,63 0,21 18,45

50,88 83,44 -28,43 158,24 0,32 18,37

39,81 65,30 -28,16 158,13 0,28 18,28

551,93 20857,60 1015,61 146,99 40,00

554,49 5135,98 919,08 147,56 41,00

504,23 34610,98 2752,14 136,04 37,00

470,71 46011,73 3971,82 128,48 49,00

454,09 76886,23 4580,71 124,74 53,00


eenheid


Tabel 59: evaluatie van een overdekte loskade en een dockshelter bij de referentiewinkel op palen

Uit tabel 59 blijkt een vergelijkbaar effect bij het plaatsen van een overdekte loskade en een dockshelter bij een winkel op palen. De interne opbrengstvoet ligt evenwel lager. Dit komt door het feit dat een dockshelter voor een winkel op palen iets duurder is, omdat de sectionaalpoort uit praktisch oogpunt niet in de kopse gevel kan worden ingebouwd.

Figuur 69 toont dat een dockshelter een gelijkaardig effect heeft op de gasfactuur als een sas aan de inkom. De impact van een sas aan de sectionaalpoort is echter wel groter dan van een sas aan de inkom. Dit valt duidelijk af te leiden uit de vergelijking van de onderlinge afstand tussen de curves in figuur 69 en figuur 68.

156

Gasverbruik [MWh]

250

200

150

100

50

0 0

10

20

30

40

50

60

transit op de grond zonder dockshelter [MWh]

transit op palen zonder dockshelter [MWh]

transit op de grond met dockshelter [MWh]

transit op palen met dockshelter [MWh]

70 K-peil

Figuur 69: relatie tussen het energieverbruik en het K-peil bij het plaatsen van een dockshelter

3.3.4.5. Sas aan de gekoelde doorgang, inkom en transit De bouw van elk sas op zich is dus zowel economisch als ecologisch rendabel. Het lijkt echter niet zo zinvol aan de ene kant van de winkel te investeren in een sas, terwijl aan de andere kant gewoon koude lucht binnenstroomt vanuit de gekoelde doorgang, de inkom of de transit. Daarom werden in de volgende simulaties de drie sassen onderling gecombineerd voor de verschillende isolatiegraden.

157

BASIS

BASIS

EPB

P1

P2


98,28 161,18 158,11 -

59,49 97,56 -63,62 140,82 -17,29 28,59

50,38 82,62 -61,46 140,81 -17,44 25,56

32,50 53,30 -59,87 140,54 -17,40 25,01

22,12 36,28 -58,43 140,44 -17,40 24,93


540,33 144,05 20,00

439,85 15337,10 4200,16 119,03 20,00

426,39 40316,45 4691,71 116,01 48,00

399,32 49042,20 5686,01 109,91 60,00

383,74 72466,70 6256,26 106,41 72,00


Tabel 60: evaluatie van een dockshelter en een sas aan de inkom en de gekoelde doorgang bij de referentiewinkel op de grond

In tabel 60 staan in de eerste kolom de verschillende evaluatieparameters opgesomd van de basisreferentiewinkel. De andere kolommen zijn de rekenresultaten van de verschillende isolatiegraden met toepassing van sas aan zowel gekoelde doorgang, als inkom, als transit. Uit een vergelijking van de parameters kunnen we afleiden dat, door enerzijds te voldoen aan de thermische eisen van EPB en anderzijds drie sassen te bouwen, de warmtebehoefte halveert. Voor een isolatiegraad passief 2 wordt deze zelfs tot een vierde herleid. Het relatief elektriciteitsverbruik zal, net zoals bij een sas alleen aan de gekoelde doorgang, ongeveer constant zijn voor alle isolatiegraden. Er dient echter wel voldoende aandacht besteed te worden aan het zomercomfort. Door het beperken van de ventilatieverliezen komt minder koude in de winkel in de winter, maar ook in de zomer. De uren discomfort stijgen daarom beduidend, zeker met stijgende isolatiegraad. Om actieve koeling te vermijden, moet hier in de ontwerpfase al rekening mee gehouden worden. Verder in dit hoofdstuk bespreken wij enkele ventilatieprincipes en alternatieve bouwprincipes die het zomercomfort kunnen verbeteren.97 97

Zie hoofdstuk 3.3.8 Alternatieve bouwprincipes en hoofdstuk 3.3.10 Ventilatie.

158

BASIS

BASIS

EPB

P1

P2


120,99 198,42 160,24 -

84,19 138,07 -60,35 142,66 -17,59 24,09

52,84 86,67 -60,84 140,96 -17,47 22,73

32,82 53,82 -58,05 140,50 -17,42 22,22

22,32 36,60 -56,86 140,42 -17,43 22,01


593,38 153,07 34,00

480,90 17973,08 4123,28 128,49 32,00

430,41 48577,43 5983,64 116,93 95,00

399,70 59978,18 7110,93 109,99 110,00

384,00 90852,68 7685,06 106,46 127,00


Tabel 61: evaluatie van een dockshelter en een sas aan de inkom en de gekoelde doorgang bij de referentiewinkel op palen

Uit tabel 61 blijkt een vergelijkbaar effect bij het plaatsen van een dockshelter, een sas aan de inkom en aan de gekoelde doorgang bij een winkel op palen. Het aantal uren discomfort neemt hier echter wel meer en meer problematische waarden aan.

De interne opbrengstvoet voor deze drie ingrepen varieert voor alle verschillende varianten van 22 tot 28%. De combinatie van een dockshelter, een sas aan de inkom en aan de gekoelde doorgang is dus zeker het overwegen waard.

159

Figuur 70 toont het effect op het gas- en elektriciteitsverbruik van het toepassen van de voorgaande combinatie bij de verschillende isolatiegraden in een winkel op palen. Opvallend is de constante afname van het gas- en elektriciteitsverbruik doorheen de verschillende


K-peilen.

250

200

150

100

50

0 0

10

20

30

40

50

60

70 K-peil

gasverbruik zonder sas [MWh]

gasverbruik met inkom, VKC en transit sas [MWh]

elektriciteitsverbruik zonder sas [MWh]

elektriciteitsverbruik met inkom, VKC en transit sas[MWh]

Figuur 70: relatie tussen het energieverbruik en het K-peil bij het plaatsen van een dockshelter en een sas aan de inkom en de gekoelde doorgang

Figuur 71 toont de terugverdientijden van de verschillende maatregelen besproken in dit hoofdstuk ‘saswerking’. Hierbij wordt telkens rekening gehouden met de devaluatie door inflatie en verdiscontering, ook de jaarlijkse energieprijsstijgingen zijn ingecalculeerd.

160

Kost [€]

20000 15000 10000 5000 Tijd [jaar]

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-5000 -10000 -15000 1 toegang VKC

VKC sas

Groentensas

Inkom sas

Dockshelter

Overdekte loskade

Inkom en VKC sas

Inkom, VKC en transit sas

Figuur 71: relatie tussen het energieverbruik en het K-peil bij het plaatsen van een dockshelter en een sas aan de inkom en de gekoelde doorgang

We constateren dat de meerinvesteringen voor een sas aan de toegang van de gekoelde doorgang net niet binnen de 2 jaar terugbetaald is. Het gebruik van één toegang of een groentensas is zelfs zo goed als ogenblikkelijk terugbetaald. De toepassing van een sas aan de inkom blijkt minder rendabel, de terugverdientijd ligt er op 15 jaar. Hetzelfde geldt voor een overdekte loskade, daar wordt de terugverdientijd meer dan 20 jaar. De vrij goedkope meerinvestering van een dockshelter blijkt dan weer een betere aanpak voor het minderen van de ventilatieverliezen bij leveringen. De terugverdientijd wordt op 5 jaar geschat. De combinatie van meerdere sassen wordt als heel rendabel beschouwd, de terugverdientijd ligt er op minder dan 4 jaar.

161

3.3.5. Compactheid

De compactheid van een supermarkt is door zijn eenvoudig prismatisch volume reeds zeer goed. Toch werd eens nagegaan wat het energieverbruik zou zijn van een winkel met optimale compactheid, namelijk met als grondvlak een vierkant. Een tweede mogelijke verandering is de aanpassing van het beschermd volume door het reduceren van de vrije hoogte.

3.3.5.1. Optimaal grondplan Het rechthoekige grondplan van de basisreferentiewinkel is nu 25m breed en 50m lang. Om tot dezelfde vloeroppervlakte te komen met een vierkant grondplan, moeten beide zijden 35m lang zijn. Omdat de basisreferentiewinkel al een compactheid van 2 m heeft, stijgt deze slechts tot 2,033 m.

warmtebehoefte gasverbruik relatief gasverbruik elektriciteitsverbruik relatief elektriciteitsverbruik totale primaire energie totale meerinvestering totale kostenbesparing CO2-uitstoot uren discomfort

BASIS

EPB

BASIS

EPB

97,64 160,13 -1,05 158,19 0,08

86,86 142,45 -1,63 158,27 0,01

120,36 197,40 -1,03 160,25 0,01

88,38 144,94 -2,56 158,39 -0,04

539,58 -3410,55 34,72 143,90 20,00

523,87 18849,45 618,16 140,39 19,00

578,28 -3410,55 33,90 152,87 34,00

526,42 24474,45 1765,07 140,98 31,00

eenheid kWh/m² MWh MWh MWh MWh MWh € € ton h

Tabel 62: evaluatie van het verbeteren van de compactheid bij de referentiewinkel op de grond en op palen

162

Zoals men al kon vermoeden, heeft deze maatregel weinig effect. In tabel 62 neemt noch het gas-, noch het elektriciteitsverbruik noemenswaardig af. Nadat bleek dat ook met een stijgende isolatiegraad weinig of niets aan het energieverbruik verandert, werd besloten geen verdere varianten te onderzoeken. We kunnen besluiten dat het bouwvolume van een supermarkt door zijn prismatische vorm reeds zo compact is, dat verdere optimalisatie ervan geen zin heeft. De berekening van de IRR is hier niet van toepassing. De totale wandoppervlakte daalt met een stijgende compactheid, de totale bouwkost dus ook. Daarom is de meerinvestering bij de basisreferentiewinkel negatief.

3.3.5.2. Vrije hoogte De aanpassing van de vrije hoogte levert weliswaar een kleinere compactheid op, maar ook een kleiner beschermd volume. Doordat de vrije hoogte zal dalen, zal zowel het te verwarmen volume als de temperatuursgradiënt verkleinen. Daardoor zal op zijn beurt de verwarmingsbehoefte dalen. We testen hierbij twee varianten: het reduceren van de vrije hoogte in de transit alleen en het verlagen van de totale winkel.


EPB Transit 3 m

EPB Winkel 4,8 m

EPB Transit 3 m

EPB Winkel 4,8 m

83,11 136,30 -7,78 158,36 0,10

79,86 130,96 -13,11 158,08 -0,18

85,17 139,68 -7,82 158,52 0,10

81,88 134,29 -13,22 158,24 -0,19

518,56 19249,43 792,34 139,22 21,00

513,07 18058,50 1001,92 137,94 22,00

522,02 24874,43 2104,03 140,01 32,00

516,46 23683,50 2316,15 138,73 32,00

eenheid

kWh/m² MWh MWh MWh MWh MWh € € ton h

Tabel 63: evaluatie van het verlagen van de vrije hoogte bij de referentiewinkel op de grond en op palen

163

Standaard wordt in de transit een vrije hoogte van slechts 2,5 m geëist. Als men de hoogte van de transit van 5,30 m tot 3,00 m verlaagt, daalt de compactheid met 0,11 m. Indien men de hele winkel een 0,50 m verlaagt, daalt de compactheid met 0,14 m. Het beschermd volume wordt echter ook 625 m³ kleiner. Deze aanpassingen werden enkel voor een EPB-isolatiegraad onderzocht. Het spreekt voor zich dat de daling van de warmtevraag proportioneel is met de initiële referentiewarmtebehoefte.

Ook voor deze maatregel is de IRR niet van toepassing, omdat de meerinvestering voor een kleinere vrije hoogte alleen kleiner is dan nul. De totale meerinvestering om een winkel volgens EPB-eisen te bouwen zal dus iets kleiner worden, met een dalende vrije hoogte. Deze kostenloze veranderingen hebben een positief effect op het energieverbruik. Het verlagen van de hele winkelruimte heeft uiteraard het meeste effect. Maar ook het verlagen van de transit op zich heeft al een opmerkelijke daling van het gasverbruik tot gevolg zonder dat aan de vereiste vrije hoogte geraakt wordt. Een reductie van het verwarmd volume door middel van het strikt respecteren van de vrije hoogte, valt dus zeker in overweging te nemen. Uit commercieel oogpunt moet echter ook wel rekening gehouden worden met het verlies aan flexibiliteit van de winkelruimte.

164

3.3.6. Luchtdichtheid Vanuit de blower-door-test in het testfiliaal in Stekene werd voor de huidige standaardbouwwijze een infiltratrievoud van 0,2 h-1 aangenomen. Om de invloed van de luchtdichtheid na te gaan werd eerst een winkel getest met een verbeterde luchtdichtheid. Een zorgvuldige uitvoering met tochtstrippen tussen de verschillende cellenbetonpalen geeft een ventilatievoud van ongeveer 0,1 h-1. De betere luchtdichtheid wordt voor de verschillende isolatiegraden en ook in combinatie met de drie sassen samen getest.

BASIS

EPB

EPB 3sas

P2

P2 3sas


88,62 145,34 -15,84 157,99 -0,12 21,59

78,01 127,94 -16,14 158,09 -0,16 21,95

40,03 65,65 -16,97 140,71 -0,10 23,49

47,41 77,76 -16,95 157,77 -0,07 22,56

13,08 21,46 -14,82 140,49 0,06 19,88


525,79 2551,50 522,56 140,78 22,00

510,38 26401,50 1096,14 137,34 23,00

410,86 42867,95 5261,94 112,52 73,00

464,41 58551,75 2781,84 127,00 22,00

370,54 75018,20 6736,30 103,46 151,00


Tabel 64: evaluatie van het verbeteren van de luchtdichtheid bij de referentiewinkel op de grond

Uit tabel 64 blijkt dat het relatief gasverbruik nagenoeg constant is voor alle isolatiegraden, met of zonder sassen. Een vergelijkbaar effect wordt waargenomen bij de winkel op palen. Luchtdichter bouwen heeft dus in principe voor elke isolatiegraad evenveel zin. Naar gelang het Kpeil daalt, stijgt de interne opbrengstvoet, omdat de infiltratieverliezen een steeds groter aandeel innemen van de totale warmteverliezen. We

165

constateren dat bij een winkel met passief 2 isolatiegraad en drie sassen, het relatief gasverbruik lichtjes lager ligt. De totale warmteverliezen worden hier zodanig laag dat de warmtebehoefte in de buurt komt van zijn absoluut minimum.

Uit de analyse van saswerking bleek reeds dat hoe luchtdichter de winkel is, hoe slechter het zomercomfort wordt. Vooral de combinatie van een lager infiltratievoud en drie sassen zorgt voor een dramatische stijging van het aantal uren discomfort. Voor een passief 2 isolatiegraad en drie sassen wordt het zo warm in de winkel, dat het elektriciteitsverbruik van de gekoelde doorgang stijgt.

Om het belang van een zorgvuldige en precieze uitvoering na te gaan, wordt ook een winkel met onnauwkeurig uitgevoerde aansluitingen gesimuleerd. Het ventilatievoud van een slordige uitvoering van de huidige bouwwijze wordt op 0,4 h-1 geschat. De invloed hiervan wordt ook voor verschillende isolatiegraden en saswerkingen onderzocht.


BASIS

EPB

EPB 3sas

P2

P2 3sas

117,25 192,29 31,11 158,60 0,49

106,77 175,10 31,03 158,65 0,39

70,02 114,83 32,22 141,29 0,48

78,08 128,06 33,35 158,12 0,28

42,13 69,09 32,81 140,67 0,23

569,56 -1026,74 150,67 14,00

554,22 23850,00 -516,35 147,24 14,00

456,58 40316,45 3579,35 122,85 32,00

510,55 56000,25 1089,51 137,38 11,00

413,85 75018,20 5151,56 113,18 37,00


Tabel 65: evaluatie van het verslechteren van de luchtdichtheid bij de referentiewinkel op de grond

166

Uit tabel 65 blijkt dat de effecten van een slechtere luchtdichtheid onafhankelijk zijn van het K-peil en van het bouwprincipe op de grond of op palen. Het gasverbruik neemt hier niet af, maar neemt toe met een constante waarde. Het is niet mogelijk een IRR te berekenen van een aanpassing die geen extra investering vraagt en bovendien alleen extra kosten met zich meebrengt. Deze analyse toont enkel aan dat nalatigheid bij de uitvoering ernstige gevolgen kan hebben op het energieverbruik. Voor een winkel die voldoet aan de EPB-eisen stijgt het gasverbruik met maar liefst 17%. In de zomer komt meer frisse lucht in de winkel, dit zorgt voor een daling in het aantal uren discomfort.

Figuur 72 toont het gasverbruik in functie van het K-peil voor de verschillende graden van luchtdichtheid. De evenwijdige lijnen illustrereren

Gasverbruik [MWh]

duidelijk de constante invloed van de luchtdichtheid voor elke isolatiegraad.

250

200

150

100

50

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40 K-peil

ventilatievoud 0,1 [MWh]



Figuur 72: relatie tussen de luchtdichtheid en het K-peil bij de referentiewinkel op palen

167

3.3.7. Daglichtgebruik

Veel supermarktketens werken voornamelijk met kunstverlichting en weren het natuurlijk licht zoveel mogelijk uit hun winkels. Directe lichtinval vormt immers een gevaar voor de conservering van producten, door de UV- en infraroodstraling die daarmee gepaard gaat. Er bestaan echter genoeg manieren om enkel de nuttige lichtstraling binnen te trekken en de UV- en infraroodstraling zoveel mogelijk te weren. Er werden verschillende alternatieven om daglicht binnen te trekken getest: ramen in de gevel, daklichten, sheddaken en sunpipes. Voor al deze mogelijkheden werden steeds verschillende oriëntaties onderzocht.

3.3.7.1. Berekeningsmethode De energiewinst door de toepassing van daglicht wordt handmatig berekend volgens de norm NBN L 13-002 omtrent de ‘Voorafbepaling van de daglicht-verlichtingssterkte bij overtrokken hemel’. Deze norm dateert al van 1972, maar blijft actueel aangezien de berekeningsmethode sindsdien bijna niet veranderd is.

Eerst worden enkele, in de methodiek toegepaste parameters gedefinieerd. •

De binnenverlichtingssterkte Ep is voor verticale ramen afhankelijk van het referentiepunt in het lokaal. Dicht bij het raam zal steeds meer daglicht voorhanden zijn als dieper in het lokaal. In lokalen verlicht met bovenlichten krijgt men een gelijkmatige spreiding van het daglicht en spreekt men over een gemiddelde verlichtingssterkte.

[lux]

De minimaal vereiste binnenverlichtingssterkte wordt bij Colruyt op 300 lux genomen. 98 Op elk moment dat er minder daglicht voorhanden is, zal de kunstverlichting in deze zones ook moeten branden. 98

Zie hoofdstuk 3.5.3.2 Interne warmtewinsten, verlichting.

168

•

De gelijkmatige buitenverlichtingssterkte Eh wordt bekomen op een horizontaal vlak zonder obstructie – de verlichtingssterkte te wijten aan direct zonlicht wordt hier niet meegerekend.99

[lux]

Figuur 73 geeft het dagelijks percentage van de tijd weer gedurende dewelke de buitenverlichtingssterkte een bepaalde waarde overschreden heeft. De waarden zijn het gemeten gemiddelde over 10 jaar uit België.

Figuur 73: dagelijkse percentages van de tijd gedurende dewelke een bepaalde buitenverlichtingssterkte wordt gehaald in België

•

De daglichtfactor J is een dimensieloze parameter tussen 0 en 1, die de verhouding van de binnenverlichtingssterkte tot de buitenverlichtingssterkte uitdrukt. Deze factor is situatiespecifiek en is in principe het ‘rendement’ van het raam.

[%]

J = E p / Eh Vergelijking 30: daglichtfactor J

De geometrie en de inplanting van het raam zijn bepalend voor de waarde van de minimale daglichtfactor. Dit is de theoretische waarde van de daglichtfactor waarvoor nog geen correctiefactoren in rekening werden gebracht. De oriëntatie dient hier niet in rekening gebracht te worden, omdat de buitenverlichtingssterkte bij overtrokken hemel verondersteld wordt. 99

NBN L 13-002, ‘Voorafbepaling van de van de daglicht-verlichtingssterkte bij overtrokken hemel’, Brussel, 1972, p. 8.

169

Om een realistisch beeld van de lichtinval te kunnen geven, dienen nog enkele reductiefactoren in rekening gebracht te worden die rekening houden met de graad van bevuiling van de glazen, de aard van het glaswerk, de reflectie van de binnenvlakken en de eventuele zonnescherminrichting. Deze herrekende waarde noemt men de nuttige daglichtfactor Ju.

De spreiding van de binnenverlichtingssterkte voor lokalen verlicht door verticale vensters is totaal verschillend van lokalen met bovenlichten. Daarom wordt bij de berekeningsmethode een onderscheid gemaakt tussen beide.

3.3.7.1.1. Verticale unilaterale ramen Bij het gebruik van verticale

vensters

varieert

de

binnenverlichtingssterkte sterk bij een verschillende afstand tot het raam.

Daarom

wordt

de

winkelruimte

opgedeeld

in

vijf

gelijkwaardige zones. De zones lopen evenwijdig met de vensters en zijn elk 5 m diep. Per zone wordt nagegaan of en wanneer aan het minimaal verlichtingsniveau voldaan is.

De numerieke waarde van minimale daglichtfactor wordt bepaald aan de hand van figuur 74 in functie van de diepte van het lokaal. Aangezien we de totale winkeloppervlakte verdeeld hebben in zones, dienen we de daglichtfactor op verschillende dieptes te kennen. Als de reflectiefactor van de achterwand neutraal beschouwd wordt, kan de daglichtfactor op elk punt in het lokaal afgelezen worden door de diepte van het referentiepunt gelijk te stellen aan de hypothetische

Figuur 74: bepaling van de minimale daglichtfactor bij verticale ramen

170

diepte van het lokaal. De diepte van het referentiepunt wordt uitgedrukt als een veelvoud van de vensterhoogte, die in de gesimuleerde varianten 1 of 2 m is.

De breedte van de referentiewinkelruimte is 25 m en dus meer dan 10 m. In onze ontwerpvarianten strekt de venster zich ook bijna altijd over de hele breedte van het lokaal uit.100 Het vensterpercentage bedraagt dus 90% of meer. Om de daglichtfactor in functie van de diepte af te lezen, wordt dus steeds de bovenste curve gebruikt van figuur 74.

De minimale daglichtfactor wordt met behulp van onderstaande reductiefactoren omgerekend naar de nuttige daglichtfactor. •

Graad van bevuiling

0,90

101

•

Transmissiereductiefactor

0,93

102

Met behulp van de nuttige daglichtfactor Ju kan vanuit de minimaal vereiste binnenverlichtingssterkte van 300 lux, de minimale buitenverlichtingssterkte Eh berekend worden waarvoor geen extra kunstverlichting zal nodig zijn.

E h, min =

300 Ju

Vergelijking 31: minimale buitenverlichtingssterkte Eh

Uit figuur 73 kan dan afgeleid worden gedurende hoeveel procent van de totale zonnetijd aan deze minimumeis voldaan is. Dit percentage kan eenvoudig omgerekend worden naar het percentage van de totale dagelijkse openingsduur met behulp van tabel 66. 103 Deze tabel geeft de 100

Voor de concrete aangepaste plannen verwijzen we naar bijlage J. NBN L 13-002, ‘Voorafbepaling van de van de daglicht-verlichtingssterkte bij overtrokken hemel’, Brussel, 1972, Tabel VI, p. 23 102 NBN L 13-002, ‘Voorafbepaling van de van de daglicht-verlichtingssterkte bij overtrokken hemel’, Brussel, 1972, Tabel V, p. 23 103 NBN L 13-002, ‘Voorafbepaling van de van de daglicht-verlichtingssterkte bij overtrokken hemel’, Brussel, 1972, p. 8 101

171

gemiddelde zonnetijd per maand weer en de desbetreffende omrekenfactor. De algemene jaarlijkse omrekenfactor wordt dan gelijk aan 0,75 en is het gewogen gemiddelde van de verschillende maandelijkse factoren.

Januari Februari

Maart

April

Mei

Juni

Juli

Augustus September Oktober November December

Gem. zonnetijd [h]

8,2

9,8

11,6

13,6

15,3

16,4

15,8

14,4

12,4

10,6

8,8

7,8

Openingsduur

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

0,51

0,61

0,73

0,85

0,96

1,03

0,98

0,90

0,77

0,66

0,55

0,49

[h]

Omrekenfactor [-]

Tabel 66: bepaling van de maandelijks omrekenfactoren

Het berekende percentage geeft per zone aan hoeveel procent van de openingstijd aan de minimale verlichtingseis voldaan is en dus hoeveel procent van de tijd de kunstverlichting daar niet zal moeten branden. Indien men het jaarlijks referentieverbruik van de kunstverlichting per zone kent, kan men dus eenvoudig berekenen hoeveel MWh door de natuurlijke lichtinval bespaard wordt. Uit de analyse van de bestaande toestand konden we afleiden dat de verlichting ongeveer 9 W/m² verbruikt. Dit komt overeen met een jaarlijks verbruik van 44,9 kWh/m².

Uiteraard zijn er ook varianten met luifels boven de verticale vensters gesimuleerd. De inrichting van een luifel dient als correctiefactor kl in de nuttige daglichtfactor ingerekend te worden. De vermindering van de verlichtingssterkte kan voorgesteld worden door de verhouding van de niet-overschaduwde hoogte tot de gehele vensterhoogte. De waarde van deze correctiefactor is dus niet alleen afhankelijk van de hoogte van het venster en de breedte van de luifel, maar ook van de diepte van het referentiepunt in het lokaal.

ki =

h − hs h

Vergelijking 32: correctiefactor kl bij het gebruik van een luifel

172

3.3.7.1.2. Verticale bilaterale ramen Om de daglichtfactor bij bilaterale vensters te bepalen worden de daglichtfactoren van de afzonderlijke unilaterale vensters simpelweg gesommeerd. Figuur 75 geeft grafisch de daglichtfactoren van de verschillende unilaterale en bilaterale vensters weer in functie van de afstand tot de linkergevel. De daglichtintensiteit is bij bilaterale vensters in elk referentiepunt hoger dan de unilaterale situaties. Zoals verwacht bereikt

daglichtfactor [%]

de daglichtfactor een minimum in het midden van de ruimte.

3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0

5

10 unilateraal links

15 unilateraal rechts

20 25 afstand tot de linkergevel [m] bilateraal

Figuur 75: daglichtfactor bij unilaterale en bilaterale vensters in functie van de afstand tot de linkergevel

Eens de daglichtfactor per zone gekend is, kan men ook hieruit eenvoudig de minimaal vereiste buitenverlichtingssterkte en zo de vermindering van het energieverbruik berekenen volgens voorgaande methode.

173

3.3.7.1.3. Verticale ramen op aangrenzende gevels Om de daglichtfactor van verticale vensters op aangrenzende gevels te bepalen is de werkwijze analoog als bij bilaterale vensters, zij het in twee dimensies in plaats van één. In plaats van vijf lineaire zones, ontstaat er zo een matrix van 25 verschillende zones. Vanuit de daglichtfactor wordt voor iedere zone weer de minimale buitenverlichtingssterkte en de daarmee samenhangende energiebesparing berekend.

3.3.7.1.4. Bovenlichten Voor de bepaling van de daglichtfactor bij dakvensters, sheddaken en sunpipes is het niet nodig de totale oppervlakte te verdelen in zones. Als de bovenlichten voldoende gelijkmatig verdeeld zijn, kan men ervan uitgaan dat op ooghoogte de natuurlijke binnenverlichtingssterkte in elk referentiepunt dezelfde is. De verdeling is alleen dan gelijkmatig wanneer “de afstand tussen de assen van de rijen lichtopeningen niet groter is dan tweemaal de hoogte tussen de beglazing en het benuttigingsoppervlak (zie figuur 76).”

104

De daglichtfactor is dus voor de hele winkel dezelfde.

De bepaling van de daglichtfactor is verschillend voor dakvensters, sheddaken en sunpipes. Eens de daglichtfactor bepaald is, blijft de werkwijze bij de verschillende types van ‘bovenlichten’ volledig analoog met de werkwijze bij verticale ramen.

Figuur 76: bepaling van de minimale gelijkmatigheidgraad bij dakvensters

104

NBN L 13-002, ‘Voorafbepaling van de van de daglicht-verlichtingssterkte bij overtrokken hemel’, Brussel, 1972, p.30

174

De daglichtfactor van dakvensters kan grafisch bepaald worden aan de hand van figuur 77. De verhouding van de lengte van het lokaal tot de muurhoogte boven het benuttigingsvlak, is in dit geval 25/4 of ongeveer 6,0. De verhouding van het glaswerkoppervlak tot de totale vloeroppervlakte is afhankelijk van variant tot variant. De bepaling van de daglichtfactor van de sheddaken gebeurt aan de hand van figuur 78. De verhouding van de glaswerklengte – of duidelijker gezegd de glaswerkbreedte - tot de hoogte van de onderste boord boven het benuttigingsvlak is eveneens 6,0. De verhouding van de glaswerkhoogte tot de (over)spanning van de sheddaken varieert van variant tot variant. Een vrij recente ontwikkeling wat betreft bovenlichten is het gebruik van sunpipes. Dit systeem maakt gebruik van kleine dakvensters op het dak die het zonlicht via ‘pipes’ naar binnen brengen.

105

Figuur 77: daglichtfactor bij dakvensters

Op die manier kan er geprofiteerd worden van geconcentreerd

buitenlicht zonder daarbij de nadelige effecten te ervaren van tranmissieverliezen en zonnewarmte. Uit de productinformatie blijkt dat sunpipes met een diameter van 450 mm ook gedurende de winter een gemiddelde binnenverlichtingssterkte van 300 lux kunnen realiseren. Sunpipes van deze grootteorde hebben een daglichtfactor van 17%. Voor een gemiddelde daglichtintensiteit verlichten deze een oppervlakte van ongeveer 22 m², zodat er in totaal reductiefactoren

56 sunpipes in de referentiewinkel nodig zijn. Hierbij hoeven geen in rekening gebracht te worden, aangezien deze daglichtfactor reeds

specifiek voor deze sunpipes is berekend.106 105 106

Voor een detailtekening van de opbouw van een sunpipe verwijzen we naar bijlage K. Sunpipe, natural daylight where windows can’t reach, Monodraught, November 2005, p.14, www.sunpipe.com

Figuur 78: daglichtfactor bij sheddaken

175

3.3.7.2. Oriëntatie van verticale vensters In het voorgaande werd reeds bewezen dat de oriëntatie van de winkelinrichting weinig of geen invloed heeft op het bouwfysisch gedrag. Dit is echter totaal niet het geval bij verticale vensters. Het effect van de zonnewinsten toont grote variaties bij een verschillende oriëntatie. Bij de berekening van de lichtintensiteit wordt geen rekening gehouden met een verschillende oriëntatie, omdat er gerekend wordt met de minimale buitenverlichtingssterkte bij overtrokken hemel. Dit wil zeggen dat er niet met de directe zonnestraling gerekend wordt, maar enkel met diffuse straling, die voor elke oriëntatie dezelfde is. Voor de simulatie in TRANSYS komt het er op aan een beglazing aan te brengen in de vier verschillende gevels.

Oost

Zuid

West

Noord

eenheid


118,56 194,44 -3,98 157,83 -2,42 37,17

117,28 192,33 -6,09 157,84 -2,41 42,67

118,74 194,73 -3,70 157,82 -2,42 36,42

119,94 196,71 -1,72 157,75 -2,49 31,26



569,57 1273,48 457,22 150,56 57,00

567,69 1273,48 526,83 150,14 60,00

569,82 1273,48 447,78 150,62 60,00

571,41 1273,48 382,43 150,97 48,00

MWh € € ton h

Tabel 67: evaluatie van verticale ramen met verschillende oriëntaties bij de referentiewinkel op palen

Tabel 67 toont de simulatieresultaten van een raamoppervlak van 30 m² met dubbel glas in de basisreferentiewinkel op palen. In de resultaten bij een winkel op de grond wordt een vergelijkbaar effect waargenomen op het aantal uren discomfort en op het relatief gas- en

176

elektriciteitsverbruik. We weten dat de warmtebehoefte voor de basiswinkel op palen 120 W/m² bedraagt. We zien dus dat het plaatsen van dubbel glas in deze winkel voor alle oriëntaties een positief effect heeft op de warmtebehoefte. Er wordt een kleine variatie waargenomen in het relatief gasverbruik. Het relatief elektriciteitsverbruik varieert minder met veranderende oriëntatie. Op het zuiden zijn de zonnewinsten het grootst. De IRR is daar dan ook het hoogst. De hoge zonnewinsten zorgen er echter ook voor dat de uren discomfort bijna verdubbelen. In het westen en het oosten zijn de uren discomfort ongeveer even hoog als in het zuiden, maar is de jaarlijkse energiebesparing wel lager. De optimale oriëntatie blijkt dus het zuiden. Al moet men wel voldoende maatregelen nemen om de interne warmtewinsten in de zomer zoveel mogelijk te beperken. De IRR ligt nu boven de 40%, dus er is nog voldoende reserve voor een meerinvestering voor een beter zomercomfort.

Figuur 79 toont het gasverbruik in functie van de oriëntatie voor verschillende soorten glas. Enkel glas rendeert energetisch bijna alleen op zuid.

Gasverbruik [MWh]

Naarmate de glaskwaliteit verbetert, daalt het gasverbruik met altijd een dieptepunt op het zuiden.

205

200

195

190

185

180 noord

west enkel glas

zuid dubbel glas

verbeterd dubbel glas

oost

noord K-peil

hoog rendements glas

Figuur 79: relatie tussen oriëntatie en het gasverbruik bij verschillende soorten beglazing in de referentiewinkel op palen

177

Omdat de primaire energiefactor van elektriciteit meer dan drie keer zo groot is dan die van gas, zal een verandering in het elektriciteitsverbruik veel sneller een merkbare daling van de CO2-uitstoot teweeg brengen. Dankzij een strategische toepassing van daglicht zal de CO2-uitstoot met maar liefst 40% gereduceerd kunnen worden.

3.3.7.3. Isolatiegraad van de beglazing Men dient het optimum te vinden tussen de meerinvestering voor de verbeterde glaskwaliteit en de jaarlijkse energiebesparingen. Om na te gaan voor welke isolatiegraad het plaatsen van ramen zinvol is, werden zowel unilaterale ramen van 1 m hoog als bilaterale ramen van 2 m hoog (zie figuur 80) getest. De U-waarde van het glas is hierbij aangepast aan de isolatiegraad, met voor basis, EPB en passief 2 respectievelijk 2,8 1,4 en 0,85 W/m²K. Om een algemener beeld te geven van de verschillende maatregelen, gaan we niet uit van de optimale zuidelijke oriëntatie. De unilaterale ramen liggen op het oosten en de bilaterale op het oosten en het westen.

De toepassing van het daglichtgebruik en de optimalisering van de zonnewinsten zijn enkel zinvol wanneer de grootste verliesposten al zijn aangepakt. De basiswinkel wordt dus niet meer als referentie gebruikt. De volgende venstervarianten zullen vooral onderzocht worden op winkels waar de transmissie- en ventilatieverliezen reeds aanzienlijk aangepakt werden. Als referentie worden vanaf nu bijna alleen winkels genomen met drie sassen en een isolatiegraad die minimum aan EPB voldoet.

Figuur 80: Snede van de basisreferentiewinkel op de grond met een bilaterale beglazing van 2 m hoog

178

BASIS unilat. 1 m

EPB 3sas unilat. 1 m

P2 3sas unilat. 1 m

BASIS bilat. 2 m

EPB 3sas bilat. 2 m

P2 3sas bilat. 2 m


95,85 157,20 -3,98 155,69 -2,42 37,17

48,44 79,45 -3,17 138,29 -2,53 28,42

21,30 34,94 -1,34 138,27 -2,17 10,76

92,10 151,04 -10,14 145,20 -12,91 44,45

44,82 73,50 -9,12 127,68 -13,14 34,55

20,93 34,32 -1,96 127,85 -12,22 11,07


530,71 1273,48 457,22 141,55 34,00

417,22 41816,81 5100,09 113,59 81,00

377,11 75475,02 6565,87 104,60 161,00

498,93 4672,51 2015,92 132,90 109,00

385,35 45958,65 6570,40 104,91 301,00

350,51 87411,50 7834,40 97,13 622,00


Tabel 68: evaluatie van de verschillende isolatiegraden van de beglazing bij de referentiewinkels op de grond

De bilaterale ramen van 2 m hoog brengen duidelijk veel meer op dan unilaterale ramen van 1 m hoog. Het elektriciteitsverbruik neemt af met 2,5 MWh voor unilaterale ramen en met maar liefst 13 MWh voor bilaterale ramen. Het relatief elektriciteitsverbruik is dus alleen afhankelijk van de grootte van het vensteroppervlak en de oriëntatie. Ook op het gasverbruik heeft de grootte van het vensteroppervlak een positieve invloed. Hoe groter het vensteroppervlak, hoe hoger het aantal uren discomfort.

Een betere isolatiegraad van de vensters heeft geen effect op het elektriciteitsverbruik. Er valt immers nog steeds evenveel licht binnen. Het relatief gasverbruik neemt echter wel af met een stijgende isolatiegraad, hoewel de U-waarde van de vensters geen invloed heeft op de zonnewinsten. De transmissieverliezen door de vensters worden evenwel steeds groter ten opzichte van het referentiegasverbruik, omdat de Uwaarde van het glas niet dezelfde ondergrens kan behalen als die van de wanden. Hoogrendementsglas in passief 2 heeft daarom een kleinere

179

interne opbrengstvoet. Een stijgende isolatiegraad heeft helemaal geen invloed op de zonnewinsten. Toch stijgt het discomfort voor een hogere isolatiegraad en luchtdichtheid, omdat de warmte die in de winkel komt minder eenvoudig terug naar buiten kan. Het aantal uren discomfort stijgt tot maar liefst 1098 h bij een winkel op palen. BASIS unilat. 1 m

EPB 3 sassen unilat. 1 m

P2 3 sassen unilat. 1 m

BASIS bilat. 2 m

EPB 3 sassen bilat. 2 m

P2 3 sassen bilat. 2 m


118,56 194,44 -3,98 157,83 -2,42 37,17

50,85 83,39 -3,27 138,43 -2,53 28,65

21,50 35,26 -1,34 138,25 -2,17 10,76

114,38 187,58 -10,84 147,33 -12,91 44,95

47,06 77,17 -9,49 127,83 -13,14 34,77

20,90 34,27 -2,33 127,83 -12,59 11,16


569,57 1273,48 457,22 150,56 57,00

421,14 41816,81 6395,37 114,49 160,00

384,16 75475,02 7994,67 104,66 284,00

537,15 4672,51 2039,15 141,77 185,00

389,03 45958,65 7874,55 105,75 595,00

350,43 87411,50 9275,64 97,11 1098,00


Tabel 69: evaluatie van de verschillende isolatiegraden van de beglazing bij de referentiewinkels op palen

Figuur 81 toont in een staafdiagram het elektriciteitsverbruik en de uren discomfort voor elke variant, zowel voor een winkel op palen als voor een winkel op de grond. De stippellijnen tonen het gasverbruik en de uren discomfort van de basisreferentiewinkel. Wanneer het totaal aantal uren discomfort de 300 h overschrijden, worden ze niet meer weergegeven in de figuur.

180

300,00

50000

250,00

40000

200,00

30000

150,00

20000

100,00

10000

50,00

0

Aantal uren discomfort [h]

Elektriciteitsverbruik verlichting[MWh]

60000

0,00 BASIS unilat. 1 m

EPB unilat. 1 m

P_2 unilat. 1 m

Elektriciteitsverbruik verlichting [MWh]

BASIS bilat. 2 m

Aantal uren discomfort op palen [h]

EPB bilat. 2 m

P_2 bilat. 2 m

Aantal uren discomfort op de grond [h]

Figuur 81: relatie tussen het elektriciteitsverbruik en het aantal uren discomfort bij verschillende beglazingen

3.3.7.4. Zonnetoetreding bij verticale ramen De negatieve effecten van zonlicht, afkomstig van de infrarood- en de UV-straling, kunnen in de zomer de winkel te fel opwarmen en de productconservering in supermarkten in het gedrang brengen. Om een stijging van het aantal uren discomfort en de verkleuring van verpakkingen tegen te gaan, dient direct zonlicht zoveel mogelijk geweerd te worden. Dit kan aan de hand van een luifel of het gebruik van verbeterd glas.

181

De zonnetoetreding wordt onderzocht voor unilaterale, bilaterale en aangrenzende vensters van 30 m lang en 1 of 2 m hoog. Er worden luifels gesimuleerd van 1 en 2 m breed voor de verschillende soorten beglazing. Voor deze verschillende situaties wordt ook onderzocht hoe men de zonnetoetreding kan reduceren door middel van een verlaagde g-factor. Deze factor is een eigenschap van het toegepaste glas en geeft weer welk aandeel van de stralingswarmte van de zon wordt binnengelaten.


EPB 3 sassen luifel 1 m

P2 3 sassen luifel 1 m


P2 3 sassen luifel 1 m

50,24 82,39 -0,23 140,26 -0,56 0,95

22,42 36,77 0,49 140,12 -0,31 <0

52,71 86,44 -0,23 140,40 -0,56 0,97

22,62 37,10 0,49 140,11 -0,31 <0

424,79 42585,44 4766,22 115,57 52,00

383,40 76243,65 6281,90 106,28 79,00

428,80 50846,42 6058,14 116,50 102,00

378,32 94629,63 7710,71 106,34 139,00

eenheid


Tabel 70: evaluatie van een luifel bij unilaterale beglazing in de referentiewinkel op de grond en op palen

Voor unilaterale vensters zien we dat na de plaatsing van een luifel van 1 m breed, de introductie van beglazing bijna geen economisch voordeel meer biedt. Het elektriciteitsverbruik zakt nauwelijks door de verminderde lichtinval. Het gasverbruik stijgt zelfs bij een isolatiegraad volgens passief 2. De uren discomfort reduceren met ongeveer 50%, maar blijven nog steeds onaanvaardbaar hoog. Unilaterale vensters met een luifel van 1 m breed hebben dus helemaal geen economisch of ecologisch nut. Daarom werd een luifel van 2 m breed zelfs niet meer in overweging genomen.

182




EPB 3 sassen g-factor 0.3

EPB 3 sassen P2 3 sassen luifel 2 m, g 0.3 luifel 2 m, g 0.3

46,81 76,76 -5,86 129,46 -11,35 22,48

49,46 81,12 -1,50 131,87 -8,94 13,30

49,51 81,19 -1,43 127,13 -13,69 23,43

51,01 83,65 1,03 131,86 -8,95 9,92

23,23 38,10 1,82 131,63 -8,80 4,61

392,75 47601,21 6247,19 106,83 148,00

402,69 49243,76 5813,63 109,40 74,00

390,89 47895,55 6380,70 106,07 120,00

404,94 51180,66 5731,22 109,91 76,00

363,37 90696,61 7252,48 100,56 153,00

eenheid


Tabel 71: evaluatie van de verschillende zonnetoetreding maatregelen bij bilaterale beglazing in de referentiewinkel op de grond

Bij bilaterale vensters ligt de IRR van verschillende zonnetoetredingsmaatregelen hoger. Zo is de IRR van een raam met een luifel van 1 m nog 22,5% en worden de uren discomfort toch gehalveerd. De luifel verbreden naar 2 m heeft een lichte stijging van het elektriciteitsverbruik tot gevolg. Ook het gasverbruik zal opnieuw toenemen, omdat de zonnewinsten verder gereduceerd worden. Daardoor reduceert het aantal uren discomfort ook verder.

De toepassing van glas met een lagere g-factor heeft een minder grote impact op het relatief energieverbruik en dus ook op het aantal uren discomfort. De combinatie van luifel en verlaagde g-factor heeft uiteraard het meeste effect. De interne opbrengstvoet haalt de 10% net niet en het aantal uren discomfort is tot ongeveer een zesde herleid. Het zomercomfort is echter nog steeds slechter als dat van de basisreferentiewinkel.

183

In de winkel met een isolatiegraad naar passiefnormen werd ook glas met een verlaagde g-factor in combinatie met een luifel van 2 m gesimuleerd. Het effect is gelijkaardig als voor een EPB-isolatiegraad. Het elektriciteitsverbruik blijft ongeveer constant en het gasverbruik neemt verder toe. Het aantal uren discomfort worden van 1098 tot 152 h herleid, wat nog altijd zeer veel is. Bovendien is de IRR ondertussen onder de vereiste 8% gezakt.






49,10 80,53 -6,14 129,61 -11,35 22,61

51,92 85,15 -1,51 132,02 -8,94 13,31

51,83 85,00 -1,66 127,28 -13,69 23,53

53,45 87,66 1,00 132,01 -8,95 9,93

23,40 38,37 1,77 131,62 -8,80 4,63

396,51 55862,19 7548,40 107,69 293,00

406,69 57504,74 7106,04 110,32 147,00

394,69 56156,53 7680,30 106,94 237,00

408,92 59441,64 7024,31 110,82 150,00

363,58 109082,59 8682,93 100,61 269,00

eenheid


Tabel 72: evaluatie van de verschillende zonnetoetreding maatregelen bij bilaterale beglazing in de referentiewinkel op palen

Voor de winkel op palen zijn de resultaten volledig analoog (zie tabel 72). Het relatief elektriciteitsverbruik is zelfs zo goed als identiek. Alleen het aantal uren discomfort ligt nog altijd een stuk hoger, hoewel het zomercomfort steeds met ongeveer hetzelfde percentage verbetert.

Figuur 82 illustreert de geringe variatie van het elektriciteitsverbruik voor de verschillende aanpassingen. Het zomercomfort fluctueert veel over de verschillende varianten.

184

300,00

50000

250,00

40000

200,00

30000

150,00

20000

100,00

10000

50,00

0



60000

0,00 EPB luifel 1 m

EPB luifel 2 m


EPB g_0,3

EPB luifel 2 m g_0,3


P_2 Luifel 2 m g_0,3


Figuur 82: relatie tussen het elektriciteitsverbruik en het aantal uren discomfort bij verschillende bilaterale beglazingen

Voor vensters die op twee aanliggende zijden liggen, zijn dezelfde varianten onderzocht en komen we tot gelijkaardige conclusies. Doordat de ramen zo dicht in elkaars buurt liggen, kan hun resultaat op de verschillende ramen niet gewoonweg gesuperponeerd worden. Dit is bij bilaterale ramen wel het geval. Het elektriciteitsverbruik zal daardoor iets meer variëren ten gevolge van de veranderende zonnetoetreding. De gasverbruiken zullen in verhouding ook meer stijgen of dalen dan bij bilaterale ramen. Concreet wil dit zeggen dat de IRR voor aangrenzende ramen iets lager zal liggen. Het aantal uren discomfort ligt evenwel ook lager voor elke mogelijke variant.

Figuur 83 toont de variaties in het elektriciteitsverbruik bij winkels met een raamoppervlak van 60 m² in zowel de zuiden als de oostgevel. Ook hier zijn de fluctuaties in het aantal uren discomfort duidelijk zichtbaar.

185





48,47 79,48 -3,13 132,72 -8,09 12,71

48,21 79,07 -3,55 129,89 -10,93 19,91

52,27 85,72 3,10 132,64 -8,18 8,12

21,86 35,84 -0,43 132,49 -7,95 4,38

403,34 49243,76 5765,39 109,67 61,00

395,88 47895,55 6119,80 107,59 116,00

408,74 51180,66 5569,34 110,87 49,00

363,48 90696,61 7224,13 100,71 116,00

eenheid


Tabel 73: evaluatie van de verschillende zonnetoetreding maatregelen bij beglazing in aangrenzende gevels van de referentiewinkel op de grond


50,93 83,53 -3,13 132,87 -8,09 12,71

50,56 82,91 -3,75 130,04 -10,93 20,00

54,74 89,77 3,10 132,79 -8,18 8,12

22,05 36,17 -0,43 132,47 -7,95 4,38

407,36 57504,74 7057,32 110,59 121,00

399,71 56156,53 7418,57 108,47 229,00

412,75 59441,64 6861,27 111,79 96,00

363,74 109082,59 8652,93 100,76 204,00


Tabel 74: evaluatie van de verschillende zonnetoetreding maatregelen bij beglazing in aangrenzende gevels van de referentiewinkel op palen

186

300,00

50000

250,00

40000

200,00

30000

150,00

20000

100,00

10000

50,00

0



60000

0,00 EPB luifel 2 m

EPB g_0,3


EPB g_0,3, luifel 2 m


P_2 g_0,6, luifel 2 m


Figuur 83: relatie tussen het elektriciteitsverbruik en het aantal uren discomfort bij verschillende beglazingen in aangrenzende gevels

Verticale vensters kunnen dus zeker en vast een reductie van het primaire energieverbruik genereren, maar ook hier dient dezelfde opmerking in verband met het zomercomfort gemaakt te worden. De zonnetoetreding beperken is slechts in beperkte mate rendabel, want hiermee wordt ook de daglichtintensiteit gereduceerd. Andere maatregelen ten aanzien van het zomercomfort dienen dus in overweging genomen te worden.107

107

Zie hoofdstuk 3.3.8 Alternatieve bouwprincipes en hoofdstuk 3.3.10 Ventilatie.

187

3.3.7.5. Dakvensters De dakramen worden in een grid ontworpen waarbij de afstand tussen de assen in beide richtingen 3 m is. Dit komt overeen met 32 dakvensters. Deze hebben een oppervlakte van 1 of 2 m², wat overeenkomt met een totale glasoppervlakte van 32 of 64 m².

De daglichtfactor van horizontale dakvensters is veel hoger dan die van verticale vensters. Een hogere binnenverlichtingssterkte gaat echter gepaard met een hogere zonnetoetreding. De zon buiten houden met behulp van luifels is voor horizontale dakvensters onmogelijk en glaswerk met een gereduceerde g-factor alleen is onvoldoende. Daarom worden ook varianten met een zonnewerende folie gesimuleerd. Een zonnewerende folie reduceert de binnenverlichtingssterkte wel met zo’n 15%, maar de infraroodstraling wordt verlaagd met 80% en de UV-straling met ca. 99%.


EPB 3 sassen 32 m²

EPB 3 sassen 32 m² + folie


P_2 3 sassen 32 m²

P_2 3 sassen 32 m² folie

P_2 3sassen 64 m² folie

eenheid

48,75 79,95 -2,66 139,55 -1,27 0,68

51,36 84,22 1,61 139,36 -1,45 <0

52,36 85,88 3,26 123,97 -16,85 15,83

21,39 35,08 -1,20 139,34 -1,09 <0

23,14 37,94 1,67 139,02 -1,42 <0

24,21 39,70 3,42 123,66 -16,78 10,70


420,83 47947,49 4932,12 114,58 89,00

424,20 48693,73 4813,13 115,31 57,00

387,21 53126,42 6603,80 104,79 63,00

379,93 85168,78 6428,13 105,39 181,00

381,69 85915,02 6371,64 105,74 90,00

344,88 91014,30 8155,14 95,26 118,00

MWh € € ton h

Tabel 75: evaluatie van de verschillende dakramen in de referentiewinkel op de grond

188

Uit tabel 75 blijkt duidelijk dat een vensteroppervlakte van 32 m² een minimaal effect heeft, zeker in combinatie met een zonnewerende folie. De IRR is voor een winkel naar EPB-eisen nog net positief, voor elke hogere isolatiegraad is de IRR echter negatief. Bovendien neemt het aantal uren discomfort, ook met zonnewerende folie, toe. Voor een isolatiegraad naar passiefnormen is enkel de variant met 64 m² aan dakvensters rendabel. De IRR is dan ca. 10%. De zonnewerende folie beperkt het aantal uren discomfort weliswaar, maar toch blijven ze voor een winkel op de grond 120 h en voor een winkel op palen 200 h.


EPB 3 sassen 32 m²



P_2 3 sassen 32 m²

P_2 3 sassen 32 m² folie

P_2 3sassen 64 m² folie

51,14 83,88 -2,79 139,70 -1,27 0,79

53,81 88,25 1,59 139,51 -1,45 <0

54,81 89,89 3,22 124,12 -16,85 15,84

21,51 35,28 -1,32 139,33 -1,09 <0

23,33 38,26 1,65 139,00 -1,42 <0

24,38 39,99 3,38 123,64 -16,78 10,49

424,73 56208,47 6228,18 115,48 176,00

428,20 56954,71 6105,72 116,23 113,00

391,19 61387,40 7897,04 105,70 125,00

380,07 103904,90 7861,19 105,42 320,00

381,94 104651,14 7800,84 105,79 159,00

345,10 109750,42 9585,15 95,30 208,00

eenheid


Tabel 76: evaluatie van de verschillende dakramen in de referentiewinkel op palen

Figuur 84 toont duidelijk dat dakvensters pas rendabel zijn vanaf een bepaalde vensteroppervlakte. Het elektriciteitsverbruik van een winkel met 32 m² vensteroppervlakte daalt weinig of niets in vergelijking met de daling voor 64 m². De zonnewerende folie zorgt voor een duidelijke daling in het aantal uren discomfort.

189

300,00

50000

250,00

40000

200,00

30000

150,00

20000

100,00

10000

50,00

0



60000

0,00 EPB dakraam 32 m² EPB dakraam 32 m² EPB dakraam 64 m² P_2 dakraam 32 m² P_2 dakraam 32 m² P_2 dakraam 64 m² IR folie IR folie IR folie IR folie Elektriciteitsverbruik verlichting [MWh]



Figuur 84: relatie tussen het elektriciteitsverbruik en het aantal uren discomfort bij verschillende dakvensters

3.3.7.6. Sheddaken De basisreferentiewinkel is opgebouwd uit 8 overspanningen van elk 6 m breed. Ter hoogte van elk van deze balken wordt het dakvlak opgetild, zodat daar een raamopening over de hele breedte ontstaat. Deze sheddaken werden respectievelijk 30, 50, 100, 150 en 200 cm hoog genomen. Deze werden getest op de referentiewinkel met EPB- en passief 2 isolatiegraad. De oriëntatie van sheddaken wordt niet voor niets meestal noordelijk gekozen, maar toch werd ook één zuidelijke oriëntatie gesimuleerd om de effecten op het gasverbruik en het aantal uren discomfort te kunnen evalueren.

190

EPB 3 sassen EPB 3 sassen EPB 3 sassen EPB 3 sassen EPB 3 sassen EPB 3 sassen EPB 3 sassen eenheid 0.3 m, g 0.6 0.3 m, g 0.3 0.5 m, g 0.3 1.0 m, g 0.3 1.5 m, g 0.3 2.0 m, g 0.3 1.0 m, zuid warmtebehoefte gasverbruik relatief gasverbruik elektriciteitsverbruik relatief elektriciteitsverbruik IRR totale primaire energie totale meerinvestering totale kostenbesparing CO2-uitstoot uren discomfort

49,98 81,97 -0,65 139,57 -1,25 <0

52,20 85,60 2,98 139,40 -1,41 <0

53,50 87,74 5,12 131,49 -9,32 4,14

57,02 93,51 10,90 124,15 -16,66 9,13

60,79 99,69 17,08 120,79 -20,03 7,69

64,74 106,17 23,55 118,40 -22,41 6,01

51,18 83,93 1,32 124,39 -16,43 10,12

422,70 47388,10 4863,07 115,01 97,00

425,55 0,00 4762,44 115,62 66,00

407,70 58734,45 5640,23 110,47 82,00

394,55 58718,87 6329,67 106,46 116,00

391,69 64075,87 6529,46 105,32 167,00

391,56 69913,60 6601,29 104,95 215,00

386,51 60103,96 6618,77 104,69 166,00


Tabel 77: evaluatie van de verschillende sheddaken in de EPB referentiewinkel op de grond

Uit de simulatieresultaten blijkt dat sheddaken bij een winkel op de grond met EPB isolatiegraad niet rendabel zijn voor ramen met een hoogte van 30 cm. De IRR is hier negatief en het aantal uren discomfort wordt tot vijfmaal zo hoog als bij de basisreferentiewinkel. De sheddaken zijn dus enkel een realistisch alternatief als glas met een verlaagde g-factor gebruikt wordt. Wanneer de IRR van de overige hoogtes wordt vergeleken, blijkt dat ramen met een hoogte van 1 m duidelijk het meest opbrengen in vergelijking met de meerkost. Bij hogere ramen wordt de IRR steeds lager en stijgt het aantal uren discomfort bovendien. De laatste kolom van tabel 77 is een sheddak van 1 m hoog dat georiënteerd is op het zuiden. De IRR voor deze variant is lichtjes hoger, omdat het gasverbruik door de zonnewinsten 9 MWh lager ligt. Het totaal aantal uren discomfort stijgt echter ook met 50 uren.

191

EPB 3 sassen EPB 3 sassen EPB 3 sassen EPB 3 sassen EPB 3 sassen EPB 3 sassen EPB 3 sassen eenheid 0.3 m, g 0.6 0.3 m, g 0.3 0.5 m, g 0.3 1.0 m, g 0.3 1.5 m, g 0.3 2.0 m, g 0.3 1.0 m, zuid warmtebehoefte gasverbruik relatief gasverbruik elektriciteitsverbruik relatief elektriciteitsverbruik IRR totale primaire energie totale meerinvestering totale kostenbesparing CO2-uitstoot uren discomfort

52,36 85,86 -0,80 139,72 -1,25 <0

54,64 89,61 2,94 139,55 -1,41 <0

55,93 91,72 5,06 131,64 -9,32 7,31

59,39 97,41 10,74 124,30 -16,66 9,16

63,11 103,50 16,83 120,93 -20,03 7,74

67,03 109,93 23,26 118,55 -22,41 6,06

53,50 87,74 1,07 124,54 -16,43 10,17

426,57 55649,08 6160,01 115,89 192,00

429,53 56580,28 6055,72 116,53 130,00

411,65 61370,43 6934,31 111,38 162,00

398,42 66979,85 7626,69 107,34 230,00

395,48 72336,85 7829,37 106,20 330,00

395,31 78174,58 7902,81 105,81 426,00

390,30 68364,94 7918,82 105,56 329,00


Tabel 78: evaluatie van de verschillende sheddaken in de EPB referentiewinkel op palen

Uit tabel 78 blijkt dat bij een winkel op palen met EPB isolatiegraad vergelijkbare resultaten bekomen worden. Het aantal uren discomfort stijgt hier wel meer en meer tot dramatische hoogtes, zeker bij het sheddak dat gericht is op het zuiden.

Figuur 85 toont duidelijk de relatie tussen het elektriciteitsverbruik van de verlichting en het aantal uren discomfort bij de verschillende types van sheddaken.

192

300,00

50000

250,00

40000

200,00

30000

150,00

20000

100,00

10000

50,00

0



60000

0,00 EPB sheddak 0,3 m g_0,6

EPB sheddak 0,3 m g_0,3







EPB sheddak zuid 1,0 m g_0,3


Figuur 85: relatie tussen het elektriciteitsverbruik en het aantal uren discomfort bij verschillende sheddaken

Tabellen 79 en 80 tonen dat de impact van sheddaken op gebouwen met een hogere isolatiegraad analoog is. Ook hier is de variant met een raam van 1 m hoog de meest rendabele. De IRR ligt echter wel lager, omdat de extra transmissieverliezen steeds groter worden in vergelijking met de referentiewarmtebehoefte. De maximale IRR voor sheddaken voor een passief 2 referentiewinkel is slechts 5,8%. Het aantal uren discomfort is bovendien nog hoger bij een hogere isolatiegraad.

Figuur 86 toont duidelijk de tussen het elektriciteitsverbruik van de verlichting en het aantal uren discomfort bij de verschillende types van sheddaken.

193


P2 3 sassen 0.5 m, g 0.3

P2 3 sassen 1.0 m, g 0.3

P2 3 sassen 1.5 m, g 0.3

24,46 40,11 3,83 131,12 -9,31 4,12

26,08 42,78 6,50 123,94 -16,50 5,84

27,98 45,89 9,61 120,71 -19,73 4,91

363,91 91739,01 7246,59 100,61 118,00

348,34 100371,15 8020,61 96,07 230,00

343,07 108630,49 8305,52 94,42 363,00


Tabel 79: evaluatie van de verschillende sheddaken in de passief 2 referentiewinkel op de grond


24,63 40,39 3,79 131,11 -9,31 4,13

26,21 42,98 6,38 123,92 -16,50 5,86

28,08 46,06 9,45 120,69 -19,73 4,93

364,13 110124,99 8676,65 100,65 209,00

348,49 118757,13 9453,43 96,11 405,00

343,19 127016,47 9739,53 94,45 641,00


Tabel 80: evaluatie van de verschillende sheddaken in de passief 2 referentiewinkel op palen

194

300,00

50000

250,00

40000

200,00

30000

150,00

20000

100,00

10000

50,00

0



60000

0,00 P_2 sheddak noord 0,5 m g_0,3

P_2 sheddak noord 1,0 m g_0,3


P_2 sheddak noord 1,5 m g_0,3

EPB 56 sunpipes


P_2 56 sunpipes


Figuur 86: relatie tussen het elektriciteitsverbruik en het aantal uren discomfort bij verschillende sheddaken en sunpipes

3.3.7.7. Sunpipes Sunpipes zijn een soort van uitgerokken kleine dakkoepels die door hun geometrische vorm het zonlicht geconcentreerd naar binnen leiden en de warmtebalans zo weinig mogelijk proberen te beïnvloeden. Officieel zijn ze gepatenteerd als “a system having a tubular body with a transparent cover to prevent the ingress of dust and with a second transparent cover locating at ceiling level and attached to the tubular body. The composition of all components prevents excess air movement, which creates a static column […] that acts as an insulator which prevents heat from entering and conversely in winter from escaping the room.”108

108

Sunpipe, natural daylight where windows can’t reach, Monodraught,November 2005, p.3

195

Niet alleen de zonnewinsten worden gereduceerd door de verminderde doorgang van infraroodstraling, maar ook de UV-straling wordt voor het grootste deel gefilterd. De verkleuring van producten zou dus ook niet meer mogen voorkomen. De sunpipes worden bij een isolatiegraad van EPB en van passief 2 onderzocht.


EPB 3sas

P2 3sas

EPB 3sas

P2 3sas

49,85 81,76 -0,86 113,50 -27,31 20,04

22,00 36,08 -0,20 113,17 -27,26 19,87

52,31 85,78 -0,88 113,65 -27,31 20,04

22,18 36,38 -0,22 113,16 -27,26 19,88

357,34 57732,45 7994,73 96,57 58,00

315,40 89882,70 9531,99 87,13 94,00

361,33 65993,43 9287,57 97,49 115,00

315,64 108268,68 10961,48 87,18 166,00


Tabel 81: evaluatie van de verschillende simulaties met sunpipes in de referentiewinkels op de grond en op palen

Omdat de minimale daglichtfactor van de sunpipes de hoogste is van allemaal en de meerinvestering niet noemenswaardig hoger is dan gewone vensters, zullen sunpipes de hoogste IRR hebben. Met een IRR van gemiddeld 20% voor alle isolatiegraden en bouwconcepten, worden sunpipes de meest rendabele toepassing van daglicht. Het elektriciteitsverbruik daalt spectaculair en constant voor elke isolatiegraad. Het gasverbruik blijft daarentegen quasi onveranderd, omdat zowel de zonnewinsten als de transmissieverliezen door de sunpipes verwaarloosbaar klein zijn. Bovendien stijgt het aantal uren discomfort veel minder snel als bij andere daglichttoepassingen. Figuur 86 toont ook de relatie tussen het elektriciteitsverbruik en het aantal uren discomfort bij de verschillende simulaties met sunpipes.

196

300,00

50000

250,00

40000

200,00

30000

150,00

20000

100,00

10000

50,00

0



60000

0,00 bilat. luifel 2 m

bilat. g-factor 0,3


dakraam 64 m² + IR folie

sheddak 1,0 m g-factor 0,3


56 sunpipes


Figuur 87: samenvatting van de meest haalbare daglichttoepassingen in een winkel volgens EPB en drie sassen

Figuur 87 vat de meest haalbare varianten van de verschillende daglichttoepassing samen voor een winkel die voldoet aan de EPB-eisen en bovendien drie sassen bezit. Aan de hand van dit diagram kan voor elk van de voorgaande alternatieven onderzocht worden of de daling van het elektriciteitsverbruik al dan niet opweegt tegen de stijging van het aantal uren discomfort. We kunnen concluderen dat de sunpipes een duidelijk economisch en thermisch voordeel bieden tegenover de andere daglichttoepassingen.

Er moet wel opgemerkt worden dat verticale ramen een bijkomend commercieel voordeel kunnen bieden. Een groot glasvlak naar de straat zal de winkel meer betrekken bij zijn omgeving en zo zorgen voor een zekere vorm van visuele reclame.

197

3.3.8. Alternatieve bouwprincipes

In dit hoofdstuk zullen maatregelen geanalyseerd worden die niet zozeer het energieverbruik optimaliseren, maar wel het aantal uren discomfort reduceren. Zoals bleek bij de analyse van de huidige situatie is het zomercomfort in sommige bestaande filialen al een pijnpunt. Veel van de bovenstaande maatregelen verminderen het gasverbruik door de zonnewinsten te verhogen of de interne ventilatieverliezen aan te pakken. In de winter zijn deze dus gewenst, in de zomer kunnen deze echter voor aanzienlijke comfortproblemen zorgen. Hier zullen enkele alternatieve bouwprincipes aangehaald worden, die het gebouw van een grotere traagheid voorzien. De steeldeck opbouw kan vervangen worden door een prefabstructuur van beton of cellenbeton. Het dakpakket kan voorzien worden van een groenlaag, die het dakpakket extra massa geeft. Een ander alternatief is het toepassen van een reflecterende dakbedekking. De anders zwarte dakbedekking absorbeert de zonnewarmte en zorgt voor veel comfortproblemen tijdens de zomer.

3.3.8.1. Prefabstructuur van beton Het meest voor de handliggende is de stalen geprofileerde plaat veranderen in een structuur van betonnen prefabwelfsels. Dit alternatief hebben we onderzocht met een isolatie van 10, 15 en 22 cm EPS, wat overeenkomt met een U-waarde van 0,32 0,22 en 0,15 W/m²K of een isolatiegraad volgens BASIS of EPB, passief 1 en passief 2.

Voor de evaluatie van de alternatieve bouwprincipes kan geen IRR berekend worden. De meerinvestering heeft immers veelal een stijging van het energieverbruik tot gevolg. Voor een betondak bijvoorbeeld zal het gasverbruik een beetje stijgen, omdat meer warmte in de massa van het gebouw opgeslagen zal worden. Het gebouw reageert dus met een grotere thermische traagheid. Het elektriciteitsverbruik zal daarentegen dalen, als het aantal uren discomfort daalt. Hoe frisser het in de winkel is, hoe kleiner de interne ventilatieverliezen in de zomer en dus hoe kleiner de koudevraag.

198

warmtebehoefte gasverbruik relatief gasverbruik elektriciteitsverbruik relatief elektriciteitsverbruik totale primaire energie totale meerinvestering uren discomfort

BASIS

EPB

Passief 1

Passief 2

100,52 164,85 3,67 158,07 -0,04

89,72 147,14 3,06 158,20 -0,05

69,88 114,60 1,43 157,90 -0,04

58,43 95,82 1,11 157,82 -0,02

543,54 140568,75 10,00

527,93 164418,75 10,00

497,89 169162,00 11,00

480,79 190854,00 11,00

eenheid kWh/m² MWh MWh MWh MWh MWh € h

Tabel 82: evaluatie van een prefab betondak in de verschillende isolatiegraden bij de referentiewinkel op de grond


123,48 202,51 4,09 160,21 -0,03

91,74 150,46 2,96 158,38 -0,05

69,21 113,50 1,62 157,87 -0,06

57,59 94,45 0,98 157,79 -0,06

582,78 140568,75 16,00

531,35 170043,75 14,00

496,82 177462,00 13,00

479,48 206604,00 14,00

kWh/m² MWh MWh MWh MWh MWh € h

Tabel 83: evaluatie van een prefab betondak in de verschillende isolatiegraden bij de referentiewinkel op palen

Het aantal uren discomfort wordt zowel voor de winkel op palen als voor de winkel op de grond teruggebracht tot minder dan de helft. Deze verbetering van het zomercomfort is echter geen goedkope maatregel. Uit de meerinvestering van de basiswinkel met betondak kan worden afgeleid dat een betondak ongeveer 115 €/m² extra kost. De grote comfortverbetering is te danken aan de verbeterde thermische traagheid door het beton.

199

100,00 90,00

200

80,00 70,00

150

60,00 50,00

100


Gasverbruik [MWh]

250

40,00 30,00

50

20,00 10,00

0

0,00 BASIS betondak

EPB betondak

Gasverbruik op palen - op de grond[MWh]

P_1 betondak


P_2 betondak


Figuur 88: relatie tussen het gasverbruik en het aantal uren discomfort bij een betondak in de verschillende isolatiegraden

Figuur 88 illustreert voor de verschillende isolatiegraden het effect van een betonnen dakstructuur. De twee grijze kolommen geven telkens het gasverbruik weer bij de desbetreffende winkels op palen en op de grond. De stippenlijnen tonen het oorspronkelijk aantal uren discomfort bij de basisreferentiewinkels.

Het gebruik van een betondak zal verder nog getest worden in combinatie met nachtventilatie, die pas dan efficiënt zal kunnen functioneren wanneer het gebouw enige traagheid bezit.

200

3.3.8.2. Prefab dakstructuur van cellenbeton De toepassing van cellenbeton in het dak is een bouwprincipe waarbij de extra massa in het dakpakket meteen ook isolerend is. Om de traveeën van 6 m te kunnen overspannen moeten de cellenbeton welfsels 20 cm dik zijn. Deze dikte alleen is nog niet toereikend om de basisisolatiegraad van 0,30 W/m²K te halen, daarom wordt nog een 7 cm dikke laag rotswol toegevoegd. Een aparte laag rotswol is immers goedkoper en eenvoudiger te plaatsen dan dikkere cellenbetonwelfsels.


BASIS

EPB

Passief 1

Passief 2

98,57 161,65 0,47 158,17 0,06

88,64 145,36 1,29 158,25 -0,01

68,92 113,03 -0,14 157,91 -0,03

57,89 94,94 0,22 157,83 -0,01

540,90 61323,75 18,00

526,44 85173,75 15,00

496,51 93877,00 14,00

480,01 117279,25 14,00

eenheid kWh/m² MWh MWh MWh MWh MWh € h

Tabel 84: evaluatie van een prefab cellenbetondak in de verschillende isolatiegraden bij de referentiewinkel op de grond


122,12 200,28 1,85 160,23 -0,01

90,69 148,74 1,23 158,42 -0,01

68,37 112,13 0,25 157,92 -0,01

57,10 93,65 0,19 157,85 -0,01

580,83 61323,75 31,00

529,91 90798,75 31,00

495,72 102177,00 24,00

478,90 133029,25 22,00


Tabel 85: evaluatie van een prefab cellenbetondak in de verschillende isolatiegraden bij de referentiewinkel op palen

201

Uit de simulaties van een cellenbetonnen dakstructuur voor de verschillende isolatiegraden blijkt dat de uren discomfort nu slechts met 10% afnemen. Omdat cellenbeton een veel lichter materiaal is, zal de thermische traagheid ook veel minder toenemen. Daarom zal een dakstructuur uit cellenbeton ook weinig of geen invloed hebben op het gas- en elektriciteitsverbruik en nagenoeg geen jaarlijkse meerkost met zich meebrengen. Ook de extra investeringskost ligt veel lager dan voor een betonnen dakstructuur, gemiddeld ca. 50 €/m² dan een steeldeck

250

100,00 90,00

200

80,00 70,00

150

60,00 50,00

100


Gasverbruik [MWh]

opbouw.

40,00 30,00

50

20,00 10,00

0

0,00 BASIS cellenbeton dak

EPB cellenbeton dak


P_1 cellenbeton dak


P_2 cellenbeton dak


Figuur 89: relatie tussen het gasverbruik en het aantal uren discomfort bij een cellenbeton dak in de verschillende isolatiegraden

Figuur 89 illustreert voor de verschillende isolatiegraden het effect van een dakstructuur van cellenbeton. Er wordt slechts een lichte daling in het aantal uren discomfort waargenomen.

202

3.3.8.3. Reflecterende dakbedekking De voorgaande alternatieve bouwmethodes, die allemaal gebaseerd zijn op het principe van thermische traagheid, zijn aanzienlijk duurder dan de huidige dakopbouw door de extra massa die aan het gebouw toegevoegd wordt. Een ander principe om het zomercomfort te garanderen is de zonnewinsten zoveel mogelijk buiten te houden door middel van een reflecterende dakbedekking. Aan de basisdakopbouw verandert er op zich niets, alleen wordt de huidige, zwarte dakafdichting vervangen door een lichte, reflecterende dakafdekking. Deze zou ongeveer 15 à 20% meer kosten als de standaardafdichting.

Om het effect van reflecterende dakbedekking te vergelijken met het effect van de thermische traagheid van cellen(beton), wordt voor één variant, met een aanzienlijk aantal uren discomfort, de gelijkaardige variant gesimuleerd met respectievelijk een betonnen, een cellenbetonnen en een reflecterend dak. Als referentie werd de winkel met een isolatiegraad volgens EPB en een sas aan de gekoelde doorgang gekozen. Het aantal uren discomfort stijgt hier bij een standaard steeldeck opbouw van 20 naar 35 voor een winkel op de grond en van 34 naar 67 voor een winkel op palen.


steeldeck structuur

betonnen structuur

cellenbeton structuur

reflecterende dakbedekking

78,95 129,47 140,63 -

81,63 133,87 4,39 140,60 -0,03

79,62 130,58 1,11 140,63 0,00

84,79 139,05 9,58 140,42 -0,22

468,11 29684,40 35,00

471,99 170253,15 19,00

469,10 91008,15 29,00

476,18 33059,40 14,00

eenheid


Tabel 86: evaluatie van de verschillende dakopbouwen bij EPB isolatiegraad en een sas aan de gekoelde doorgang in de referentiewinkel op de grond

203


Steeldeck structuur

Betonnen structuur

Cellenbeton structuur

Reflecterende dakbedekking

81,57 133,77 140,73 -

83,04 136,18 2,41 140,70 -0,03

81,05 132,93 -0,84 140,73 0,00

86,29 141,51 7,74 140,52 -0,21

472,22 37109,40 67,00

474,32 177678,15 33,00

471,46 98433,15 53,00

478,66 40484,40 27,00

eenheid


Tabel 87: evaluatie van de verschillende dakopbouwen bij EPB isolatiegraad en een sas aan de gekoelde doorgang in de referentiewinkel op palen

Uit de simulaties blijkt duidelijk dat een reflecterende dakbedekking het meeste effect heeft op het zomercomfort. Het reflecterende karakter heeft dus een groter effect als een verhoogde thermische traagheid. Bovendien is een reflecterende dakbedekking goedkoper. De aandacht dient evenwel ook gevestigd te worden op de stijging van de gasfactuur door de reductie van de zonnewinsten. De relatieve evaluatieparameters werden berekend ten opzichte van de EPB-winkel met een sas aan de gekoelde doorgang.

Het investeren in een reflecterende dakbedekking zal verder nog aan bod komen in combinatie met photovoltaïsche cellen. Door de reflectie van het zonlicht zal de jaarlijkse opbrengst met 4,5% toenemen.

Figuur 90 illustreert hef effect van de verschillende dakopbouwen op de gasfactuur en het aantal uren discomfort.

204

100,00 90,00

200

80,00 70,00

150

60,00 50,00

100


Gasverbruik [MWh]

250

40,00 30,00

50

20,00 10,00

0

0,00 EPB steeldeckdak, VKC sas

EPB betondak, VKC sas

Gasverbruik op palen - op grond [MWh]

EPB cellenbetondak, VKC sas


EPB reflecterend dak, VKC sas


Figuur 90: relatie tussen het gasverbruik en het aantal uren discomfort van de verschillende dakopbouwen bij EPB isolatiegraad en een sas aan de gekoelde doorgang

3.3.8.4. Groendak Het effect van een groendak werd eveneens getest op de winkel met EPB isolatiegraad en met een sas aan de gekoelde doorgang. De keuze viel op drie mogelijke groendakstructuren: de standaarddakstructuur met geprofileerde staalplaten, een welfselstructuur van beton en een welfselstructuur van cellenbeton. De gedetailleerde dakopbouw is voor de drie varianten gegeven in figuur 92. In zijn totaliteit zal de dikte van het dakpakket met zo’n 10 cm toenemen. Tot slot werd ook een prefab betondak gesimuleerd met een groter draagvermogen om een dakparking mogelijk te maken. Voor de volledigheid van de resulaten werd ook een winkel op palen met een parkeerdak gesimuleerd, hoewel deze variant op zich weinig zin heeft.

205


steeldeck groendak

betonnen groendak

cellenbeton groendak

betonnen parkeerdak

80,68 132,32 2,84 140,56 -0,08

81,94 134,38 4,90 140,56 -0,08

81,29 133,32 3,85 140,56 -0,08

82,40 135,14 5,67 158,20 -0,10

470,48 65245,65 28,00

472,33 217195,00 13,00

471,38 137950,00 24,00

527,93 247923,15 11,00

eenheid


Tabel 88: : evaluatie van de verschillende groendaken bij EPB isolatiegraad en een sas aan de gekoelde doorgang in de referentiewinkel op de grond


82,14 134,72 0,95 140,66 -0,07

83,36 136,70 2,93 140,66 -0,07

82,73 135,67 1,90 140,66 -0,07

83,64 137,16 3,39 158,38 -0,09

472,89 72670,65 54,00

474,67 224820,00 24,00

473,75 145575,00 42,00

531,35 255348,15 18,00


Tabel 89: evaluatie van de verschillende groendaken bij EPB isolatiegraad en een sas aan de gekoelde doorgang in de referentiewinkel op palen

Uit tabellen 88 en 89 blijkt dat het aantal uren discomfort toeneemt met een dalende massa van het dakpakket. De kostprijs neemt echter toe met de massa van het dakpakket. Zo is een stalen profielplaat met een groendak erbovenop het goedkoopste alternatief, maar tegelijkertijd

206

ook de variant met het slechtste zomercomfort. Het relatief gasverbruik neemt toe in functie van de thermische traagheid. Er wordt weinig

250

100,00 90,00

200

80,00 70,00

150

60,00 50,00

100

40,00


Gasverbruik [MWh]

verschil in het elektriciteitsverbruik waargenomen.

30,00 50

20,00 10,00

0

0,00 EPB steeldeck groendak VKC sas

EPB betonnen groendak VKC sas


EPB cellenbeton groendak VKC sas


EPB betonnen parkeerdak VKC sas


Figuur 91: relatie tussen het gasverbruik en het aantal uren discomfort van de verschillende groendaken bij EPB isolatiegraad en een sas aan de gekoelde doorgang

Figuur 91 illustreert het effect op de gasfactuur en op het aantal uren discomfort bij de verschillende soorten groendaken en een betonnen parkeerdak.

Uit de analyse van de voorgaande alternatieve bouwprincipes, blijkt dat er geen algemeen geldende regel is voor de vrijwaring van het zomercomfort. Afhankelijk van de initiële uren discomfort, de algehele isolatiegraad en de commerciële bedingingen kunnen verschillende alternatieven ten opzichte van elkaar overwogen worden.

207

Figuur 92 toont de opbouw van de verschillende gebruikte groendaken met respectievelijk een steeldeck, een prefab beton, en een cellenbeton structuur.

Figuur 92: opbouw van de verschillende gebruikte groendaken: steeldeck , prefab beton en cellenbeton structuur

Een andere, installatietechnische conceptverbetering die een positieve invloed heeft op het zomercomfort, is een centrale koelen vriesinstallatie. Hierbij wordt de productiewarmte van de diepvriezers in de zomer niet afgegeven aan de winkel. Dit systeem komt later nog aan bod.109

109

Zie hoofdstuk 3.3.9 Installatietechnische aanpassingen, Centrale koelen vriesinstallatie.

208

3.3.9. Installatietechnische aanpassingen 3.3.9.1. Isolatiegraad van de gekoelde doorgang De grootste technische installatie en meteen ook de grootste elektrische verbruiker van een Colruyt winkel is de gekoelde doorgang. Om het energieverbruik te reduceren kunnen op verschillende niveaus maatregelen genomen worden. Ten eerste kunnen alle koude ruimtes van de supermarkt in planopbouw gegroepeerd worden, zodat de ‘koudeverliesoppervlakte’ zo klein mogelijk gehouden wordt. Ten tweede is er natuurlijk de plaatsing van een sas voor de opening van de gekoelde doorgang. Ten derde kan deze koudeverliesoppervlakte ook gereduceerd worden door de U-waarde van de schil te verbeteren. En tot slot kan men de koudeproductie van de gekoelde doorgang koppelen aan de koudeproductie van de diepvriezers. De eerste twee maatregelen kwamen reeds uitgebreid aan bod in het voorgaande. De verbetering van de isolatiegraad van de gekoelde doorgang komt hieronder uitgebreid aan bod.

De huidige isolatiegraad van de gekoelde doorgang kan als volgt samengevat worden: •

de vloer is dezelfde als die van de winkel en heeft dus een U-waarde van 0,34 W/m²K voor een winkel op de grond en 0,79 W/m²K voor een winkel op palen

•

de wanden van de koelcel bestaan uit PUR-sandwichpanelen met een dikte van 10cm en hebben een U-waarde van 0,24 W/m²K

•

om de overspanning over de wanden van de koelcel te maken zijn de sandwichpanelen van het dak van de koelruimte 16 cm dik; het dak heeft daardoor de lage U-waarde van 0,15 W/m²K

Aangezien de U-waarde van de vloer met voorsprong de slechtste is, worden eerst varianten onderzocht met extra vloerisolatie ter hoogte van de koelcel. Deze wordt in twee stappen tot een U-waarde van 0,33 W/m²K en 0,15 W/m²K verbeterd. Dit komt voor de winkel op palen overeen met de toevoeging van 6 cm en 19 cm EPS. Voor een winkel op volle grond is de U-waarde van de vloer zonder isolatie al 0,34 W/m²K.

209

Om een U-waarde van 0,22 en 0,15 W/m²K te halen, moet respectievelijk 5 cm EPS langs de rand en 5 cm EPS over de gehele vloeroppervlakte van de gekoelde doorgang voorzien worden. De U-waarde van de wand is nu reeds 0,24 W/m²K. Er wordt onderzocht wat het gevolg zou zijn indien ook de wanden uit 16 cm dikke sandwichpanelen opgebouwd zouden zijn.

Vloer 0,22

Vloer 0,15

Wand 0,15

Vloer 0,33

Vloer 0,15

Wand 0,15

eenheid


98,28 161,18 0,00 157,66 -0,45 8,17

98,28 161,18 0,00 157,37 -0,74 8,73

97,83 160,44 -0,74 157,34 -0,77 6,17

120,99 198,42 0,00 157,86 -2,38 43,37

120,99 198,42 0,00 157,13 -3,11 23,96

120,58 197,75 -0,68 159,50 -0,74 5,74



539,21 560,00 45,42 143,74 23,00

538,48 880,00 75,44 143,53 14,00

537,73 1587,60 104,32 143,36 73,00

573,23 560,00 235,58 151,39 33,00

571,42 1360,00 310,22 150,88 24,00

576,72 1587,60 99,29 152,41 122,00

MWh € € ton h

Tabel 90: evaluatie van de verschillende aanpassingen van de schil van de gekoelde doorgang in de referentiewinkel op de grond en op palen

Uit het relatief elektriciteitsverbruik blijkt duidelijk dat de transmissieverliezen van ondergeschikt belang zijn in vergelijking met de ventilatieverliezen. De koudebehoefte is zowel in de winter als in de zomer overdag gemiddeld zes maal zo hoog dan ’s nachts. Het is ’s nachts in de winkel inderdaad wel een beetje frisser, maar dit verschil is voornamelijk te wijten aan de ventilatieverliezen en interne warmtewinsten van klanten en verlichting. Een aanpassing aan de isolatiegraad heeft dus op zich niet zoveel effect op het algemeen energieverbruik. De meerinvestering voor de verbetering van de isolatiegraad van de vloer is echter zo laag, dat de IRR toch de ondergrens van 8% haalt. Voor de winkel op palen wordt zelfs een IRR tot 40% gehaald. Dit volgt enerzijds uit de slechtere initiële U-waarde, anderzijds uit de lagere

210

meerinvestering omdat er al een basisisolatie aanwezig is. Een extra vloerisolatie ter hoogte van de gekoelde doorgang dient dus zeker in overweging genomen te worden. Uit commercieel oogpunt moet evenwel rekening gehouden worden met het verlies van flexibiliteit van de winkelinrichting. De verbetering van de isolatiegraad van de wand blijkt veel minder rendabel. De investering in 6 cm dikkere sandwichpanelen is veel duurder in vergelijking met de extra vloerisolatie. Voor een betere wandisolatie haalt de IRR de 8%-grens dus niet. Doordat bij een betere wandisolatie de ‘koudeverliezen’ naar de winkel gereduceerd worden, zal ook hier het aantal uren discomfort stijgen.

3.3.9.2. Condenserende gasgestookte aerothermen De gebruikte gasgestookte aerothermen gebruiken niet alle nuttige verbrandingswarmte. Een belangrijk deel van die warmte is nog in de afgevoerde rookgassen aanwezig. Een condenserende aerotherm kan die restwarmte grotendeels onttrekken door de rookgassen door een tweede warmtewisselaar te voeren, zodat ze tot onder het dauwpunt afkoelen. Zo stijgt het rendement van 75% naar minimaal 85%. BASIS

EPB

Passief 1

Passief 2


98,28 142,22 -18,96 158,11 0,00 8,45

87,85 127,13 -16,95 158,26 0,00 8,57

69,01 99,85 -13,31 157,94 0,00 9,10

57,75 83,57 -11,14 157,84 0,00 9,25


523,27 7500,00 625,75 140,23 20,00

510,06 30300,00 1106,69 137,30 19,00

484,72 37525,75 2037,89 131,57 19,00

469,80 59975,25 2585,02 128,22 18,00


Tabel 91: evaluatie van condenserende gasgestookte aerothermen bij de referentiewinkel op de grond

211

BASIS

EPB

Passief 1

Passief 2


120,99 175,08 -23,34 160,24 0,00 8,72

89,94 130,15 -17,35 158,43 0,00 9,10

68,22 98,71 -13,16 157,93 0,00 9,14

56,99 82,47 -11,00 157,85 0,00 9,40


558,18 9000,00 770,36 148,36 34,00

513,20 35925,00 2429,77 138,02 32,00

483,66 45750,75 3514,82 131,33 31,00

468,85 75725,25 4057,04 128,01 30,00


Tabel 92: evaluatie van condenserende gasgestookte aerothermen bij de referentiewinkel op palen

De warmtevraag, het elektriciteitsverbruik en het aantal uren discomfort veranderen uiteraard niet door de manier waarop de warmte geproduceerd wordt. Door een hoger rendement daalt het gasverbruik echter wel. Hoewel het relatief gasverbruik daalt met een stijgende isolatiegraad, stijgt de IRR toch. De reden hiervoor is dat het benodigd piekvermogen in verhouding meer zal dalen dan het jaarlijks gasverbruik. Bovendien daalt de meerinvestering als het totaal geïnstalleerd vermogen daalt. We constateren dat de gasgestookte aerothermen voor alle isolatiegraden een IRR halen van boven de vereiste 8%. In realiteit zal de IRR nog hoger ligger, want de investering in condenserende aerothermen wordt door de overheid gesubsidieerd. De direct gasgestookte aerothermen leverden reeds een subsidie van 12,5 €/kW op. Voor een condenserende aerotherm wordt dit 25 €/kW. Dit wil zeggen dat de meerinvestering in realiteit zal afnemen met respectievelijk 3750, 3000, 2500 of 2000€, afhankelijk van het geïnstalleerd vermogen van de referentiewinkel. De toepassing van condenserende aerothermen is dus voor elke mogelijke variant rendabel.110 110

Eandis, Premieaanvraag ondernemingen en openbare besturen 2008: rechtstreekse aardgasverwarming, www.eandis.be

212

3.3.9.3. Condenserende gasgestookte ketel met warmwater verdeling naar de aerothermen Een condenserende gasgestookte ketel in een centrale stookplaats kan rendementen halen tot 108% door recuperatie van de latente warmte in de rookgassen. Dit rendement hangt grotendeels samen met de temperatuur die moet geleverd worden door de ketel. Zo kan het rendement van een verwarmingssysteem met lage temperatuur, zoals vloerverwarming met regime 35°C/25°C, ± 104% bedragen, terwijl een systeem met hoge temperatuur, zoals luchtverhitting met regime 90°C/70°C, slechts ± 92% zal halen. Dit regime is echter enkel nodig als de aerothermen op het maximum van hun vermogen moeten presteren. Tijdens het tussenseizoen kan dan overgeschakeld worden op een lager regime, zodat het jaargemiddeld rendement van de condenserende ketel weer zal stijgen tot ± 95%. De bijkomende transmissieverliezen door de warmwater verdeling naar de aerothermen worden in rekening gebracht door het installatierendement. Voor een installatie van dergelijke grootte en regime is een waarde van 90% gebruikelijk. Het totaal rendement wordt dan 86%. Dit is nog altijd hoger dan het rendement van direct gasgestookte aerothermen, en nipt hoger dan dit van condenserende aerothermen.

BASIS

EPB

P1

P2


112,74 138,67 -22,51 158,10 0,00 7,44

86,83 125,65 -18,43 158,26 0,00 5,88

68,20 98,69 -14,48 157,94 0,00 5,52

57,08 82,60 -12,11 157,84 0,00 5,42


520,06 9869,00 743,52 139,51 20,00

508,73 33189,00 1155,47 137,00 19,00

483,67 40410,75 2076,21 131,34 19,00

468,93 62484,25 2617,09 128,02 18,00


Tabel 93: evaluatie van een condenserende gasgestookte ketel met warmwater verdeling in de referentiewinkel op de grond

213

BASIS

EPB

P1

P2


140,69 173,04 -25,38 160,24 0,00 8,63

88,89 128,64 -18,87 158,43 0,00 6,30

67,42 97,56 -14,31 157,93 0,00 5,42

56,33 81,51 -11,95 157,85 0,00 5,50


556,35 9869,00 837,54 147,95 34,00

511,84 38814,00 2479,71 137,72 32,00

482,63 48710,75 3552,70 131,10 31,00

467,99 78234,25 4088,68 127,81 30,00


Tabel 94: evaluatie van een condenserende gasgestookte ketel met warmwater verdeling in de referentiewinkel op palen

Aangezien de toepassing van een condenserende stookplaats alleen het rendement van de warmteopwekking verandert, zal de warmtebehoefte onveranderd blijven. Ook het elektriciteitsverbruik is identiek aan dat van de referentiewinkel. Omdat de warmteafgifte nog altijd aan de hand van aerothermen gebeurt, zal de temperatuur in de winkel niet veranderen en zal de koudevraag dus identiek zijn. De onveranderde binnentemperatuur zorgt er bovendien voor dat het aantal uren discomfort ook ongewijzigd blijft. Het enige wat verandert ten gevolge van het ketel- en systeemrendement is het gasverbruik. Het relatieve gasverbruik is afhankelijk van het initiële gasverbruik. Het gasverbruik neemt voor elke referentiewinkel met zo’n 13% af ten gevolge van het verbeterde rendement. De grootste meerkost voor een condenserende stookplaats is de condenserende ketel zelf. Bovendien worden de direct gestookte aerothermen vervangen door aerothermen voorzien van een warmwater circuit. Deze zijn iets goedkoper, maar de kostprijs bedraagt nog altijd 80% van de kostprijs van de huidige aerothermen. Een condenserende stookplaats is dus geen kleine meerinvestering. Vandaar dat de IRR voor alle isolatiegraden onder de 8% ligt. Alleen bij de basiswinkel op palen zal de IRR dankzij het hoge gasverbruik boven de 8% liggen.

214

Gasverbruik [MWh]

200 175 150 125 100 75 50 0

10

20

30

40

50

60

standaard op de grond [MWh]

cond. aerothermen op de grond [MWh]

cond. ketel op de grond [MWh]

standaard op palen [MWh]

cond. aerothermen op palen [MWh]

cond. ketel op palen [MWh]

K-peil 70

Figuur 93

Figuur 80 geeft het gasverbruik weer in functie van de isolatiegraad voor een winkel verwarmd met direct gestookte aerothermen, een winkel verwarmd met condenserende aerothermen en een winkel met een condenserende stookplaats. De rechten lopen niet evenwijdig, wat wijst op het feit dat het relatief gasverbruik afhankelijk is van de isolatiegraad. Hoe beter een gebouw geïsoleerd is, hoe lager het initieel gasverbruik wordt en dus hoe lager het relatief gasverbruik zal zijn. Het plaatsen van een condenserende ketel levert bijkomende subsidies op: 9 €/kW, met een maximum van 5400 €. Concreet komt dit dan op een bedrag van 2700 € voor een ketel van 300 kW bij de basis isolatiegraad en een bedrag van 1440 voor een ketel van 160 kW bij passief 2.111

111

Eandis, Premieaanvraag ondernemingen en openbare besturen 2008: condensatieketels op aardgas, www.eandis.be.

215

Ondanks het feit dat de condenserende ketel niet op zijn optimaal regime presteert, kan deze ingreep toch nog concurreren met condenserende gasgestookte aerothermen. Om het rendement van de condenserende ketel toch nog te verbeteren, zal het regime aangepast moeten worden. Het verlagen van dit regime zal gepaard gaan met het vergroten van de warmtewisselaars in deze aerothermen om hetzelfde vermogen te kunnen behouden.

Qw = k ⋅ Aw ⋅ ∆TLM ∆TLM =

∆T1 − ∆T2  ∆T  ln 1   ∆T2 

waarin: k

= stromingscorrectiefactor

[-]

Aw

= oppervlak van de warmtewisselaar

∆TLM

= gecorrigeerd (of effectief) logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil

[K]

∆T1

= temperatuurverschil tussen de inlaattemperatuur van de warme stroom en de uitlaattemperatuur van de koude stroom

[K]

∆T2

= temperatuurverschil tussen de uitlaattemperatuur van de warme stroom en de inlaattemperatuur van de koude stroom

[K]

[m²]

Vergelijking 33: behaalde vermogen van een warmtewisselaar

Bij Colruyt zijn de aerothermen gedimensioneerd op een regime 90°C/70°C. Het laagst gebruikelijke regime bij luchtverhitting met een uitblaastemperatuur van 35 °C is 55°C/45°C. Via vergelijking 33 wordt de toename in het benodigd oppervlak van de warmtewisselaar berekend: 234%. Dit wil zeggen dat er aerothermen zullen moeten gebruikt worden die 2,34 x groter zijn, of het aantal aerothermen zal moeten vermenigvuldigd worden met 2,34. Het benodigd warmwater debiet zal bovendien evenredig toenemen, zodat ook het pompvermogen en het aandeel aan transmissieverliezen door de leidingen gevoelig zal toenemen. In figuren 81 en 82 wordt de berekening via vergelijking 33 toegelicht. De grote toename in aantal aerothermen leidt tot de conclusie dat het aanpassen van het gebruikte regime nooit rendabel zal zijn.

216

Figuur 94: temperatuursverloop in een warmtewisselaar met regime 90°C/70°C

Figuur 95: temperatuursverloop in een warmtewisselaar met regime 55°C/45°C

3.3.9.4. Vloerverwarming met condenserende ketel Luchtverwarming heeft als nadeel dat het gebruik maakt van lagere rendementen ten aanzien van lage temperatuursystemen. De kleine overdruk binnen de verwarmde ruimte zorgt ervoor dat de warmte snel kan ontsnappen door openingen als toegangsdeuren en sectionaalpoorten. Het ophangen van de luchtverhitters aan het plafond zorgt bovendien voor een grotere temperatuursgradiënt waardoor veel nutteloze warmte bovenaan aan de winkel blijft hangen. Een groot voordeel blijft dan weer de ogenblikkelijke opwarming van de winkel door het gebruik van een discontinu systeem.

217

Een alternatief voor luchtverwarming is vloerverwarming. Dit systeem maakt gebruik van een laag regime, waardoor alternatieve energie toepasbaar wordt, zoals een warmtepomp en een zonne-energie-installatie. Het rendement van een condenserende stookketel op regime 35°C/25°C wordt ongeveer 104%. Vloerverwarming is een continu systeem waarbij een gelijkmatig temperatuursprofiel gecreëerd wordt in de ruimte. Er zal dus geen sprake zijn van onaangename temperatuursgradiënten, waardoor er ook weinig nutteloze warmte bovenaan de winkel zal blijven hangen. Op die manier zal de homogene insteltemperatuur dalen van 19 °C tot ongeveer 18 °C.

De vloerwarming wordt getest op de verschillende isolatiegraden. Telkens wordt de dichtheid van het leidingennet bepaald in functie van het benodigd piekvermogen en warmtevraag. Bij de basis isolatiegraad wordt het effect onderzocht van een bijkomende isolatielaag van 3 cm EPS op de grond en 5 cm EPS op palen.


BASIS

BASIS met 3 cm EPS

EPB

Passief 1

Passief2

119,88 141,78 -19,40 156,91 -1,20 <0

104,00 123,00 -38,18 156,55 -1,56 0,10

90,50 107,04 -48,16 156,47 -1,32 0,14

64,44 76,21 -36,95 156,33 -1,61 0,67

49,95 59,08 -35,63 155,78 -2,06 1,19

519,87 44479,97 795,94 139,30 24,00

502,07 50503,97 1451,18 135,26 28,00

487,50 73180,97 1995,31 131,98 23,00

459,42 77831,72 3021,67 125,67 26,00

442,62 96926,22 3637,06 121,83 25,00

eenheid


Tabel 95: evaluatie van de verschillende toegepaste vloerverwarmingssystemen in de referentiewinkel op de grond

218


BASIS

BASIS met 8 cm EPS

EPB

Passief 1

Passief2

147,92 174,95 -23,48 158,30 -1,94 <0

113,14 133,81 -64,61 156,93 -3,32 4,18

95,08 112,45 -51,70 156,68 -1,68 1,02

64,02 75,72 -36,15 156,39 -1,54 1,08

49,37 58,39 -35,07 155,73 -2,12 1,26

553,21 44479,97 1011,97 146,97 35,00

512,75 48253,97 2498,66 137,70 33,00

492,90 80470,97 3233,94 133,22 31,00

459,12 82331,72 4469,55 125,61 33,00

441,88 112676,22 5103,75 121,66 33,00

eenheid


Tabel 96: evaluatie van de verschillende toegepaste vloerverwarmingssystemen in de referentiewinkel op palen

Uit tabellen 95 en 96 blijkt dat de warmtebehoefte nagenoeg niet veranderd is. Zo daalt de basiswarmtebehoefte van 121 W/m² naar 119 W/m² bij een winkel op de grond. Aan de ene kant stijgt de warmtevraag door de traagheid van het verwarmingssysteem, aan de andere kant daalt ze door verlaagde temperatuursgradiënt. Het relatief gasverbruik daalt echter wel, omdat het rendement van vloerverwarming met een condenserende ketel veel hoger is dan dat van de direct gestookte aerothermen. Ook het relatief elektriciteitsverbruik zal lichtjes dalen, omdat de globale binnentemperatuur in de winkel wat frisser zal zijn ten gevolge van de temperatuursgradiënt. Voor slecht geïsoleerde vloeren is vloerverwarming duidelijk niet rendabel. Maar ook voor de beter geïsoleerde winkels halen de bekomen interne opbrengstvoeten de grens van 8% niet. Dit is het gevolg van de hoge kostprijs voor vloerverwarming, zeker in vergelijking met de huidige direct gestookte aerothermen. Een bijkomend voordeel van een vloerverwarmingsysteem is de grote afname in benodigd onderhoud.

219

Uit de simulatieresultaten blijkt dat het aantal uren discomfort voor een winkel op palen ongeveer gelijk blijft, voor een winkel op de grond zullen ze daarentegen lichtjes stijgen. Dit is het gevolg van de geïntroduceerde isolatielaag die een barrière vormt tussen de grond massa en de winkelruimte. Het neutraliserende - in de zomer koelende - effect van de grond wordt dus gereduceerd.

Net zoals bij een centrale stookplaats levert de condenserende ketel bij vloerverwarming een subsidie op van 9 €/kW. De totale subsidiesom ligt evenwel iets lager doordat het geïnstalleerd vermogen van de benodigde ketels lager zal zijn.112 3.3.9.5. Vloerverwarming met warmtepomp Een warmtepomp is vooral efficiënt als deze wordt gecombineerd met een verwarmingsysteem met laag regime, daarom zal een warmtepomp alleen getest worden in combinatie met een vloerverwarming. Er bestaan verschillende soorten warmtepompen, elk met een specifiek toepassingsgebied en efficiëntie. De volgende tabel toont de indicatieve prestatiefactoren die worden opgegeven volgens de EPB regelgeving.113

WP-buitenlucht

WP-bodem (horizontaal)

WP-bodem (verticaal)

WP-grondwater

3,2 (2-35°C)

4,5 (0-35°C)

4,5 (0-35°C)

5,6 (10-35°C)

indicatieve SPFsysteem

2,7

3,2

3,6

3,0 – 3,8

indicatieve PERsysteem

1,1

1,3

1,4

1,2 – 1,5

indicatieve COPwp

Tabel 97: indicatieve prestatiefactoren voor de verschillende soorten warmtepompen

Een lucht-water warmtepomp word al vrij vlug uitgesloten door de lagere haalbare prestatiefactoren. Het plaatsen van het benodigd horizontaal veld voor een bodemwarmtepomp komt neer op een zodanig grote investeringskost dat dit type warmtepomp niet rendabel lijkt. Een 112 113

Eandis, Premieaanvraag ondernemingen en openbare besturen 2008: condensatieketels op aardgas, www.eandis.be. Code van goede praktijk voor de toepassing van warmtepompsystemen, EPB regelgeving, 2005

220

grondwaterwarmtepomp is vooral efficiënt als deze ook gebruikt wordt om tijdens de zomermaanden te koelen. Dit is uitgesloten door de verlaagde COP waarden bij koeling tot -10 °C voor de gekoelde doorgang. Het actief koelen van de winkel word vanuit energetische overwegingen zelfs niet overwogen, door het grote energieverbruik dat hiermee gepaard gaat, waarbij de basis van het warmteprobleem niet wordt aangepakt. De keuze van de warmtepomp viel dus op een systeem met verticale bodemwarmtewisselaar als warmtebron. Dit type maakt gebruik van enkele verticale boringen onder of naast het gebouw, voor de opwekking van de warmte.


EPB WP 50 kW

Passief 1 WP 50 kW

P2 vloer

EPB vloer

P1 vloer

P2 vloer

90,50 13,85 -93,19 183,39 26,92 <0

64,44 8,51 -67,70 175,46 19,13 <0

49,95 6,51 -52,58 171,04 15,26 <0

95,08 23,41 -89,04 182,40 25,72 <0

64,02 10,45 -65,27 175,24 18,86 <0

49,37 7,79 -50,60 170,35 14,62 <0

403,63 157318,47 1842,83 132,19 23,00

398,49 127608,72 2956,16 125,52 26,00

397,55 133793,22 3569,06 122,00 31,00

412,76 155068,47 3088,25 133,42 31,00

400,37 135908,72 4362,76 125,76 33,00

396,34 149543,22 5020,96 121,77 33,00


Tabel 98: evaluatie van de toegepaste vloerverwarmingssystemen met warmtepomp in de referentiewinkel op de grond en op palen

De IRR van de warmtepomp bij vloerverwarming wordt berekend ten aanzien van een referentiewinkel met een gelijkaardige isolatiegraad en vloerverwarming. Omdat de meerinvestering voor een warmtepomp zeer hoog is in vergelijking met een condenserende ketel, zal de IRR echter nooit groter dan nul zijn. De meerinvestering is de som van de warmtepomp op zich en de verticale grondboringen. Er werd met grondboringen van 70 m diep gerekend. Uitgaande van een ontrekkingsvermogen van de grond van 30 W/m, hebben deze een vermogen van

221

ongeveer 2,1 kW en kosten ze ongeveer 2000 € per stuk. Afhankelijk van de isolatiegraad van de referentiewinkel zullen 24, 20 en 16 boringen nodig zijn. Het bespaarde gasverbruik zal dalen bij een lagere isolatiegraad, omdat het geïnstalleerd vermogen van de warmtepomp kleiner wordt. Ook het extra elektriciteitsverbruik van de warmtepomp zal dalen met een kleiner vermogen van de warmtepomp. Het gasverbruik daalt aanzienlijk, maar de stijging van het elektriciteitsverbruik is verre van verwaarloosbaar. Omdat elektrische energie een hogere primaire energiefactor heeft, zal er dus niet zo veel veranderen aan de primaire energie en de CO2-uitstoot. We zien in figuur 96 dat het primair energieverbruik en de CO2-uitstoot zelfs quasi onafhankelijk worden van de isolatiegraad. De stijging van het aantal uren discomfort is dezelfde als bij vloerverwarming met een condenserende ketel, als logisch gevolg van de extra vloerisolatie.

Voor de winkel op palen zijn de onderlinge verhoudingen van de relatieve gas- en elektriciteitsverbruiken voor de verschillende isolatiegraden dezelfde. Ook hier is de IRR kleiner dan nul. Als de relatieve verbruiken voor een winkel op de grond en op palen worden vergeleken, wordt duidelijk dat bij een winkel op palen iets minder gas bespaard wordt en iets minder elektriciteit verbruikt wordt. De verklaring hiervoor is te vinden in de betere isolatie van de vloer op palen. Het systeemrendement van een winkel op de grond is iets lager, omdat de leidingsverliezen in de vloer iets groter zijn. Daardoor zal de warmtevraag van de winkel op de grond een constante ondergrens hebben. De warmtevraag van de winkel op palen daarentegen zal extremer schommelen. De warmtepomp zal dus minder continu aangesproken worden en daardoor net iets minder rendabel zijn.

Het installeren van een warmtepomp levert subsidies op als deze niet voor koeling gebruikt wordt en als deze beschikt over een COP van minimum 4. Concreet wordt dit voor een warmtepomp van 50 kW een bedrag van 6250 €, voor een warmtepomp van 40 kW een bedrag van 5525 € en voor een warmtepomp van 30 kW een bedrag van 4613 kW.114

114

Eandis, Premieaanvraag ondernemingen en openbare besturen 2008: warmtepomp, www.eandis.be.

222

Figuur 96 toont het primair energieverbruik in functie van het K-peil voor een vestiging met gasgestookte aerothermen, een vestiging met vloerverwarming en een condenserende ketel én een vestiging met vloerverwarming en een warmtepomp. Voor vloerverwarming neemt het primair energieverbruik vanaf een bepaalde isolatiegraad met een constant aantal af. Als het K-peil té hoog is, zal het gasverbruik minder dalen, omdat vloerverwarming voor hoge warmtebehoeftes geen haalbaar alternatief is. Bij een warmtepomp neemt het primair energieverbruik niet langer constant af. Het gasverbruik neemt gelijkmatig af voor een stijgende isolatiegraad. De toename van het elektriciteitsverbruik is daarentegen afhankelijk van het vermogen van de geïnstalleerde warmtepomp. Het primair energieverbuik wordt daardoor bijna constant en dus zo goed als onafhankelijk van het K-peil. Een warmtepomp zal dus economisch gezien, rendabeler zijn voor slechte isolatiegraden met veel


hogere initiële primaire energieverbruiken.

550 500 450 400 350 300 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45 K-peil


vloerverwarming op de grond [MWh]

warmtepomp op de grond [MWh]


vloerverwarming op palen [MWh]

warmtepomp op palen [MWh]

Figuur 96: relatie tussen het primair energieverbruik en de isolatiegraad bij een standaard-, vloerverwarming en warmtepomp

223

3.3.9.6. Centrale koelen vriesinstallatie met warmterecuperatie en persgasontdooiing De huidige koelinstallatie van de gekoelde doorgang heeft een seasonal performance factor (SPF) van 0,85. Door deze vrij lage waarde kan de elektriciteitsfactuur snel hoog oplopen. Een verbeterde centrale koelmachine kan voor de benodigde verdampingstemperatuur een SPF halen van meer dan 4,5. Hetzelfde principe kan voor de koeling van de diepvriezers de SPF verbeteren van 2,3 naar meer dan 3,5.115

Uit enkele praktische voorbeelden en een studie aan de hogeschool van Kortrijk blijkt dat beide systemen gecombineerd kunnen worden in één installatie.116 Deze wordt opgesplitst in twee aparte centrales, de positieve en de negatie centrale. De positieve centrale staat in voor alles wat met koeling te maken heeft, de negatieve centrale staat in voor alles wat met diepvries te maken heeft. In de positieve centrale wordt de warmte die vrijkomt bij de productie gerecupereerd om de winkel te verwarmen. Met de negatieve centrale doet men aan warmterecuperatie en aan persgasontdooiing. Persgasontdooiing moet vermijden dat de verdampers dicht rijpen. Het is een snelle en goedkope manier voor het ontdooien van de verdampers. Wanneer de warmterecuperatie niet voldoet om de winkel te verwarmen, springt een centrale verwarmingsinstallatie met condenserende gasgestookte ketel bij.

De besproken positieve centrale haalt bij twee metingen een SPF van 4,67 en 4,82 bij een verdampingstemperatuur van -10 °C en een condensatietemperatuur van 40 °C. 117 De warme persgassen uit de compressor worden afgevoerd naar de condensatiebatterij van de luchtbehandelingkast.118 Daar worden ze afgekoeld en gecondenseerd. Door deze faseovergang wordt de extra warmte afgegeven aan de lucht. De gecondenseerde gassen worden daarna terug samengevoegd met de overige persgassen, die naar de condensor gaan. Het ontwerpvermogen van deze condensatiebatterij is 29,1 kW. In de luchtbehandelingkast zit ook een warmwaterbatterij van 50,9 kW, die wordt gevoed door cv-water met regime 70°C/50°C. Deze springt bij wanneer de warmterecuperatie niet volstaat om de winkel te verwarmen. 115 116

117 118

Zie hoofdstuk 2.5.3.3 Warmteafgifte van elektrische apparaten. L. CALLENS, S. VERVAEKE, Koel- en vriesinstallatie gekoppeld aan een warmterecuperatie en een persgasontdooiing, eindwerk aan de Katho Kortrijk, academiejaar ‘05- ’06. IEA Annex 26, Advanced Supermarket Refrigeration/Heat Recovery Systems, Oak Ridge, VS, April 2003 Gegevens uit het onderzoek van L. CALLENS en S. VERVAEKE op de AD Delhaize te Zwevegem. Luchtbehandelingskasten van Lemmens type COMPO M8, www.lemmens.com.

224

De besproken negatieve centrale haalt bij drie metingen een SPF van 3,28 3,48 en 3,71 bij een verdampingstemperatuur van -30 °C en een condensatietemperatuur van 40 °C. 119 De warme persgassen uit de compressor worden gebruikt voor de warmterecuperatie en voor het ontdooien van de verdampers uit de diepvriesinstallatie. Dit is nodig, omdat de verdampingstemperaturen van de installatie zich altijd onder het vriespunt bevinden. Met deze methode is het bij de meeste verdampers genoeg om tweemaal per dag een kwartier te ontdooien. Op deze manier wordt er een minimum aan warmte in de ruimte verspreid. En het is tevens energiebesparend.

Deze installatie wordt gesimuleerd voor de isolatiegraden EPB, passief 1 en passief 2. Hierbij wordt het effect onderzocht van het toepassen van een persgasboiler voor de productie van het sanitair warm water. Deze persgasboiler recupereert de persgassen wanneer deze niet worden gebruikt voor het verwarmen van de winkel. De invloed van het plaatsen van een sas aan de gekoelde doorgang wordt ook onderzocht. EPB

EPB met persgasboiler

EPB sas VKC met P1 sas VKC met P2 sas VKC met persgasboiler persgasboiler persgasboiler

eenheid


74,34 99,39 -44,69 115,54 -42,72

74,34 99,39 -44,69 106,71 -51,55

75,32 100,70 -28,77 103,57 -37,06

54,30 72,60 -26,31 103,26 -37,05

46,90 62,70 -19,61 102,85 -37,22



378,29 6956,27 101,56 0,00

356,22 7827,04 95,33 0,00

349,57 8164,09 93,38 0,00

323,48 9121,73 87,49 0,00

313,56 9488,87 85,21 0,00

MWh € ton h

Tabel 99: evaluatie van een centrale koelen vriesinstallatie bij de referentiewinkel op de grond

119

Gegevens uit het onderzoek van L. CALLENS en S. VERVAEKE op de AD Delhaize te zwevegem

225

EPB

EPB met persgasboiler

EPB sas VKC met P1 sas VKC met P2 sas VKC met persgasboiler persgasboiler persgasboiler


76,70 102,55 -44,95 115,57 -42,86

76,70 102,55 -44,95 106,60 -51,83

77,17 103,17 -30,60 103,51 -37,22

54,00 72,20 -25,45 103,17 -37,11

46,32 61,93 -19,15 102,78 -37,28


381,21 8287,74 102,22 0,00

358,80 9172,56 95,89 0,00

351,62 9528,47 93,83 0,00

322,90 10582,78 87,35 0,00

312,70 10959,59 85,01 0,00

eenheid

kWh/m² MWh MWh MWh MWh MWh € ton h

Tabel 100: evaluatie van een centrale koelen vriesinstallatie bij de referentiewinkel op palen

Door de centralisering van de koudeopwekking reduceert de elektriciteitsvraag met ongeveer 25%, onafhankelijk van de initiële elektriciteitsvraag. Het effect op het elektriciteitsverbruik van de koelen vriesinstallatie is dus constant. De rendabiliteit van de warmterecuperatie is echter wel afhankelijk van de initiële koudevraag. Zo zal het gasverbruik gemiddeld met 45% afnemen voor een gekoelde doorgang zonder sas, en met maar 30% voor een gekoelde doorgang met sas. Als men de overige restwarmte bovendien nog recupereert voor de warmwaterproductie, zal het elektriciteitsverbruik met 30% of 25% afnemen, respectievelijk voor een gekoelde doorgang met of zonder sas. Een sas aan de gekoelde doorgang reduceert de koudevraag en dus ook de daarmee samenhangende warmteproductie. Als er minder restwarmte geproduceerd wordt, kan er ook minder warmte gerecupereerd worden. Dit verschil in warmterecuperatie zal in de eerste plaats door de condenserende ketel opgevangen moeten worden. Het jaarlijkse gasverbruik zal – met 15% - stijgen voor een gekoelde doorgang met sas. Hoewel de werking van een gecentraliseerd koelsysteem minder rendabel wordt, blijft het plaatsen van een sas een prioritaire maatregel. De restwarmte van de diepvriezers, die in de huidige Colruyt vestigingen een deel van de warmtebehoefte dekt, wordt veel minder efficiënt geproduceerd als verwarming door een condenserende ketel. Bovendien is die restwarmte op basis van elektrische energie geproduceerd. De

226

CO2-uitstoot zal dus ook fel verminderen als de warmtebehoefte zoveel mogelijk door bewuste verwarming op basis van gas opgewekt kan worden. De basisreferentiewinkel stootte maar liefst 153 ton CO2 per jaar uit. Een ander voordeel van de centrale koudeopwekking is dat de warmte centraal opgewekt wordt. In de winter wordt ze via de luchtbehandelingkasten terug in de winkel gebracht. Buiten het stookseizoen daarentegen, kan men de geproduceerde restwarmte naar buiten leiden. Daardoor zal het zomercomfort veel verbeteren. Zelfs voor een winkel op palen met de hoogste isolatiegraad en een sas aan de gekoelde doorgang, worden de 75 uren discomfort tot 0 herleid. Figuur 97 toont de reductie van het gasverbruik voor een systeem met warmterecuperatie ten opzichte van het standaardgasverbruik. De lijnen

Gasverbruik [MWh]

lopen niet perfect evenwijdig. Dit wil zeggen dat naarmate de winkel beter geïsoleerd is, er minder warmte zal kunnen gerecupereerd worden. 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0

5

10

15

20

25

30

35


warmterecuperatie op de grond [MWh]


warmterecuperatie op palen [MWh]

40

45 K-peil

Figuur 97: relatie tussen het gasverbruik en de isolatiegraad bij gasgestookte aerothermen en bij een systeem met warmterecuperatie

227

3.3.9.7. Warmwaterproductie Uit de analyse van de huidige situatie bleek dat de warmwaterproductie uitsluitend via elektrische boilers gebeurt. Het verbruik van warmwater in een Colruyt winkel is moeilijk te veralgemenen. In alle filialen is er een kleine elektrische boiler voor de opwekking van warm water in de refter van de sociale lokalen. Deze is echter zo klein dat hij onder de noemer ‘overig elektriciteitsverbruik’ valt. Is er een beenhouwerij aanwezig dan stijgt de warmwaterproductie opmerkelijk. Binnen Colruyt wordt algemeen aangenomen dat dagelijks 10,4 l warmwater verbruikt wordt per m² beenhouwerijoppervlakte. Van deze 10,4 l dient ongeveer de helft opgewarmd te worden tot 45 °C voor warm tapwater, de andere helft tot 60 °C voor de vaatwasmachine. In de bestaande filialen wordt deze warmwatervraag verzorgd door een elektrische boiler van 150 l, met een rendement van ongeveer 55%.120 Het economische voordeel van een elektrische boiler is natuurlijk dat een groot deel van het warm water kan opgewekt worden aan nachttarief. In onze referentiewinkel zijn de werkruimte en frigo van de beenhouwerij samen 26 m² groot, dit komt overeen met een dagelijkse warmwatervraag van 270 l of 13,4 kWh. Daaruit werd het jaarlijkse energieverbruik berekend voor een elektrische boiler, maar ook voor andere alternatieven. De toepassing van een gasboiler lijkt ecologischer, omdat gas een veel lagere primaire energiefactor heeft dan elektriciteit. In realiteit echter dient een gasboiler, in tegenstelling tot een elektrische boiler, in een veilige, goed verluchte stookplaats te staan en worden de circulatieverliezen meestal zo hoog dat het systeemrendement afneemt tot 30%. Een gasgeiser daarentegen heeft een veel hoger rendement, omdat dit een directe doorstroom waterverwarmer is. De geiser is een veel kleiner toestel dan een boiler met een rendement tot 70%, als er geen waakvlam is. Een ander alternatief is natuurlijk de toepassing van een zonneboiler. Afhankelijk van de grootte van de collectoroppervlakte zal een deel van de warmtevraag van de boiler door zonne-energie opgewarmd worden. Een zonneboiler met een collector van 6 m² zal jaarlijks een verwarmingsenergie van ongeveer 2,2 MWh opleveren.121 De totale jaarlijkse energievraag van de zonneboiler is ca. 4,2 MWh. Dit wil zeggen dat de zonneboiler 52% van de warmtevraag zal kunnen opvangen. De energievraag voor de productie van deze warmte zal zeer laag zijn. Men dient immers enkel de elektrische energie voor het rondpompen in het collectorcircuit in rekening te brengen. 120 121

De rendementen en kostprijzen voor de verschillende boilers werden overgenomen uit een vergelijkende studie op http://www.milieucentraal.nl, 14 mei 2008. P. Van Rymenant, W. Van Passel, Rapport: de zonneboiler gesimuleerd, Onderzoeksgroep Milieu & Energie, De Nayer Instituut, februari 2001.

228

Voor de resterende 48% is de zonneboiler voorzien van gasnaverwarming. Een gasgeiser zal jaarlijkse nog ca. 2 MWh verwarmingsenergie leveren. Het rendement van deze naverwarming door middel van een gasgeiser is uiteraard ook 70%. elektrische boiler

gasboiler

gasgeiser

zonneboiler

eenheid

gasverbruik relatief gasverbruik elektriciteitsverbruik relatief elektriciteitsverbruik IRR

161,18 0,00 158,11 0,00 -

175,07 13,90 146,20 -11,91 -

167,13 5,96 146,20 -11,91 -

166,03 4,86 148,20 -9,91 14,40

MWh MWh MWh MWh %

totale primaire energie totale meerinvestering totale kostenbesparing CO2-uitstoot

540,33 0,00 0,00 144,05

545,29 -447,50 716,80 138,45

525,44 -407,50 978,85 136,85

518,12 6042,50 820,51 138,04

MWh € € ton

Tabel 101: evaluatie van de verschillende types van warmwaterproductie bij de referentiewinkel op de grond

Omdat alle voorgestelde varianten warm water produceren op basis van gas in plaats van elektriciteit, zal het elektriciteitsverbruik voor alle alternatieve boilers met hetzelfde bedrag dalen. Het gasverbruik daarentegen zal stijgen, afhankelijk van het rendement van de installatie. Voor een gasboiler zal het gasverbruik het meest stijgen. Een gasgeiser is iets duurder en levert jaarlijks een extra kostenbesparing op van ca. 250 €. Zowel de gasboiler als de gasgeiser zijn goedkoper dan de elektrische boiler. Vandaar dat de berekening van een IRR hier compleet nutteloos is. Een zonneboiler is het enige alternatief dat om een meerinvestering vraagt en waarvan een IRR berekend kan worden. Er wordt uitgegaan van een zonneboiler met gasnaverwarming, door middel van een gasgeiser. Door zijn hoge rendement is een zonneboiler zijn relatief hoge meerinvestering waard, de interne opbrengstvoet wordt geschat op meer dan 14%. Deze IRR werd berekend zonder de subsidiëring voor zonneboiler in rekening te brengen. Een zonneboiler levert 75 € per m² collectoroppervlakte op, of in ons geval 450 €.122 122

Eandis, Premieaanvraag ondernemingen en openbare besturen 2008: zonneboiler voor sanitair warm water, www.eandis.be.

229

3.3.9.8. Photovoltaïsche cellen De zon schijnt in onze streken met een vermogen van maximaal 1000 W/m². Het nominaal vermogen van een zonnepaneel wordt echter niet in Watt, maar in Wattpiek uitgedrukt. Het aantal Wattpiek (Wp) van een zonnepaneel is het vermogen dat het paneel levert als de volle zon erop schijnt. In de regel wordt aangenomen dat een zonnepaneel van 1 m² een vermogen heeft van 100 Wp. De hoeveelheidstroom die daarmee jaarlijks opgewekt wordt, is afhankelijk van het aantal uren en de intensiteit van de zonneschijn op de panelen. In België levert een paneel van 100 Wp circa 80 kWh aan elektriciteit.123

De photovoltaïsche cellen worden niet onderzocht bij verschillende isolatiegraden, omdat die geen effect hebben op het elektriciteitsverbruik. Wel worden enkele varianten berekend met een verschillend elektriciteitsverbruik: de basisreferentiewinkel, de basisreferentiewinkel met sas aan de koelruimte, een referentiewinkel met EPB-isolatiegraad en dakvensters of sunpipes. De zonnepanelen kunnen echter enkel die elektriciteit voorzien die overdag direct genuttigd kan worden. Indien meer elektriciteit geproduceerd wordt dan er verbruikt wordt, kan het overschot aan elektriciteit niet in het net geïnjecteerd worden. Achteruitdraaiende kWh-meters zijn immers enkel toegelaten als het totaal geïnstalleerd vermogen voor eigen elektriciteitsproductie niet groter is dan 10 kW.

124

Daarom dient van elk van de voorgaande

referentiewinkels het ‘jaarlijkse elektriciteitsverbruik overdag’ achterhaald te worden. Daaruit kan het totaal gevraagd vermogen in Wp eenvoudig berekend worden, en zodoende ook de nodige oppervlakte zonnepanelen.

Normaal gezien worden premies en subsidies niet ingerekend in de berekening van IRR, omdat dit geen betrouwbare, vaste inkomstbron is. Photovoltaïsche cellen zijn door hun grote investeringskost echter op zich niet rendabel. De levensduur van een zonnepaneel is ongeveer 20 jaar, dit is in alle gevallen minder dan de terugverdientijd. Als men de groenestroomcertificaten in rekening brengt, stijgt de IRR aanzienlijk. 123 124

De gehanteerde waarden voor de bepaling van het vermogen van de photovoltaïsche cellen zijn gebaseerd op empirische gegevens van Colruyt in hun vestiging te Ninove. http://www.vreg.be/nl/04_prive/03_groenestroom/03_productie/01_steun.asp op 14 mei 2008.

230

“Groenestroomcertificaten worden door de VREG uitgereikt per MWh geproduceerde elektriciteit. [...] Voor zonnepanelen die na 1 januari 2006 in dienst zijn genomen, bedraagt de minimumprijs van een groenestroomcertificaat 450 €, voor elk certificaat dat wordt uitgereikt tot 20 jaar na de indienstname van de installatie. Deze minimumprijs wordt betaald door uw distributienetbeheerder. [...] Nadat de installatie 20 jaar in dienst is, worden nog verder groenestroomcertificaten toegekend, maar kunnen deze niet meer automatisch aan 450 € worden verkocht. Deze groenestroomcertificaten kunnen wel nog verhandeld worden op de certificatenmarkt, tegen een onderhandelde prijs.” 123

De groenestroomcertificaten die in rekening gebracht worden, worden uiteraard ook verdisconteerd aan de hand van de gerekende inflatie van 2%. Er wordt verder alleen ingegaan op de gesimuleerde gegevens van de winkel op palen, aangezien een vergelijkbaar resultaat bekomen wordt bij een winkel op de grond

warmtebehoefte gasverbruik elektriciteitsverbruik relatief elektriciteitsverbruik IRR totale opp. zonnepanelen totale primaire energie totale meerinvestering totale kostenbesparing CO2-uitstoot uren discomfort

BASIS

BASIS VKC sas

EPB dakraam 64 m²

EPB 56 sunpipes

120,99 198,42 60,74 -99,51 6,53

111,61 183,04 59,34 -83,13 6,53

54,81 89,89 57,82 -66,30 6,53

52,31 85,78 46,76 -66,89 6,53

870,00 330,42 612344,95 12935,79 82,86 34,00

655,00 313,08 519217,53 13467,18 78,77 65,00

608,00 225,45 469364,39 16515,55 58,92 125,00

545,00 194,11 477601,47 17982,79 50,29 115,00

eenheid

kWh/m² MWh MWh MWh % m² MWh € € ton h

Tabel 102: evaluatie van photovoltaïsche cellen bij de gesimuleerde varianten

231

Zelfs als de groenestroomcertificaten ingerekend worden voor de berekening van de IRR, blijken photovoltaïsche cellen niet rendabel genoeg. Hoe lager de elektriciteitsvraag is, hoe minder zonnepanelen er nodig zijn en dus hoe kleiner de meerinvestering. De jaarlijkse kostenbesparing zal dan ook afnemen, waardoor toch dezelfde interne opbrengstvoet bekomen wordt. De IRR zal dus stijgen met een dalende elektriciteitsvraag. Voor de verschillende elektrische piekvermogens zijn de equivalente benodigde oppervlaktes aan zonnepanelen opgesomd. Dankzij de zonnepanelen neemt de jaarlijkse CO2-uitstoot voor de basiswinkel met meer dan de helft af. Meer specifiek daalt de uitstoot van 153 tot 82 ton per jaar. Voor een winkel met een minimale elektriciteitsvraag wordt de CO2-uitstoot zelfs drie keer zo klein.

Tabel 103 toont de simulatieresultaten van photovoiltaïsche cellen bij reflecterende dakbedekking. De varianten zijn de basisreferentiewinkel, de basisreferentiewinkel met sas aan de gekoelde doorgang, een referentiewinkel met EPB-isolatiegraad en dakvensters of sunpipes.

warmtebehoefte gasverbruik relatief gasverbruik elektriciteitsverbruik relatief elektriciteitsverbruik IRR totale opp. zonnepanelen totale primaire energie totale meerinvestering totale kostenbesparing CO2-uitstoot uren discomfort

BASIS

BASIS VKC sas

EPB dakraam 64 m²

EPB 56 sunpipes

127,19 208,58 10,16 60,46 -99,23 7,08

117,33 192,42 9,38 59,18 -82,97 7,08

59,94 98,30 8,42 57,56 -66,04 7,08

57,90 94,95 9,17 46,49 -66,61 7,08

603,00 338,89 588164,43 12600,51 84,71 19,00

504,00 321,12 499571,29 13175,92 80,55 31,00

420,00 232,38 454380,43 16267,87 60,43 58,00

376,00 201,68 462454,11 17711,72 51,95 45,00

eenheid


MWh € € ton h

Tabel 103: evaluatie van photovoltaïsche cellen in combinatie met een reflecterende dakbedekking bij de gesimuleerde varianten

232

Reflecterende dakbedekking werd reeds onderzocht als alternatieve bouwwijze om het aantal uren discomfort te drukken. Daaruit bleek dat de toepassing van reflecterende dakbedekking op zich economisch gezien niet rendabel kan zijn, omdat die het jaarlijkse gasverbruik niet doet dalen, maar stijgen. In combinatie met PV-cellen kan ze echter wel rendabel worden. De reflectie van het zonlicht op het dak verhoogt immers de diffuse zoninstraling op de zonnepanelen (zie figuur 98), wat de jaaropbrengst verhoogt met 4,5%.

Figuur 98: reflectie van zonlicht bij PV-cellen

Omdat er meer zonlicht gereflecteerd wordt, zal er op éénzelfde oppervlakte van een zonnepaneel meer zonne-energie invallen. Dit wil zeggen dat het piekvermogen per oppervlakte-eenheid zal stijgen ten gevolge van de reflecterende dakbedekking. Daarom zal voor een bepaalde elektriciteitsvraag de benodigde oppervlakte aan zonnepanelen dalen en dus de meerinvestering dalen. Dit heeft op zijn beurt tot gevolg dat de IRR zal stijgen. Men dient echter wel de meerinvestering voor de reflecterende dakbedekking in rekening te brengen. Die kost ca. 15% meer dan de normale zwarte dakbedekking. Deze meerinvestering is echter helemaal niet van dezelfde grootteorde als de uitgespaarde mininvestering van de zonnepanelen. De IRR ligt nu voor alle mogelijke elektriciteitsbehoeftes boven de 7%. De toepassing van zonnepanelen wordt dus economisch zinvoller in combinatie met reflecterende dakbedekking.

De CO2-uitstoot neemt toe, omdat het gasverbruik gestegen is ten gevolge van de reflecterende dakbedekking. Anderzijds ligt ook het aantal uren discomfort opnieuw binnen aanvaardbare normen.

Figuur 99 geeft de terugbetaaltermijn voor de verschillende varianten weer. De zonnepanelen werden voor elke variant zo gekwantificeerd dat de dagelijkse elektrische vraag bijna volledig gedekt kon worden door de zonnepanelen. Vandaar dat het logisch is dat ze allemaal dezelfde minimale terugbetaaltermijn hebben. De photovoltaïsche cellen worden immer optimaal benut. De terugbetaaltermijn voor zonnepanelen

233

zonder reflecterende dakbedekking is ongeveer 15 jaar, terwijl de levensduur van een zonnepaneel momenteel op 20 jaar geschat wordt. Met

Kost [€]

reflecterende dakbedekking zullen de installaties al 1 jaar eerder terugverdiend zijn.

700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000

Tijd [jaar] 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

-100000

BASIS

BASIS VKC sas

EPB Dakraam 64m²

EPB 56 Sunpipes

BASIS, refl. dak

BASIS VKC sas, refl. dak

EPB Dakraam 64m², refl. dak

EPB 56 Sunpipes, refl. dak

Figuur 99: terugbetaaltermijnen van de verschillende varianten met photovoltaïsche cellen

234

3.3.10. Ventilatie

De nieuwe energieprestatieregelgeving stelt niet alleen eisen in verband met de thermische isolatiegraad, maar ook in verband met ventilatie. Voor woningen kantoorbouw is de toepassing van gecontroleerde ventilatie lang niet nieuw meer. Bij de analyse van de huidige situatie bleek dat er tot nog toe geen gecontroleerd ventilatiesysteem is. Bovendien toonden CO2-metingen in de winkelruimte en de gekoelde doorgang aan dat gecontroleerde ventilatie niet enkel juridisch, maar ook bouwfysisch vereist is. De concentratie CO2 stijgt bij momenten zelfs boven 3000 ppm. Daar moet vanaf nu verandering in komen. EPB eist, afhankelijk van de bestemming van een bepaald lokaal, een minimum ontwerpdebiet voor de ventilatie. Dit ontwerpdebiet wordt bepaald door het product van de IDA-klasse met de bezetting. De bezetting van een lokaal wordt rechtstreeks afgeleid uit bijlage VI van de energieprestatieregelgeving. 125 Daarin staat een tabel met voor elke mogelijke bestemming de vloeroppervlakte per persoon. Zo kan de genormeerde ontwerpbezetting per lokaal bepaald worden in functie van de bestemming. In onderstaande tabel zijn de verschillende lokalen van de referentiewinkel met hun bestemming en ontwerpbezetting gegeven.

bestemming vloeropp. per pers totale opp. totale bezetting IDA-klasse ontwerpdebiet per pers. ontwerpdebiet

winkel

VKC

bureau SL

kleedkam SL

refter SL

10

10

15

2

3,5

[m²]

1030

80

13

16

24

[pers.]

103

8

1

8

7

IDA 3

IDA 3

IDA 2

IDA 3

IDA 3

22

22

36

22

22

2266

176

36

176

154

[m²/pp]

[-] [m³/h pp] [m³/h]

Tabel 104: samenvatting van de verschillende lokalen en hun EPB-eis in de referentiewinkel 125

Zie EPB Bijlage VI ‘Ventilatie in niet-residentiële gebouwen’ voor de concrete eisen en bepalingsmethode van de minimale ventilatievoorzieningen in supermarkten.

235

Het totale ontwerpdebiet wordt opgesplitst in de debieten voor de winkel, de gekoelde doorgang (VKC) en de sociale lokalen (SL), omdat deze debieten elk door een afzonderlijke ventilator gerealiseerd worden. De ontwerpdebieten voor de drie verschillende ventilatoren zijn dus respectievelijk 2266, 176 en 366 m³/h.

Er worden verschillende ventilatiesystemen in overweging genomen en onderzocht.

3.3.10.1. Mechanische extractie en natuurlijke toevoer met een vast debiet Wat de meerinvestering betreft, is een systeem met mechanische extractie en natuurlijke aanvoer het goedkoopst. De drie verschillende extractieventilatoren zouden zich dan respectievelijk centraal in de winkelruimte, ter hoogte van de gekoelde doorgang en in het sanitair van de sociale lokalen bevinden. De eenvoudigste regeling van deze extractie is uiteraard ventileren met een vast debiet tijdens de openingsuren.

BASIS

EPB

EPB 3 sassen

P1 3 sassen

P2 3 sassen


124,91 204,85 43,67 161,46 3,35

114,26 187,38 43,31 161,56 3,31

76,12 124,83 42,22 144,17 3,35

57,37 94,09 40,79 143,76 3,23

46,22 75,80 39,53 143,58 3,14

totale primaire energie totale meerinvestering totale jaarlijkse meerkost CO2-uitstoot uren discomfort

583,16 3000,00 1839,34 155,23 19,00

567,69 26850,00 1827,03 151,78 16,00

467,91 43316,45 1791,39 126,89 38,00

439,23 52042,20 1735,08 120,41 44,00

422,31 75466,70 1683,40 116,59 52,00


Tabel 105: evaluatie van een ventilatiesysteem met vast debiet in de referentiewinkel op de grond

236

BASIS

EPB

EPB 3 sassen

P1 3 sassen

P2 3 sassen


147,51 241,92 43,50 163,60 3,35

116,34 190,80 43,30 161,74 3,31

78,52 128,77 42,10 144,32 3,35

57,62 94,50 40,68 143,73 3,23

46,35 76,02 39,41 143,56 3,14

totale primaire energie totale meerinvestering totale jaarlijkse meerkost CO2-uitstoot uren discomfort

621,86 3000,00 1833,60 164,20 33,00

571,22 32475,00 1827,69 152,59 30,00

471,83 51577,43 1787,67 127,79 75,00

439,52 62978,18 1731,36 120,47 81,00

422,46 93852,68 1679,68 116,62 91,00


Tabel 106: evaluatie van een ventilatiesysteem met vast debiet in de referentiewinkel op palen

In tabellen 105 en 106 wordt de interne opbrengstvoet voor mechanische ventilatie niet weergegeven. De reden hiervoor is dat bewuste ventilatie geen kostenbesparing oplevert, maar een jaarlijkse meerkost. Wat de elektriciteit betreft, zal het verbruik om twee redenen stijgen. Ten eerste verbruikt de ventilator zelf elektrische energie. Ten tweede zal het elektriciteitsverbruik van de koelruimte stijgen, omdat ook hier een minimaal debiet aan verse lucht vereist is. Deze verse lucht dient vooraf gekoeld te worden. De verse lucht die in de winkel ingeblazen wordt, dient gedurende het stookseizoen opgewarmd te worden tot de vereiste binnentemperatuur van 19 °C. Daardoor stijgt de warmtebehoefte met ongeveer 25 W/m² bij elke referentiewinkel. Het relatief gasverbruik is dus bijna constant voor alle isolatiegraden. Bij een hogere isolatiegraad zal warmte minder snel ontsnappen uit het gebouw. De opgewekte warmte zal in goed geïsoleerde gebouwen door de vertraagde warmtetransmissie dus iets langer in de ruimte blijven hangen. Het extra gasverbruik zal daarom iets lager zijn. Dat dit verschil echter verwaarloosbaar is, wordt duidelijk als we naar de jaarlijkse meerkost kijken. De jaarlijkse energiekost van de basiswinkel is slechts 150 € hoger dan die van de winkel met de hoogste isolatiegraad en drie sassen.

237

Het aantal uren discomfort daalt door de bewuste ventilatie. Voor de basiswinkel met vast ventilatiedebiet zakt het aantal uren discomfort van 20 naar 19. Dit is geen noemenswaardige verandering, maar hoe hoger de isolatiegraad en de luchtdichtheid, hoe meer het aantal uren discomfort zal dalen ten opzicht van de referentiewinkel. Zo neemt het aantal uren discomfort voor een winkel met passief 2 isolatiegraad en drie sassen met 20 h af. Voor een winkel op palen zal het relatief gas- en elektriciteitsverbruik zo goed als identiek zijn. Daaruit volgt dat ook de jaarlijkse meerkost op een paar euro na dezelfde is. Het enige verschil tussen de winkel op palen en op de grond is dat het aantal uren discomfort nog meer zal afnemen ten opzichte van de referentiewinkel. Voor de referentiewinkel met P2-isolatiegraad en drie sassen neemt het aantal uren discomfort met maar liefst 36 h af.

3.3.10.2. Mechanische extractie en natuurlijke toevoer in een variabel debiet De natuurlijke toevoer van buitenlucht ten gevolge van de mechanische extractie resulteert in een aanzienlijke stijging van het gasverbruik. Omdat het ontwerpdebiet berekend is op basis van een constante, worst-case ontwerpbezetting, wordt dus op minder drukke momenten overgeventileerd. Hierbij wordt koude lucht in het beschermd volume gebracht, hoewel dit strikt genomen niet nodig is. Een variabele debietregeling vraagt een kleine meerinvestering voor een frequentiestuurder en een regelunit, maar doet de jaarlijkse energiekost ook dalen. Een regeling op basis van de CO2-concentratie is in de specifieke supermarktomgeving geen haalbare kaart. De hoge CO2-concentratie in supermarkten is niet alleen het resultaat van menselijke bezetting, maar ook van koelmeubels en allerhande verpakkingen. CO2 kan dus geen adequate indicator voor de binnenluchtkwaliteit zijn. Een ander alternatief is een regeling op basis van VOC-meting. Hierbij wordt het debiet aan de hand van de gecombineerde concentratie van verschillende gassen in de lucht geregeld.

Een variabele regeling in de sociale lokalen kan met een veel eenvoudiger meettoestel gestuurd worden. Omdat het om een veel kleinere variatiemarge van het aantal aanwezig personen gaat, is een enkelvoudige aanwezigheidsdetectie genoeg. De aanwezigheid van personen kan gemeten worden aan de hand van bewegingsensoren of kan gekoppeld worden aan de lichtschakelaar.

238

Vanaf nu wordt opnieuw in elke tabel een IRR opgenomen. Deze IRR drukt de rendabiliteit van een bepaalde maatregel ten aanzien van de referentiewinkel met een vast ventilatiedebiet uit. De IRR heeft dus steeds alleen betrekking op de meerinvestering en de jaarlijkse kostenbesparing van het voorgestelde ventilatiesysteem ten opzichte van het basisventilatiesysteem. De jaarlijkse kostenbesparing in tabel 107 is dus de besparing ten opzichte van de basisreferentiewinkel met mechanische extractie met een vast debiet. Ten opzichte van de basisreferentiewinkel zonder enige vorm van ventilatie, zal de kostenbesparing immers nog steeds negatief zijn, omdat ventilatie steeds een jaarlijkse meerkost zal inhouden.


EPB 3 sassen

P1 3 sassen

P2 3 sassen

EPB 3 sassen

P1 3 sassen

P2 3 sassen

64,35 105,53 -19,31 143,23 -0,94 110,17

46,13 75,66 -18,43 142,94 -0,83 103,73

35,32 57,93 -17,87 142,79 -0,79 100,29

67,11 110,07 -18,70 143,32 -1,00 108,08

46,38 76,07 -18,40 142,90 -0,88 103,73

35,45 58,14 -17,89 142,77 -0,83 100,29

450,51 27500,00 5494,19 122,34 50,00

422,90 52692,20 6501,79 116,11 58,00

406,58 76116,70 7100,69 112,43 66,00

454,82 33125,00 6770,16 123,31 93,00

423,19 63628,18 7924,68 116,17 106,00

406,73 94502,68 8527,46 112,46 116,00


Tabel 107: evaluatie van ventilatiesysteem met een variabel debiet voor de referentiewinkel op de grond en op palen

Het gasverbruik daalt met ongeveer 20 MWh voor alle referentiewinkels. Uit tabellen 106 en 107 kunnen we afleiden dat het gasverbruik ten gevolge van ventilatie met een vast debiet met ca. 40 MWh toeneemt. Dit wil zeggen dat het gasverbruik ongeveer halveert door de ventilatie af te stemmen op de aanwezige bezetting. De onderlinge verhouding van het gasverbruik tussen de verschillende isolatiegraden is dezelfde als

239

voor een vast debiet. Het relatief elektriciteitsverbruik daarentegen daalt met ongeveer 1 MWh. Dit kan verklaard worden door het feit dat het variabel debiet zijn dagelijks maximum bereikt op het warmste moment van de dag. Op het drukste moment van de dag is de interne warmteproductie door het cliënteel het hoogst en daar bovenop wordt nog eens het hoogste debiet aan warme buitenlucht in de winkel geblazen. De binnentemperatuur zal dus aanzienlijk stijgen, waardoor de elektriciteitsvraag van de gekoelde doorgang zal stijgen. Op die manier stijgt ook het aantal uren discomfort. Het aantal uren discomfort is weliswaar nog een beetje lager dan dat van de winkels zonder ventilatie, maar veel hoger dan de winkels met een ventilatie met een vast debiet. Bij een vast debiet wordt gedurende de openingsuren continu een constant debiet verse lucht ingeblazen. Op de minder drukke momenten, voornamelijk ’s ochtends, zal dus meer geventileerd worden dan strikt noodzakelijk. Op de zeer drukke momenten, in de namiddag en de vooravond, zal daarentegen te weinig geventileerd worden. Door de overschakeling naar een variabel debiet zal ’s morgens een kleiner debiet aan frisse buitenlucht en ’s namiddags net een groter debiet warme buitenlucht aangezogen worden. Het zal in de zomer dus veel warmer worden in een winkel met een variabel ventilatiedebiet. Afgezien van het zomercomfort dringt ventilatie met een variabel debiet zich op als alternatieve, zeer rendabele ventilatiemethode. Omdat de meerinvestering enkel uit een meetapparaat bestaat dat de regeling stuurt en een frequentiestuurder van de ventilator, is de IRR meer dan 100%. De terugbetaaltermijn bedraagt ongeveer 1 jaar.

Voor een winkel op palen zal de jaarlijkse meerkost en het relatief gas- en elektriciteitsverbruik zo goed als identiek zijn. Het enige verschil zit in het aantal uren discomfort, die nog sneller en nog meer zullen toenemen dan bij de winkel op de grond. Zo worden in een winkel met een passief 2 isolatiegraad en drie sassen zonder ventilatie 127 uren discomfort geteld. In dezelfde winkel met een variabel debiet is dit maar 9 h minder.

Figuur 100 geeft het gasverbruik van een winkel zonder ventilatie, een winkel met een vast ventilatiedebiet en een winkel met een variabel ventilatiedebiet weer in functie van het K-peil. We zien duidelijk dat door de toepassing van een variabel debiet, het relatief gasverbruik ten opzichte van de basis meer dan halveert.

240

Gasverbruik [MWh]

140 120 100 80 60 40 20 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

K-peil

Geen ventilatie op de grond [MWh]

Vast debiet op de grond [MWh]

Variabel debiet op de grond [MWh]

Geen ventilatie op palen [MWh]

Vast debiet op palen [MWh]

Variabel debiet op palen [MWh]

45

Figuur 100: relatie tussen het gasverbruik en de isolatiegraad bij een ventilatiesysteem met een vast en variabel debiet

3.3.10.3. Gebalanceerd ventilatiesysteem met warmtewisselaar Een andere manier om de energiestijging te drukken is de warmte van de extractielucht overdragen op de koude verse lucht, zodat de verse lucht al gedeeltelijk voorverwarmd is. Omdat de aan- en afvoer van het ventilatiesysteem dan gecentraliseerd dient te worden, kan dit enkel bij een volledig mechanisch ventilatiesysteem. In de meerinvestering dient dus niet enkel de warmtewisselaar op zich ingerekend te worden, maar ook de ventilatiekanalen voor de centralisering. De daling van de jaarlijkse energiekost zal bijgevolg gepaard gaan met een grote stijging van de meerinvestering. De warmtewisselaar waarmee gesimuleerd werd, heeft een jaargemiddeld rendement van 60%. Ook hier werd bij de berekening van de IRR geen rekening gehouden met eventuele subsidies. De toepassing van een warmtewisselaar wordt vergoed met 1 €/m³, met een bovengrens van 3750 €. Voor een totaal debiet van 2808 m³/h is dit dus 2808 €.

241


EPB

EPB 3 sassen

P1 3 sassen

P2 3 sassen

EPB 3 sassen slechte luchtd.

99,41 163,03 -24,36 163,54 1,97 8,43

61,81 101,36 -23,47 146,14 1,97 7,78

43,24 70,92 -23,17 145,72 1,96 7,72

32,45 53,22 -22,58 145,53 1,95 7,28

82,10 134,64 9,80 146,46 2,29 <0

545,85 31600,00 1126,81 148,26 38,00

446,86 48066,45 5277,94 123,55 39,00

418,42 56792,20 6325,99 117,12 46,00

402,01 80216,70 6928,64 113,42 52,00

477,60 48066,45 4148,50 130,48 5,00

eenheid


Tabel 108: evaluatie van een warmtewisselaar met een vast debiet bij de referentiewinkel op de grond

Als we het relatief gasverbruik in tabel 108 vergelijken met het relatief gasverbruik bij een variabel debiet, zien we dat een warmtewisselaar het gasverbruik ten gevolge van het ventilatiedebiet nog iets meer kan drukken. Door de vertraagde warmtetransmissie bij hogere isolatiegraden zal ook hier het absoluut en relatief gasverbruik dalen met een stijgend K-peil. Het elektriciteitsverbruik zal evenwel toenemen, omdat de warmtewisselaar een extra wrijvingsweerstand vormt binnen het kanalennet. Omdat de extra elektriciteitsvraag alleen bepaald wordt door het ventilatiesysteem, zal het relatief elektriciteitsverbruik constant zijn voor alle referentiewinkels. Door het extra elektriciteitsverbruik zal zowel het primair energieverbruik als de CO2-uitstoot ongeveer evenveel afnemen als bij een ventilatiesysteem met variabel debiet. Elektrische energie heeft immers een primaire energiefactor van 2,5.

Voor de winkel die alleen voldoet aan de EPB-eisen wordt de interne opbrengstvoet 8%. Voor de andere varianten zal het referentiegasverbruik steeds lager liggen. Daardoor zal ook het relatief gasverbruik steeds kleiner worden, terwijl het extra elektriciteitsverbruik constant blijft. Ook

242

de meerinvestering blijft voor elke isolatiegraad dezelfde. Het spreekt dus voor zich dat de IRR lichtjes zal dalen met een stijgende isolatiegraad. De warmtewisselaar is puur economisch gezien dus minder rendabel dan een ventilatiesysteem met een variabel debiet. Buiten het stookseizoen wordt de warmtewisselaar gebypasst, daardoor stijgt het aantal uren discomfort veel minder in vergelijking met een systeem met variabel debiet. Tot slot werden in de laatste kolom nog de rekenresultaten van een warmtewisselaar geplaatst in een oud of slordig geconstrueerd gebouw. Hieruit kunnen we duidelijk afleiden dat een warmtewisselaar enkel zin heeft voor luchtdichte gebouwen. Indien het infiltratievoud zo groot is dat langs alle kanten verse koude lucht in het gebouw binnen komt, is het vrij nutteloos om het beperkt debiet aan verse ventilatielucht voor te verwarmen. Voor een winkel op palen is het relatief gas- en elektriciteitsverbruik, de IRR en de jaarlijkse besparing ten gevolge van de ventilatie zo goed als identiek. Het positieve effect van de warmtewisselaar op het aantal uren discomfort komt hier nog duidelijker naar voor.


EPB

EPB 3 sassen

P1 3 sassen

P2 3 sassen

EPB 3 sassen slechte luchtd.

101,58 166,59 -24,21 163,71 1,97 8,33

64,21 105,31 -23,46 146,29 1,97 7,77

43,50 71,34 -23,16 145,69 1,96 7,71

32,59 53,44 -22,57 145,52 1,95 7,27

84,50 138,58 9,81 146,60 2,29 <0

549,50 37225,00 2425,65 149,10 75,00

450,78 56327,43 6567,48 124,45 77,00

418,71 67728,18 7748,52 117,18 84,00

402,18 98602,68 8355,05 113,45 92,00

481,52 56327,43 5438,04 131,38 10,00

eenheid


Tabel 109: evaluatie van een warmtewisselaar met een vast debiet bij de referentiewinkel op palen

243

3.3.10.4. Mechanische toevoer in combinatie met een grondbuis Een andere manier om de toevoerlucht voor te verwarmen is de lucht eerst door een grondbuis te leiden. Wanneer de buitentemperatuur lager is dan de grondtemperatuur treedt voorverwarming van de ventilatielucht op. Tijdens de zomermaanden zal de buitentemperatuur echter hoger zijn dan de grondtemperatuur, en zal de verse lucht voorgekoeld worden. Het effect van de grondbuis werd berekend aan de hand van de berekeningsmethodiek van de warmteoverdracht door een bouwconstructie. Ook hier dienen de drie verschillende vormen van warmteoverdracht, geleiding, convectie en straling in rekening gebracht te worden. Aangezien de warmtegeleiding in de stromingsrichting vele malen kleiner is dan de warmtestroom dwars op de wand, wordt deze eerste verwaarloosd. 126 De geleiding door de buis kan vereenvoudigd voorgesteld worden als de geleiding door twee materiaallagen. Waarbij de eerste materiaallaag de grond is en de tweede de buis.

 1 D db  Q= + +  ⋅ Ainw ⋅ (Tg − Tl ) α λ λb  g 

α = 4,4 ⋅ v 0, 75 ⋅ d b −0, 25 v=

4⋅Q

π ⋅ db 2

waarin: D

= diepte van de grondbuis onder het maaiveld

λg, λb = warmtegeleidingscoëfficiënt van de grond en de grondbuis Ainw

= inwendige oppervlakte van de grondbuis

Tg, Tl = temperatuur van de grond en van de lucht in de grondbuis α

= convectieve warmteoverdrachtcoëfficiënt voor gedwongen turbulente luchtstroming in gladde, ronde buizen126

[m] [W/mK] [m²] [K] [W/m²K]

Vergelijking 34: berekenen van de warmteoverdracht bij een grondbuis naar de lucht door convectie en geleiding

126

E.N.J. van Ouwerkerk, ANIPRO klimaat- en energiesimulatiesoftware voor stallen, oktober 1999, p.59.

244

De stralingsuitwisseling tussen bodem en omgevingslucht wordt bepaald via de wet van Stefan-Boltzmann:

Q = σ ⋅ ε ⋅ (Tg4 − Tl 4 ) ⋅ Ainw Vergelijking 35: warmteoverdracht door straling

De totale warmteoverdracht in de grondbuis wordt dan verkregen door de sommatie van vergelijking 34 en 35. De warmtewinst van de lucht in buis wordt aan de hand van deze formule dynamisch berekend in TRANSYS, waarbij de grondtemperatuur schommelt van 8 °C in de winter tot 14 °C in de zomer.127 Er wordt gebruik gemaakt van een PE-grondbuis met een dikte van ca. 45 mm en een diameter van 20 cm. Verschillende lengtes van deze grondbuis werden gesimuleerd om te onderzoeken wat voor dit ontwerpdebiet het economisch optimum zou zijn. Er wordt telkens gebruik gemaakt van twee buizen naast elkaar met een lengte van respectievelijk 20, 35 en 50 m.

2 x 20 m

2 x 35 m

2 x 50 m

2 x 20 m

2 x 35 m

2 x 50 m

eenheid


124,34 203,91 -0,94 162,34 0,88 <0

123,91 203,21 -1,64 162,31 0,84 <0

123,49 202,52 -2,33 162,28 0,81 <0

146,94 240,99 -0,93 164,47 0,88 <0

146,52 240,29 -1,63 164,44 0,84 <0

146,10 239,61 -2,31 164,41 0,81 <0



582,21 5860,00 -83,65 155,66 15,00

581,50 7330,00 -56,84 155,49 15,00

580,80 8800,00 -30,38 155,33 14,00

620,91 5860,00 -83,79 164,64 26,00

620,21 7330,00 -57,13 164,47 25,00

619,51 8800,00 -30,81 164,31 23,00

MWh € € ton h

Tabel 110: evaluatie van de verschillende grondbuizen in een vast debiet ventilatiesysteem bij de referentiewinkel op de grond en op palen 127

Het verloop van de grondtemperatuur werd afgeleid uit een grondbuis simulatieprogramma van het duitse PassiefPlatform, www.passiv.de.

245

De warmtevraag van het basisventilatiesysteem was 124,91 W/m². Als deze waarde vergeleken wordt met de warmtevraag van een ventilatiesysteem met grondbuis, is het duidelijk dat een grondbuis op zich niet veel opbrengt. Het relatief gasverbruik stijgt lichtjes met een stijgende lengte van de grondbuis. Het extra elektriciteitsverbruik ten gevolge van de grotere wrijvingsweerstand door de buislengte stijgt uiteraard rechtevenredig met de buislengte. De elektriciteitsvraag van de gekoelde doorgang daarentegen, daalt met een stijgende buislengte. De grondbuis zal gedurende de zomermaanden de lucht voorkoelen. Door de temperatuursdaling in de winkel zullen de interne ventilatieverliezen afnemen. Het elektriciteitsverbruik van de gekoelde doorgang daalt dus met een stijgende buislengte. Het extra elektriciteitsverbruik door de wrijvingsweerstand is nog net hoger dan de uitgespaarde elektriciteitsbehoefte van de gekoelde doorgang. Het relatief elektriciteitsverbruik is dus positief. De totale jaarlijkse besparing zal niet boven de 100 € stijgen. De meerinvestering is daarentegen veel groter en bestaat uit graafwerken, de buis zelf, een condensafvoer, een filter en een ventilator met een verhoogd vermogen. De IRR wordt zo voor elke mogelijke buislengte kleiner dan nul. Voor het totaal debiet van 2600 m³/h is het gebruik van 2 buizen van 35 m aangewezen. Een grondbuis mag dan nog niet de meest rendabele oplossing zijn, op het zomercomfort heeft ze wel een zeer positief effect.

Net zoals bij alle andere ventilatiesystemen is ook hier het onderscheid tussen een winkel op palen en een winkel op de grond beperkt tot de invloed op het aantal uren discomfort.

3.3.10.5. Gebalanceerd ventilatiesysteem met grondbuis en warmtewisselaar Een grondbuis wordt eigenlijk pas echt interessant in combinatie met een warmtewisselaar. De terugverdientijd van de warmtewisselaar daalt aanzienlijk, want het rendement stijgt van 60 tot maar liefst 90%. Door de voorvermwarming van de verse lucht in de winter zal de warmtewisselaar immers nooit kunnen aanvriezen. Deze combinatie brengt lucht op een vrij hoge temperatuur binnen, zodat naverwarming bijna niet meer noodzakelijk zal zijn. Het is voor de handliggend dat dit enkel zal renderen bij luchtdichte gebouwen, waar weinig of geen

246

koude buitenlucht infiltreert. Daarom werd deze combinatie ook onderzocht op referentiewinkels met een betere isolatiegraad en de drie sassen. Er wordt gebruik gemaakt van een vast debiet en 2 grondbuizen van 35 m.


BASIS

EPB 3 sassen

P1 3 sassen

P2 3 sassen

101,70 166,78 -38,07 164,94 3,47 5,46

53,47 87,70 -37,14 147,64 3,47 5,07

35,05 57,49 -36,61 147,21 3,45 4,97

24,48 40,15 -35,65 147,04 3,46 4,37

548,84 12080,00 839,56 150,00 15,00

434,43 52396,45 5548,55 121,86 27,00

406,17 61122,20 6590,59 115,46 31,00

390,14 84696,70 7178,91 111,85 33,00


Tabel 111: evaluatie van een warmtewisselaar en grondbuis met een vast debiet bij de referentiewinkel op de grond

Door de toepassing van een warmtewisselaar en een grondbuis zal het gasverbruik met bijna 40 MWh dalen ten opzichte van het basisventilatiesysteem. Het relatief elektriciteitsverbruik is gelijk aan de som van de extra elektriciteitsverbruiken ten gevolge van de wrijvingsweerstand van de warmtewisselaar en de grondbuis. Dit is echter nog steeds zeer weinig in vergelijking met het relatief gasverbruik. Bovendien daalt het aantal uren discomfort door de voorkoeling in de grondbuis tijdens de zomermaanden. Een warmtewisselaar in combinatie met een grondbuis is dus ecologisch gezien zeer rendabel. Vanuit economisch oogpunt echter is de maatregel niet zo rendabel, door de grote meerinvestering voor de warmtewisselaar én de grondbuis. De IRR is wel nog positief, maar haalt de 8%-grens niet. We kunnen dus besluiten dat deze conceptverbetering vooral van toepassing is wanneer men vanuit ecologisch oogpunt de CO2-uitstoot wil drukken. Een ventilatiesysteem met warmtewisselaar en grondbuis is dus ideaal voor een passief of CO2-neutraal concept. Bij

247

een nieuwbouw zal de meerkost van een grondbuis over het algemeen lager liggen, doordat de graafwerken in verhouding minder zullen kosten bij het graven van de bouwput.


BASIS

EPB 3 sassen

P1 3 sassen

P2 3 sassen

124,42 204,05 -37,87 167,07 3,47 5,38

55,95 91,76 -37,01 147,79 3,47 5,02

35,38 58,02 -36,48 147,18 3,45 4,91

24,69 40,49 -35,53 147,03 3,46 4,32

587,72 12080,00 833,17 159,02 25,00

438,46 60657,43 6834,31 122,78 53,00

406,56 72058,18 8009,35 115,55 56,00

390,40 103082,68 8601,55 111,91 58,00


Tabel 112: evaluatie van een warmtewisselaar en grondbuis met een vast debiet bij de referentiewinkel op palen

Bij de winkel op palen zijn de relatieve gas- en elektriciteitsverbruik quasi identiek. Omdat de meerinvestering dezelfde is voor een winkel op palen als op de grond, volgt daaruit dat ook de IRR van dezelfde grootteorde is. Alleen het aantal uren discomfort zal in verhouding meer en sneller dalen in vergelijking met een winkel op de grond. Figuur 101 geeft het gasverbruik weer in functie van de isolatiegraad voor een eenvoudig ventilatiesysteem, een ventilatiesysteem met warmtewisselaar en een ventilatiesysteem met warmtewisselaar en grondbuis. Logischerwijze zijn de drie rechten evenwijdig, omdat het gasverbruik onafhankelijk van het K-peil met hetzelfde precentage – het rendement van de warmtewisselaar – afneemt. Uit het feit dat de rechten voor de winkel op palen en op de grond voor elke isolatiegraad overlappen, wordt in de figuur duidelijk ook dat het verbruik van het ventilatiesysteem onafhankelijk is van het bouwconcept.

248

Gasverbruik [MWh]

140 120 100 80 60 40 20 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

K-peil

Vast debiet op de grond [MWh]

Warmtewisselaar op de grond [MWh]

Grondbuis en wtw. op de grond [MWh]

Vast debiet op palen [MWh]

Warmtewiselaar op palen [MWh]

Grondbuis en wtw. op palen [MWh]

45

Figuur 101: relatie tussen het gasverbruik en de isolatiegraad bij een ventilatiesysteem met een warmtewisselaar en/of grondbuis

3.3.10.6. Actieve koeling Omdat actieve koeling een uiterst energie-inefficiënte oplossing is om het zomercomfort te garanderen, werd deze oplossing zelfs niet in overweging genomen. Enkel passieve koelconcepten worden in het kader van dit onderzoek geëvalueerd. Alternatieve, op de koelvraag anticiperende, bouwsystemen kwamen reeds aan bod.128 Ook de introductie van een centrale koelen vriesinstallatie toonde een duidelijke verbetering van het zomercomfort.129 Passieve koeling door een overdimensionering van het ventilatiedebiet wordt ook onderzocht. Hierbij zijn er twee mogelijkheden, een variabele regeling die in de zomer gestuurd wordt door de binnentemperatuur of nachtventilatie.

128 129

Zie hoofdstuk 3.3.8 Alternatieve bouwprincipes. Zie hoofstuk 3.3.9 Installatietechnische aanpassingen, centrale koelen vriesinstallatie.

249

3.3.10.7. Nachtventilatie Op warme zomerdagen kan de winkel niet enkel tijdens de openingsuren geventileerd worden, maar ook ’s nachts doorspoeld worden met frisse buitenlucht. Vanaf het moment dat de binnentemperatuur de kaap van 24 °C overschreden heeft, wordt ’s nachts met een vast debiet geventileerd. Dit debiet kan gelijk zijn aan het ontwerpdebiet, maar kan in functie van de koelvraag ook groter zijn. Nachtventilatie kan zowel in een systeem met enkel mechanische extractie als in een volledig uitgebalanceerd systeem met een warmtewisselaar toegepast worden. In de zomer wordt de warmtewisselaar gebypasst, omdat de frisse aanvoerlucht dan meer dan welkom is. Ook nachtventilatie wordt voor verschillende isolatiegraden onderzocht. De efficiëntie van nachtspoeling neemt toe met de thermische traagheid van de bouwconstructie. Hoe meer massa het gebouw heeft, hoe meer koude ’s nachts kan worden opgenomen en overdag kan worden afgegeven. Daarom wordt nachtventilatie ook onderzocht in combinatie met een betonnen dakstructuur.


EPB 3 sassen wtw.

P2 3 sassen wtw.

EPB 3 sassen P2 3 sassen EPB 3 sassen wtw. grondb. wtw. grondb. wtw. betondak

P2 3 sassen wtw. betondak

EPB 3 sassen eenheid wtw. grondb. betondak

62,01 101,69 -23,14 147,54 3,37

32,55 53,38 -22,42 147,01 3,44

53,65 87,99 -36,84 149,82 5,65

24,58 40,31 -35,49 149,38 5,80

63,40 103,98 -20,86 146,45 2,28

33,15 54,37 -21,43 145,89 2,31

55,04 90,27 -34,57 148,71 4,55

446,32 48216,45 5163,55 124,60 5,00

401,53 80216,70 6810,82 114,49 6,00

433,86 52546,45 5341,90 123,45 4,00

389,85 84696,70 6958,38 113,53 5,00

448,54 188785,20 5175,73 124,30 5,00

402,50 196125,45 6869,28 113,90 4,00

436,03 193115,20 5356,45 123,13 4,00


Tabel 113: evaluatie van nachtventilatie bij verschillende ventilatiesystemen in de referentiewinkel op de grond

250

Voor de evaluatie van veranderde ventilatieregelingen die zicht richten op de verbetering van het zomercomfort wordt geen IRR gegeven. Het doel van deze maatregelen is immers niet de reductie van de energiekosten of het primair energieverbruik, maar de reductie van het aantal uren discomfort. De evaluatie van de verschillende mogelijkheden zal dus vooral gebeuren op basis van een vergelijking tussen het aantal uren discomfort en de meerinvestering. Ook de stijging of daling van het energieverbruik kan een rol spelen in de evaluatie.


EPB 3 sassen wtw.

P2 3 sassen wtw.

EPB 3 sassen P2 3 sassen EPB 3 sassen wtw. grondb. wtw. grondb. wtw. betondak

64,41 105,64 -23,13 147,69 3,37

32,69 53,61 -22,41 147,00 3,44

56,13 92,05 -36,72 149,97 5,65

24,79 40,65 -35,37 149,37 5,80

65,97 108,20 -20,57 146,60 2,28

33,29 54,59 -21,42 145,88 2,31

57,68 94,60 -34,17 148,86 4,55

450,24 56477,43 6453,09 125,50 10,00

401,69 98602,68 8237,23 114,53 11,00

437,89 60807,43 6627,67 124,38 8,00

390,12 103082,68 8381,02 113,59 9,00

452,71 197046,18 6456,25 125,25 8,00

402,66 214511,43 8295,70 113,94 7,00

440,30 201376,18 6633,19 124,11 6,00

P2 3 sassen wtw. betondak

EPB 3 sassen eenheid wtw. grondb. betondak kWh/m² MWh MWh MWh MWh MWh € € ton h

Tabel 114: evaluatie van nachtventilatie bij verschillende ventilatiesystemen in de referentiewinkel op de grond

Het elektriciteitsverbruik van een systeem met alleen een warmtewisselaar is uiteraard lager dan elektriciteitsverbruik van een systeem met warmtewisselaar en grondbuis. Als de referentiewinkel van een betondak voorzien is, zal het relatief elektriciteitsverbruik lichtjes dalen. Door de thermische traagheid van het gebouw zal de nachtventilatie effectiever zijn en zal de ventilator dus minder verbruiken. Het relatief gasverbruik varieert ook voor de verschillende systemen, omdat de systemen gedurende het stookseizoen een andere impact hebben op de warmtevraag. Een systeem met alleen een warmtewisselaar zal de warmtebehoefte voor de ventilatie minder reduceren als een systeem met warmtewisselaar

251

en grondbuis. Ook een betonnen dakstructuur zal een impact hebben op de warmtebehoefte. Door de thermische traagheid zal de warmtevraag lichtjes stijgen.

Als de daling van het aantal uren discomfort wordt bekeken in verhouding tot de meerinvestering, ziet men duidelijk dat een warmtewisselaar in combinatie met een grondbuis ongeveer evenveel effect heeft als een warmtewisselaar in combinatie met een betonnen dakstructuur. De meerinvestering van een betonnen dakstructuur is echter veel hoger dan die van een grondbuis. Hierbij dient evenwel opgemerkt te worden dat de levensduur van het gebouw zelf 30 jaar is en die van gebouwinstallaties slechts 10 jaar. Een betonnen dakstructuur kost niettemin meer dan 3 keer zo veel als een grondbuis. De toepassing van een warmtewisselaar in combinatie met een grondbuis in een winkel met een betonnen dakstructuur is niet meer rendabel. Het totaal aantal uren discomfort neemt maar met één uur af. De meerinvestering daarentegen wordt meer dan drie maal zo hoog in vergelijking met een winkel zonder betonnen dak.

We kunnen dus besluiten dat nachtventilatie met een warmtewisselaar alleen of met een warmtewisselaar en grondbuis de beste alternatieven zijn om nachtventilatie toe te passen. De traagheid van het gebouw verhogen door een zwaardere dakstructuur zal weinig economische voordelen bieden.

Figuur 102 geeft het gasverbruik en het aantal uren discomfort weer voor de verschillende varianten. We zien duidelijk dat nachtventilatie in alle gevallen een gelijkaardig effect heeft op het zomercomfort. Het gasverbruik voor de verschillende varianten is daarentegen veel minder constant.

252

90,00 100

80,00 70,00

80

60,00 60

50,00 40,00

40


Gasverbruik [MWh]

100,00

120

30,00 20,00

20

10,00 0

0,00 EPB wtw.

P_2 wtw.

EPB wtw. en grondbuis


P_2 wtw. en grondbuis


EPB wtw. en betondak

P_2 wtw. en betondak


Figuur 102: relatie tussen het gasverbruik en het aantal uren discomfort bij de verschillende ventilatietoepassingen met nachtventilatie

3.3.10.8. Zomertemperatuurregeling Indien de ventilatie variabel geregeld wordt aan de hand van de binnenluchtkwaliteit, is de ventilator reeds voorzien van een frequentiestuurder. Als men deze regeling in de zomer niet afstelt op de binnenluchtkwaliteit, maar op de binnentemperatuur, kan het zomercomfort aanzienlijk verbeterd worden. Op momenten waar het binnen warmer dan 24 °C wordt, wordt extra verse buitenlucht aangezogen. Het gevaar is echter dat net tijdens de uren discomfort binnen, de verse buitenlucht ook een maximumtemperatuur bereikt heeft en dus van koeling weinig sprake is. Omdat het aantal uren discomfort stijgt naarmate de isolatiegraad verbetert, wordt de zomertemperatuurregeling voor de verschillende isolatiegraden gesimuleerd.

253


EPB 3 sassen wtw.

P2 3 sassen wtw.

EPB 3 sassen wtw. grondb.

P2 3 sassen wtw. grondb.

EPB 3 sassen wtw. grondb. nachtregeling

P2 3 sassen wtw. grondb. nachtregeling

62,51 102,51 -22,32 146,09 1,92

33,15 54,36 -21,44 145,54 1,97

53,73 88,12 -36,71 148,41 4,24

24,71 40,52 -35,28 147,88 4,30

53,74 88,14 -36,70 149,31 5,14

24,72 40,54 -35,26 148,74 5,17

447,44 44216,45 4952,83 123,75 24,00

402,76 76216,70 6597,21 113,65 27,00

434,28 52546,45 5437,80 122,48 14,00

390,30 84696,70 7062,34 112,51 15,00

434,22 52546,45 5398,25 123,12 8,00

390,22 84696,70 7025,76 113,13 7,00

eenheid


Tabel 115: evaluatie van een ventilatiesysteem met een zomertemperatuurregeling bij de referentiewinkel op de grond

De variatie in het relatief gasverbruik is analoog voor nachtventilatie en ventilatie met een zomertemperatuurregeling. De verandering van de regeling tijdens de zomermaanden heeft enkel effect op het relatief elektriciteitsverbruik. Het relatief elektriciteitsverbruik is lager voor passieve koeling aan de hand van zomertemperatuurregeling dan voor nachtventilatie. Zelfs voor een zomertemperatuurregeling die ook ’s nachts ventileert, is het elektriciteitsverbruik lager dan bij de intensievere nachtventilatie. De onderlinge verhoudingen tussen een systeem met warmtewisselaar alleen en een systeem met warmtewisselaar en grondbuis zijn afhankelijk van de verschillende wrijvingsweerstanden en dus analoog als bij nachtventilatie. De meerinvesteringen zijn vanzelfsprekend identiek aan de meerinvesteringen van de nachtventilatie, omdat het hier enkel een ander regelingsprincipe betreft.

Het effect van een zomertemperatuurregeling op het gas- en elektriciteitsverbruik is nagenoeg identiek bij een winkel op de grond als voor een winkel op palen.

254


EPB 3 sassen wtw.

P2 3 sassen wtw.

EPB 3 sassen wtw. grondb.

P2 3 sassen wtw. grondb.

EPB 3 sassen wtw. grondb. nachtregeling

P2 3 sassen wtw. grondb. nachtregeling

64,92 106,46 -22,31 146,23 1,92

33,29 54,59 -21,43 145,53 1,97

56,21 92,18 -36,58 148,56 4,24

24,91 40,86 -35,16 147,87 4,30

56,22 92,20 -36,57 149,45 5,14

24,93 40,88 -35,14 148,73 5,17

451,36 56477,43 6532,63 124,65 48,00

402,92 94602,68 8023,62 113,69 48,00

438,30 60807,43 6723,57 123,41 28,00

390,57 103082,68 8484,98 112,57 27,00

438,25 60807,43 6684,01 124,04 15,00

390,49 103082,68 8448,40 113,18 13,00

eenheid


Tabel 116: evaluatie van een ventilatiesysteem met een zomertemperatuurregeling bij de referentiewinkel op palen

Een vergelijkende studie tussen nachtventilatie en zomertemperatuurregeling zal dus moeten gebeuren op basis van het aantal uren discomfort en het benodigd elektriciteitsverbruik. Over het algemeen kan men stellen dat het elektriciteitsverbruik en dus de jaarlijkse meerkost lager zijn voor een passieve koeling met zomertemperartuurregeling. Het aantal uren discomfort daalt daarentegen veel minder. Alleen een zomertemperatuurregeling die ook na sluitingstijd een ventilatiedebiet toelaat als het te warm is in de winkel, zal de uren discomfort tot een aanvaardbaar aantal herleiden.

De simulatieresultaten van een zomertemperatuurregeling worden samengevat in figuur 103. Hierbij is duidelijk het verschil in gasverbruik tussen een systeem met of zonder grondbuis te zien. We zien ook dat door de toepassing van een grondbuis het aantal uren discomfort aanzienlijk gereduceerd wordt. Dit effect vergroot nog meer als het systeem ook na sluitingstijd kan ventileren.

255

100,00 90,00

100

80,00 70,00

80

60,00 60

50,00 40,00

40


Gasverbruik [MWh]

120

30,00 20,00

20

10,00 0

0,00 EPB wtw.

P_2 wtw.

EPB wtw. en grondbuis


P_2 wtw. en grondbuis


EPB wtw. + nachtregeling

P_2 wtw. + nachtregeling


Figuur 103: relatie tussen het gasverbruik en het aantal uren discomfort bij een ventilatiesysteem met zomertemperatuurregeling

256

3.4.Evaluatie van de optimalisatiemaatregelen Om alle mogelijke conceptverbeteringen met elkaar te vergelijken worden ze allemaal, op een gecombineerde koelen vriesinstallatie na130, samen in een diagram in functie van hun primair energieverbruik uitgezet. In een eerste fase wordt de meerinvestering getoond in functie van het primair energieverbruik. Hieruit kan duidelijk afgeleid worden wat de kleinste meerinvestering is om tot een supermarkt met dit primair energieverbruik te komen. In een tweede fase wordt de totale actuele kost van alle varianten uitgezet in functie van het primair energieverbruik. De conceptverbeteringen met de laagste totale actuele kost zijn economisch gezien, het meest optimaal.

Zowel het primair energieverbruik, als de meerinvestering, als de totale actuele kost worden berekend op een termijn van 30 jaar. Dit is de vooropgestelde levensduur van een supermarkt volgens Colruyt. Het primair energieverbruik blijft jaarlijks gelijk en wordt dus gewoon met 30 vermenigvuldigd. De berekening van de meerinvestering daarentegen gebeurt aan de hand van vergelijking 36, waarbij x, y en z de jaren zijn waarna een herinvestering nodig is en rm de evolutie van de materiaalkost.

I = I0 +

∑ j = x, y,z

I⋅

(1 + rm + ai ) j (1 + ad + ai ) j

Vergelijking 36: meerinvestering

Concreet wordt ervan uitgegaan dat investeringen in de gebouwschil 30 jaar meegaan en investeringen in de winkelinrichting en de technische installaties elke tien jaar vervangen worden, met uitzondering van de zonnepanelen die een gemiddelde levensduur van 20 jaar hebben. Voor de berekening van de kostprijs van de herinvestering wordt net zoals bij de berekening van de IRR uitgegaan van een middenconjunctuur. Dit wil zeggen dat de inflatie op 2% wordt genomen, de discontovoet op 4%. De evolutie van de materiaalkost is voor een middenconjunctuur gelijk aan 2%. 130

Omdat een gecentraliseerde koelen vriesinstallatie nog geen algemeen gecommercialiseerde techniek is, hebben wij hiervoor geen concrete kostprijs gevonden. Daardoor was het helaas niet mogelijk voor deze variant een IRR, meerinvestering of totale actuele kost te berekenen.

257

De totale actuele kost over 30 jaar is de som van de meerinvestering over 30 jaar en de verdisconteerde jaarlijkse energiekost. Ook voor het verdisconteren van de jaarlijkse energiekost, wordt gerekend aan de hand van een middenconjunctuur en een energieprijsstijging van 3,1%. De concrete waarden van de totale actuele kost zullen dus afhankelijk zijn van het gekozen kostprijsscenario en de geschatte stijging van de


energieprijs.

700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 8000

9000

10000

varianten winkel op palen

11000

12000

13000

varianten winkel op de grond

14000

referentie op palen

15000 16000 17000 18000 Totaal primair energieverbruik op 30 jaar [MWh] referentie op de grond

Figuur 104: Meerinvestering voor de verschillende optimalisatiemaatregelen in functie van het totaal primair energieverbruik op 30 jaar

In figuur 104 zien we een overzicht van de meerinvestering over 30 jaar in functie van het totaal primair energieverbruik over 30 jaar. De referentiewinkel op de grond en op palen zijn de ondergrens van de meerinvestering voor respectievelijk alle varianten op palen en alle varianten op de grond. Er zijn immers geen conceptverbeteringen getest die een ‘minderinvestering’ inhouden. We zien een zeer duidelijk

258

verband tussen de meerinvesteringen voor de verschillende maatregelen op de grond en op palen. Over het algemeen is de meerinvestering voor de variant op palen zo’n kleine 400.000 € groter en het primair energieverbruik ca. 1200 MWh hoger. De dalende trendlijnen kunnen zeer logisch verklaard worden. Hoe meer geïnvesteerd wordt in energiezuinige maatregelen, hoe lager het primair energieverbruik zal worden. Afhankelijk van de kostprijs en de efficiëntie van de maatregel, zal het energieverbruik meer of minder dalen.

In de grafiek zijn evenwel ook varianten te vinden met een hoger primair energieverbruik. Dit zijn alle conceptverbeteringen die uitdrukkelijk betrekking hebben op de verbetering van het comfort. Hieronder vallen zowel de maatregelen die het zomercomfort optimaliseren, als de maatregelen die de winkel van het wettelijk verplichte ventilatiedebiet voorzien. De extreem hoge meerinvesteringen zijn de verschillende varianten met photovoltaïsche cellen, een warmtepomp of een betondak.

Deze figuur vergelijkt echter enkel de ecologisch impact van de verschillende maatregelen in functie van de initiële investering. Er wordt hierbij geen rekening gehouden met de eventuele verandering van de jaarlijkse energiekost. Om de economische rendabiliteit op langere termijn te kunnen evalueren wordt hieronder in figuur 105 en figuur 106 de totale actuele kost weergegeven in functie van het primair energieverbruik. De resultaten voor de winkel op de grond en voor de winkel op palen zijn in twee verschillende diagrammen weergegeven, om een overzichtelijke evaluatie te kunnen weergeven

In figuur 105 zien we duidelijk dat het economisch optimum van de besproken conceptverbeteringen voor een winkel op de grond, ligt bij een totale actuele kost van ca. 380.000 €. Wat overeenkomt met een totaal primair energieverbruik van ca. 10.750 MWh. Concreet is dit de variant met een isolatiegraad naar EPB-normen, een sas aan de inkom, de gekoelde doorgang en de transit én bilaterale ramen van 2 m hoog. Alle punten kort voor het economisch optimum - dus met een iets hogere totale actuele kost en primair energieverbruik - zijn andere dagverlichtingsvarianten. Bijna even rendabel is de gelijkaardige variant met aangrenzende ramen. De economisch meest rendabele maatregelen zijn dus meteen ook de maatregelen met een te hoog aantal uren discomfort. Direct daarop volgen de varianten die rekening

259

houden met een aanvaardbaar zomercomfort, namelijk deze met een verbeterde g-factor of een luifel. Daarna volgen pas de varianten met

Total actuele kost [€]

dakvensters en sheddaken.

800000

700000 600000

500000 400000

300000 200000 4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

Totaal primair energieverbruik op 30 jaar [MWh] varianten winkel op de grond

referentiewinkel op de grond

Figuur 105: relatie van de totale actuele kost van de verschillende optimalisatiemaatregelen in functie van het totaal primair energieverbruik op 30 jaar

Meer links in de grafiek vormt zich een secundair economisch optimum, dit zijn dezelfde conceptverbeteringen met betrekking tot daglichttoetreding toegepast op een winkel met een hogere isolatiegraad (P2) en drie sassen. De groepering van de daglichtvarianten met een EPB-isolatiegraad is veel denser dan die van de varianten met een passief-isolatiegraad, omdat voor een winkel met extremere isolatiegraad enkel nog die varianten getest werden met een gematigde impact op het zomercomfort.

260

We kunnen dus besluiten dat het economisch optimum, wat de isolatiegraad betreft, ligt bij de wettelijk opgelegde EPB-eisen. Meer isoleren is dus, rekening houdend met de huidige economische prognoses, niet rendabel. Zal de energieprijsstijging in realiteit echter hoger zijn als de vooropgestelde 3,1% dan zal de totale actuele kost van de varianten met een laag primair energieverbruik in verhouding minder stijgen als deze met een hoger primair energieverbruik. Bij extreme energieprijsstijgingen zal het huidig ‘secundair economisch optimum’ lager komen te liggen in de grafiek als het huidig economisch optimum. Wat in feite wil zeggen dat hogere isolatiegraden bij pessimistische vooruitzichten in verband met de energievoorraad wel rendabel zullen blijken. Is de energieprijsstijging in realiteit lager dan 3,1%, dan zullen de verschillende meerinvesteringen in verhouding minder effect hebben en zal het front onderaan de punten quasi constant worden. Er zal dus steeds minder sprake zijn van een economisch optimum. De inflatie, discontovoet en evolutie van de materiaalkost hebben een tegenovergestelde invloed. Een stijging van de inflatie, discontovoet of materiaalkost zal er dus voor zorgen dat de waarden van totale actuele kost dichter bij elkaar komen te liggen en het economisch optimum steeds minder rendabel zal zijn ten opzichte van de andere varianten. Een daling echter, zal ervoor zorgen dat de waarden verder uit elkaar gaan liggen en het economisch optimum zich steeds duidelijker aftekent.

De variant die overeenkomt met een passief 2 isolatiegraad met drie sassen en sunpipes heeft een totale actuele kost van slechts 413.161€. Het primair energieverbruik is hier slechts 8569 MWh. Dit wil zeggen dat het initieel primair energieverbruik van 15.317 MWh hier bijna gehalveerd is door enkel en alleen bouwkundige aanpassingen.

De groep punten met het laagst primair energieverbruik komt overeen met de varianten die gebruik maken van photovoltaïsche cellen. Zeker de combinaties met een reflecterende dakbedekking, tonen een duidelijke verlaging in het primair energieverbruik en de totale actuele kost. Het gebruik van de zon als hernieuwbare energiebron biedt dus een duidelijk economisch voordeel. Warmtepompen blijken daarentegen helemaal niet rendabel, met een primair energieverbruik van meer dan 11.100 MWh en een totale actuele kost van meer dan 600.000 €. Vanuit milieuoverwegingen kan het gebruik van een warmtepomp eventueel wel als ‘kers op de taart’ overwogen worden. Hierbij dient echter

261

opgemerkt te worden dat deze installaties, en dan vooral photovoltaïsche cellen, meestal zeer veel technologie vragen, in tegenstelling tot de

Totale actuele kost [€]

meer traditionele maatregelen. Een stijging in procesenergie en productiepollutie is hiervan het logische gevolg.

1200000

1100000 1000000

900000 800000

700000 600000 4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

Totaal primair energieverbruik op 30 jaar [MWh] varianten winkel op palen

referentiewinkel op palen

Figuur 106: relatie van de totale actuele kost van de verschillende optimalisatiemaatregelen in functie van het totaal primair energieverbruik op 30 jaar

Figuur 106 geeft de totale actuele kost van alle varianten op palen weer. We zien dat de verdeling van de punten analoog is aan die van de varianten van de winkel op palen. De absolute waarden van de totale actuele kost en het primair energieverbruik zijn evenwel verschillend, gelet op het feit dat de schaal van de Y-as niet dezelfde is in de beide figuren. Omdat het initiële primair energieverbruik hoger is, zullen bepaalde maatregelen een groter effect hebben. Daardoor zal de variatie in de totale actuele kost iets groter zijn en zullen de punten een

262

beetje verder uit elkaar liggen in het diagram. Het economisch optimum van de voorgestelde maatregelen op een referentiewinkel op palen is hetzelfde als dat voor een winkel op de grond.

De punten in figuren 105 en 106 zijn het resultaat van een economische analyse van de verschillende onderzochte maatregelen. In het kader van deze thesis werden echter voornamelijk afzonderlijke maatregelen getest. Deze maatregelen werden meestal niet alleen op de basisreferentiewinkel getest, maar ook op referentiewinkels met een betere isloatiegraad en al dan niet saswerking. Omdat het effect van bijvoorbeeld condenserende aerothermen of een zonneboiler onafhankelijk is van het feit of de referentiewinkel al dan niet van daglicht voorzien is, werden deze combinaties niet onderzocht. Het simuleren van een oneindig aantal mogelijke combinaties van de verschillende maatregelen ligt immers buiten het bestek van deze thesis. Vooral de combinaties van conceptverbeteringen aan de bouwschil en de installatietechnieken ontbreken in de figuren om een volledig beeld te schetsen. In realiteit zal het economisch optimum dus lager liggen als het optimum van alleen de varianten die in deze thesis onderzocht werden. Het economisch optimum zal een totaalconcept zijn van een winkel met een EPB-isolatiegraad, drie sassen en een combinatie van enkele energie-efficiënte technische installaties.

In het volgende hoofdstuk zullen we proberen aan de hand van een concreet nieuwbouwproject een optimaal totaalconcept van de onderzochte maatregelen weer te geven. Er wordt een hiërarchie van de verschillende maatregelen gedefinieerd. De conceptverbeteringen worden toegepast op het ontwerp in volgorde van belangrijkheid.

263

264

4. Praktische optimalisatie

Nu de rendabiliteit, de efficiëntie en de comforteigenschappen van de verschillende optimalisatiemaatregelen gekend zijn, kunnen er aanpassingen voorgesteld worden op concrete projecten. Hierbij wordt een opsplitsing gemaakt in toepassingen bij renovatieprojecten en toepassingen bij nieuwbouwprojecten.

4.1.Toepassing op renovatieprojecten

De voorziene levensduur van een standaard Colruyt winkel is 30 jaar. Een groot deel van de installatie en de winkelinrichting wordt om de 10 jaar vervangen en herbouwd. Op die manier kunnen er dus aanpassingen voorgesteld worden voor elke Colruyt winkel die in een tijdsmarge van 10 jaar uitgevoerd kunnen worden. Hieronder volgen enkele concrete maatregelen voor de Colruyt vestigingen te Gent en Merelbeke en de Okay vestiging te Stekene.

265

4.1.1. Colruyt vestiging te Gent 0.BASIS

1.Inkom sas

2.VKC sas

3.[2] + centrale KVI

4.Condenserende aerothermen

eenheid


60,23 233,62 447,41 -

56,48 219,07 -14,55 447,55 0,14 3,03

44,29 171,79 -61,83 401,77 -45,64 708,18

38,68 150,02 -83,59 213,51 -233,90 -

53,15 206,13 -27,48 447,41 0,00 7,52



1328,77 362,79 411,00

1316,03 10450,45 462,33 359,95 409,00

1159,03 1145,06 8010,31 318,12 1045,00

668,79 31489,31 180,90 129,00

1304,04 12000,00 906,99 357,25 411,00

MWh € € ton h

Tabel 117: samenvatting van aanpassingen aan de winkelinrichting en de installatie in de Colruyt vestiging te Gent

De huidige manier van binnenkomen in de winkel kan gemakkelijk omgebouwd worden tot een werkend sas door het plaatsen van twee extra schuifdeuren na het rolpad. Dit sas blijkt echter niet zo rendabel. De belangrijkste reden hiervoor is dat de ventilatieverliezen door deze beschutte inkom al beperkt zijn. De rechtstreekse winddrukken zijn in de huidige situatie immers al verwaarloosbaar klein. Bovendien is de Colruyt winkel in Gent één van de drukst bezochte vestigingen van Vlaanderen. Daardoor zullen op de piekmomenten de toegangsdeuren vaak samen open staan zodat de saswerking minder efficiënt zal verlopen.

266

De grote koelruimte kan opgesplitst worden in een ‘drie-graden-zone’ en een niet gekoelde zone, gescheiden door een wand opgebouwd uit sandwichpanelen en twee openingen met flappen. Op die manier wordt in de eerste ruimte de bodemtemperatuur van 3 °C behouden voor de meest essentiële producten en wordt de tweede ruimte op een passieve manier gekoeld tot een intermediaire temperatuur. Deze vrij goedkope ingreep heeft grote gevolgen op het gas- en elektriciteitsverbruik. De terugbetaaltermijn van deze aanpassing wordt geschat op minder dan één jaar. Het grote nadeel van dit sas is het effect op het comfort. Door het beperken van de interne warmteverliezen zal de winkel in de zomer minder gekoeld worden. Het aantal uren discomfort stijgt dramatisch. Deze ingreep zal dan ook moeten gepaard gaan met het herbekijken van het zomercomfort.

Een alternatief voor het huidige koelsysteem met gekoelde doorgang, beenhouwerij en aparte vrieskoffers is het gebruik van een centrale koelen vriesinstallatie. Op die manier wordt de koudebehoefte op een veel efficiëntere manier opgewekt waardoor het elektrisch verbruik aanzienlijk daalt. In het stookseizoen wordt de vrijgekomen productiewarmte gerecupereerd en buiten het stookseizoen wordt ze gebruikt voor de opwekking van het sanitair warmwater. Op die manier wordt de productiewarmte in de zomer niet afgegeven in de winkel, waardoor het aantal uren discomfort tot een aanvaardbare hoogte zal dalen. Het aantal uren discomfort is met slechts 129 h zelfs lager dan het initieel aantal uren.Door de efficiënte installatie zal het elektriciteitsverbruik meer dan halveren en het gasverbruik lichtjes afnemen. Omdat er geen commerciële kostprijs voor een centrale koelen vriesinstallatie gekend is, kon voor deze aanpassing helaas geen IRR of meerinvestering berekend worden.

Het plaatsen van directe gasgestookte condenserende aerothermen is een goedkope, maar rendabele manier om energie te besparen. Het gasverbruik daalt aanzienlijk, de interne opbrengstvoet van deze maatregel is dan ook meer dan 7,5%. Bovendien worden deze condenserende aerothermen meer gesubsidieerd, waardoor er 6000 € van de meerinvestering direct zal terug verdiend worden.

267

0.BASIS

5.Ventilatie Vast debiet 22 m³/pers + warmtewisselaar

6.[5] + nachtventilatie

7.reflecterende dakbedekking

8.[6] + reflecterende dakbedekking

eenheid


60,23 233,62 447,41 -

69,95 271,29 37,68 463,45 16,05 10,01

70,07 271,77 38,15 462,46 15,05 -

63,37 245,81 12,19 445,24 -2,17 -

73,52 285,16 51,54 460,87 13,46 -


totale primaire energie totale meerinvestering jaarlijkse meerkost CO2-uitstoot uren discomfort

1328,77 362,79 411,00

1372,10 17330,00 3242,36 373,04 293,00

1368,76 21830,00 3103,73 372,07 177,00

1334,33 8778,00 122,92 363,72 239,00

1376,84 30608,00 3341,24 373,65 110,00

MWh € € ton h

Tabel 118: samenvatting van enkele maatregelen ter bevordering van de luchtkwaliteit en het zomercomfort in de Colruyt vestiging te Gent

Uit enkele CO2-testen in de winkelruimte bleek dat de comfortgrens van 1000 ppm bijna altijd overschreden werd. Een ventilatiesysteem dringt zich op, zeker met het oog op de huidige EPB-eisen rond hygiënische ventilatie. Er werd gekozen voor een systeem met vast debiet en een warmtewisselaar. Hierbij werd gerekend met een debiet van 5720 m³/h voor de winkel, 620 m³/h voor de koelruimte, 220 m³/h voor de beenhouwerij en 820 m³/h voor de sociale lokalen.131 Door het plaatsen van een warmtewisselaar zou er jaarlijks zo’n 57 MWh aan gasverbruik bespaard worden, terwijl de toename in elektriciteitsverbruik slechts op 6 MWh zou komen. De IRR van deze maatregel wordt zo 10%. Bovendien wordt de warmtewisselaar in de zomer gebybasst, waardoor de hele dag door een vast debiet aan buitenlucht de winkel wordt ingeblazen. Het aantal uren discomfort wordt zo teruggedrongen tot 293 h. Voor het plaatsen van een warmtewisselaar van die grootteorde wordt er een bijkomende subsidie toegekend van 3750 €. 131

Debieten bepaald volgens de EPB regelgeving, zie hoofdstuk 3.3.9 Ventilatie.

268

In combinatie met dit ventilatiesysteem kan er aan mechanische nachtventilatie gedaan worden. Hiervoor zal een extra ventilator moeten geïnstalleerd worden van hetzelfde debiet, om aan efficiënte nachtkoeling te kunnen doen. Het aantal uren discomfort neemt zo verder af tot 177 h. Ondanks de kleine toename in het elektrisch verbruik van de ventilatoren zal het totaal elektriciteitsverbruik toch afnemen. Dit ligt vooral aan het feit dat de winkel globaal koeler zal zijn waardoor de koelvraag van de beenhouwerij en de gekoelde doorgang zullen afnemen.

Het plaatsen van een reflecterende dakbedekking is een efficiënte manier om de zonnewinsten te reduceren die via het dak de winkel bereiken. Op die manier zal het aantal uren discomfort ongeveer halveren. We merken ook op dat de gasfactuur ook lichtjes zal stijgen aangezien de zonnewinsten ook in de winter zullen dalen.

De combinatie van een ventilatiesysteem met nachtventilatie en een reflecterende dakbedekking blijkt de meest efficiënte manier om het comfortprobleem in de winkel aan te pakken. Er wordt slechts bij 110 uren een discomfort gesignaleerd. Dit komt neer op ongeveer ¼ van het huidig aantal uren discomfort. Alle verdere investeringen ter verbetering van het zomercomfort zullen in verhouding tot de meerkost minder effect hebben, zolang de interne warmtewinsten van de technische installaties niet verminderd worden.

269

4.1.2. Colruyt vestiging te Merelbeke 0.BASIS

1.Inkom sas

2.VKC sas

3.[2] + centrale KVI

4.Condenserende aerothermen

5.Ventilatie Vast debiet 22 m³/pers + warmtewisselaar

eenheid


79,12 139,68 167,79 -

68,66 121,21 -18,47 166,71 -1,08 12,59

65,48 115,60 -24,08 132,75 -35,03 490,06

57,72 101,89 -37,78 95,18 -72,60 -

79,12 123,24 -16,43 167,79 0,00 7,05

88,80 156,77 17,09 175,87 8,09 9,40



545,18 146,55 5,00

525,86 6069,04 723,48 142,06 3,00

435,92 998,06 4854,27 116,98 25,00

329,66 9558,67 87,70 0,00

530,39 7500,00 542,27 143,24 5,00

567,82 8000,00 -1536,96 155,70 6,00

MWh € € ton h

Tabel 119: samenvatting van aanpassingen aan de winkelinrichting en de installatie in de Colruyt vestiging te Merelbeke

De huidige manier van binnenkomen in de winkel kan gemakkelijk omgebouwd worden tot een werkend sas door het plaatsen van één extra schuifdeur en het vervolledigen van de huidige inkom. Dit sas blijkt zeker economisch rendabel. De belangrijkste reden hiervoor is dat de ventilatieverliezen door deze inkom in grote mate zullen afnemen door het verminderen van het effect van de rechtstreekse winddrukken. De interne opbrengstvoet van deze maatregel wordt geschat op meer dan 12%, dit komt overeen met een terugbetaaltermijn van minder dan 8 jaar.

270

De koelruimte kan opgesplitst worden in een ‘drie-graden-zone’ en een niet gekoelde zone, gescheiden door een wand opgebouwd uit sandwichpanelen en twee openingen met flappen. Op die manier wordt in de eerste ruimte de bodemtemperatuur van 3 °C behouden voor de meest essentiële producten en wordt de tweede ruimte op een passieve manier gekoeld tot een intermediaire temperatuur. Deze goedkope ingreep heeft grote gevolgen op het gas- en elektriciteitsverbruik. De terugbetaaltermijn van deze aanpassing wordt geschat op minder dan één jaar. Er wordt een lichte stijging in het aantal uren discomfort waargenomen, maar in vergelijking met de vestiging in Gent blijft deze toename verwaarloosbaar.

Een alternatief voor het huidige koelsysteem met gekoelde doorgang en aparte vrieskoffers is het gebruik van een centrale koelen vriesinstallatie. Ook hier zal deze installatie het elektriciteitsverbruik bijna halveren en het gasverbruik ietwat doen afnemen.

Het plaatsen van directe gasgestookte condenserende aerothermen is een goedkope én rendabele manier om energie te besparen. Het gasverbruik daalt aanzienlijk, de interne opbrengstvoet van deze maatregel is dan ook meer dan 7,0%. Bovendien zijn deze condenserende aerothermen beter gesubsidieerd, waardoor er 3750 € van de meerinvestering direct zal terug verdiend worden.

Met het oog op de huidige EPB-eisen rond hygiënische ventilatie, werd het effect bekeken van een gebalanceerd ventilatiesysteem. Er werd gekozen voor een luchtgroep met vast debiet en warmtewisselaar. Hierbij werd gerekend met een debiet van 2200 m³/h voor de winkel, 352 m³/h voor de koelruimte en 468 m³/h voor de sociale lokalen.132 Door het plaatsen van een warmtewisselaar wordt er jaarlijks zo’n 31 MWh aan gasverbruik bespaard, terwijl de toename van het elektriciteitsverbruik slechts zou komen op 2,6 MWh. De IRR van deze maatregel wordt zo 9,4%. Bovendien wordt er voor het plaatsen van een warmtewisselaar van die grootteorde een bijkomende subsidie toegekend van 3020 €.

132


271

4.1.3. Okay vestiging te Stekene 0.BASIS

1.Inkom sas

2.Colruyt VKC


92,51 85,11 118,39 -

83,62 76,93 -8,18 118,46 0,07 1,79

76,32 70,22 -14,90 97,58 -20,81 2028,07

68,08 62,63 -22,48 79,40 -38,99 521,05


372,58 100,69 37,00

365,39 7028,08 262,10 99,09 31,00

307,15 152,53 3075,24 83,01 293,00

254,86 1061,06 5487,74 68,65 662,00

3.Colruyt 4.[3] + VKC met sas centrale KVI

5.Cond. ketel

6.Ventilatie Vast debiet 22 m³/p + warmtewisselaar

eenheid

58,00 53,36 -31,75 55,16 -63,23 -

81,63 75,10 -10,01 118,39 0,00 11,99

100,20 92,18 7,07 122,45 4,06 3,82


185,91 8535,60 49,68 45,00

363,57 2904,00 330,44 98,68 37,00

382,25 6150,00 -721,96 104,99 34,00

MWh € € ton h

Tabel 120: samenvatting van aanpassingen aan de winkelinrichting en de installatie in de Okay vestiging te Stekene

De huidige manier van binnenkomen in de winkel kan gemakkelijk omgebouwd worden tot een werkend sas door het plaatsen van één extra schuifdeur en het vervolledigen van de huidige inkom. Dit sas blijkt echter niet economisch rendabel. De belangrijkste reden hiervoor is dat de ventilatieverliezen door deze inkom al beperkter waren door het kleine aantal klanten, terwijl de basiskost van een extra schuifdeur blijft. De interne opbrengstvoet van deze maatregel wordt geschat ongeveer 1,8%.

Het huidig principe van de gekoelde doorgang in een standaard Okay winkel blijkt een heel onenergetische aanpak. Als er in de toegang naar de koelruimte flappen worden gehangen zoals in een Colruyt winkel, wordt er zo’n 20 MWh aan elektriciteit en 15 MWh aan gas bespaard. Deze

272

heel goedkope ingreep zorgt dus voor een groot economisch voordeel. Er moet wel opgemerkt worden dat het aantal uren discomfort aanzienlijk zal stijgen. In de zomer werd de winkel immers voor een groot deel gekoeld door de interne ventilatieverliezen van de gekoelde doorgang. Een bijkomende verbetering voor de gekoelde doorgang is deze ombouwen naar een ‘groentensas’. Deze vrij goedkope ingreep heeft grote gevolgen op het gas- en elektriciteitsverbruik. De terugbetaaltermijn van deze aanpassing wordt geschat op minder dan één jaar. Er moet wel opgemerkt worden dat het aantal uren discomfort hierdoor een bijkomende stijging naar meer dan 600 h zal vertonen. Het ombouwen naar een groentensas zal dan ook moeten gepaard gaan met het herbekijken van het zomercomfort.

Een alternatief voor het huidige koelsysteem met gekoelde doorgang en aparte vrieskoffers is het gebruik van een centrale

koelen

vriesinstallatie. Ook hier zal deze installatie het elektriciteitsverbruik meer dan halveren en het gasverbruik ietwat doen afnemen. Een bijkomend groot voordeel is de immense afname in het aantal uren discomfort, de winkel wordt bijna net zo comfortabel als vooreerst.

De overgang van een hoogrendementsketel naar een condenserende ketel voor de verwarming van de winkel, is een goedkope én rendabele manier om energie te besparen. Het gasverbruik daalt aanzienlijk, de interne opbrengstvoet van deze maatregel is dan ook bijna 12,0%. Bovendien is deze condenserende ketel beter gesubsidieerd, waardoor er 1440 € van de meerinvestering direct zal terug verdiend worden.

Met het oog op de huidige EPB-eisen rond hygiënische ventilatie, werd het effect bekeken van een gebalanceerd ventilatiesysteem. Er werd gekozen voor een luchtgroep met vast debiet en warmtewisselaar. Hierbij werd gerekend met een debiet van 1056 m³/h voor de winkel, 198 m³/h voor de koelruimte en 292 m³/h voor de sociale lokalen.133 Door het plaatsen van een warmtewisselaar wordt er jaarlijks zo’n 11 MWh aan gasverbruik bespaard, terwijl de toename van het elektriciteitsverbruik slechts zou komen op 1,35 MWh. De IRR van deze maatregel blijkt toch geen 4% te halen. Dit ligt waarschijnlijk aan de grote basiskost van een warmtewisselaar die pas rendabel wordt bij grotere debieten. Voor het plaatsen van een warmtewisselaar van die grootteorde wordt een bijkomende subsidie toegekend van 1546 €. 133


273

4.2.Toepassing op een concreet nieuwbouwproject

De Colruyt groep plant de bouw van een nieuwe supermarkt langs de Tiense Steenweg in Leuven. Het gaat hier om een Bioplanet, het biologische en ecologische winkelconcept binnen de Colruyt groep. Het programma van zo’n Bioplanet wijkt lichtjes af van het programma van een traditionele Colruyt of Okay. Het ontwerp van de winkel bevat over het algemeen een groot glasvlak naar de straat of parking. Dit benadrukt

het open karakter van de winkel. Om diezelfde reden wordt er aan de koelruimte ook een glasvlak voorzien en wordt de

beenhouwerij geconcipieerd als een open bedieningstoog. Het aantal diepvriezers wordt in een Bioplanet teruggedrongen tot ongeveer één derde van het aantal bij een Colruyt.

Figuren 107 en 108 tonen een snede en het grondplan van het voorgestelde ontwerp. De bouwgrond is gelegen tussen een drukke steenweg en een straat in een woonwijk. De Tiense Steenweg ligt ongeveer 3 m lager dan de Pellenbergstraat. Op die manier vormt deze heel specifieke bouwgrond de perfecte aanleiding om de winkel gedeeltelijk in de grond te bouwen en te profiteren van de traagheid van de grondmassa. De gekoelde ruimtes – de gekoelde doorgang, de koelruimte en werkruimte van de beenhouwerij en de stockfrigo – zijn gegroepeerd en liggen in het ondergrondse deel van de winkel. Op die manier zullen de transmissieverliezen vooral in de zomer beperkt worden, door de lagere bodemtemperatuur enerzijds en de compacte groepering anderzijds. Ook de transit is gelegen in dit ondergrondse deel. Deze stockeerruimte wordt – in tegenstelling tot het huidig ontwerpprincipe – afgesloten van de winkel en verwarmd tot een lagere temperatuur. De winkel wordt zo opgesplitst in een verlaagd ondergronds deel, met de gekoelde ruimtes en de transit, en een eerder bovengronds deel, waarin zich de winkelruimte bevindt. De grondmassa zorgt in de winter voor een lagere warmtevraag en in de zomer voor een goede conserveertemperatuur voor de voedingswaren. De winkelruimte zelf wordt aan de westzijde voor een groot deel begrensd door grond en door een woning (zie figuur 107). Aan de zuiden oostkant bloeit de winkel, door een strategisch geplaatste beglazing, open naar zijn omgeving. De winkel krijgt op die manier een duidelijke richting mee naar de commercieel interessantste oriëntaties.

274

De winkel wordt zo ontworpen dat ze voldoet aan de huidige EPB-eisen. Dit wordt bereikt op dezelfde manier als in het voorgaande hoofdstuk.134 Doordat de winkel voor een groot deel in de grond zit, wordt hier een K-peil gehaald van maar liefst 36, ondanks het gebruik van een ongeïsoleerde betonnen vloerplaat. Er wordt een basisventilatiesysteem voorzien met mechanische extractie en een vast debiet van 1800 m³/h in de winkel, 170 m³/h in de transit en 162 m³/h in de koelruimte. In de sociale lokalen wordt in de bureaus, de kleedkamers en de refter een ventilatiesysteem met afwezigheidsdetectie voorzien, het totaal debiet bedraagt hier 366 m³/h.135

Figuur 107: langssnede van het voorgestelde ontwerp, schaal 1/250

134 135

Zie hoofdstuk 3.3.1 Isolatiegraad. Debieten bepaald volgens de EPB regelgeving, zie hoofdstuk 3.3.9 Ventilatie.

275

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

sas inkom winkel check-out gekoelde doorgang stockfrigo beenhouwerij werkruimte BH koelruimte BH transit technische ruimte toegang sociale lokalen

Figuur 108: grondplan van het voorgestelde ontwerp, schaal 1/500

276

1.Basis

2.[1] + VKC inkom en transit sas

3.[2] + goede luchtdichtheid VV_O.1

4.[3] + cond. gasaëro. + gasgeiser

5.[4] + wtw. en 6.[5] + Uw_1.1 eenheid grondbuis g_0.6 oost_25 2x35m zuid_50


108,30 177,62 138,69 -

82,13 134,69 42,93 116,63 22,06 31,70

73,09 119,87 57,74 116,66 22,03 31,28

72,52 110,89 66,73 104,75 33,94 40,10

54,15 84,31 93,30 107,39 31,30 7,48

51,27 80,15 97,47 98,38 40,32 12,28


506,59 133,67 0,00

412,80 13271,66 -4043,25 109,45 0,00

399,54 14887,61 -4528,85 106,48 0,00

361,68 18680,11 -6000,73 96,27 0,00

344,36 26070,11 -6559,81 92,77 0,00

318,08 36537,11 -7777,72 85,57 0,00


Tabel 121: evaluatie van de verschillende optimalisatiestappen bij een nieuwbouw supermarkt in Leuven

We concluderen dat het totaal gasverbruik bij het basisontwerp voor deze Bioplanet in Leuven komt op 177,6 MWh. Hieruit kunnen we afleiden dat deze winkel toch 10 MWh minder verbruikt dan de gelijkaardige variant op de grond, ondanks het feit dat de winkel toch beschikt over heel wat minder interne warmtewinsten door o.a. diepvriezers.136 Dit is vooral te danken aan het aanpassen van enkele ontwerpprincipes, zoals daar zijn het afsluiten van de transit, het profiteren van de warmtewinsten van een naburige woning en het bouwen in de grond. Ook het elektriciteitsverbruik van de gekoelde doorgang daalt van 44,2 MWh naar 40,0 MWh door de oordeelkundige groepering met de beenhouwerij en de andere koelruimtes, ondanks het gebruik van een glasvlak van 8 m² naar de winkel toe. Bovendien kan er opgemerkt worden dat deze winkel in de zomer op geen enkel moment discomfort zal vertonen, door het neutraliserend effect van de grond.

136

De simulatieresulaten van de gelijkaardige variant op de grond zijn terug te vinden in hoofdstuk 3.3.10.1 Mechanische extractie met een vast debiet en natuurlijke toevoer.

277

In stap twee van het optimalisatieproces worden de interne en externe ventilatieverliezen aangepakt door de toepassing van een sas aan de inkom, een groentensas aan de gekoelde doorgang en een dockshelter aan de transit. Door het plaatsen van deze dockshelter heeft de transit nagenoeg geen warmtevraag meer, zodat er daar ook geen aerothermen meer worden voorzien. De temperatuur zakt er in de winter bijna niet onder de 16 °C en in de zomer wordt er een maximum van 24 °C gemeten. In de intermediaire zone van de gekoelde doorgang wordt doorheen het jaar een temperatuur gemeten tussen 12 en 16 °C. In deze stap wordt ook een isolatielaag voorzien van 5 cm EPS onder de koelruimtes. De totaliteit van deze aanpassingen zorgt zo voor een interne opbrengstvoet van 31,7% en blijkt dus heel rendabel.

Een verbeterde luchtdichtheid wordt toegepast in stap drie. Doordat grote delen van de noorden westgevel al niet meer raakten aan de buitenlucht, was het aandeel infiltratieverliezen al beperkt. Toch blijkt de kleine meerinvestering om aan de zuiden oostgevel luchtdichter te bouwen heel rendabel, de IRR bedraagt 31,3%.

Nu de ventilatieverliezen naar de omgeving grondig zijn aangepakt, wordt in stap vier van het optimalisatieproces de manier van warmteopwekking aangepast. De directe gasgestookte aerothermen worden vervangen door condenserende en de elektrische warmwater boiler door een gasgeiser. Het gas- en elektriciteitsverbruik zakken hierdoor met ongeveer 9 MWh. De IRR wordt zo meer dan 40%.

De hygiënische ventilatie wordt nu nog altijd voorzien door een systeem van mechanische extractie met vast debiet. Aangezien voor een groot deel van de winkel een grote bouwput gegraven wordt, blijkt de meerinvestering van een grondbuis de moeite waard. In stap vijf wordt een gebalanceerd ventilatiesysteem geplaatst met grondbuis en warmtewisselaar. Deze aangepaste methode van ventilatie zorgt voor een grote daling in de gasfactuur, de interne opbrengstvoet wordt dan ook 7,5%.

In stap zes wordt een beglazing voorzien aan de straatkant en aan de parking. Op die manier wordt niet alleen de commerciële aantrekkingskracht verbeterd, maar zullen het gas- en elektriciteitsverbruik ook dalen door een optimalisatie van de zonnewinsten en de

278

lichtinval. Om deze zonnewinsten in de zomer onder controle te houden, wordt gebruik gemaakt van de overkraging van sociale lokalen aan de zuidgevel en van een luifel aan de oostgevel (zie figuur 107). Op die manier zullen de zonnestralen de winkel in de winter wel bereiken, terwijl deze in de zomer voor het grootste deel geblokkeerd zullen worden. De daling van het gas- en elektriciteitsverbruik zorgt voor een interne opbrengstvoet van meer dan 12%. 1.Basis

7.[6] + 19 sunpipes

8.[7] + Reflecterende dakbedekking + PV_455

9.[8] + Centrale KVI

10.[9] + Passief_2 wand_SP_16 dak_rotswol_26


108,30 177,62 138,69 -

51,27 80,15 97,47 87,25 51,45 23,73

54,80 79,30 98,31 35,30 103,39 7,08

43,95 63,59 114,02 29,81 108,88 -

22,01 31,85 145,77 21,25 117,45 -


506,59 133,67 0,00

290,25 42446,11 -9112,15 77,72 0,00

164,98 363980,88 -15695,90 40,90 0,00

137,12 -16755,73 33,86 0,00

87,14 -18830,04 21,41 0,00

eenheid


Tabel 122: evaluatie van de verschillende optimalisatiestappen bij een nieuwbouw supermarkt in Leuven

In de zones die niet kunnen profiteren van lichtinval door beglazing worden er in totaal 19 sunpipes geplaatst, dit wordt zo stap zeven van het optimalisatieproces. De interne opbrengstvoet van deze meerinvestering wordt geschat op 23,7%.

279

In stap acht wordt de zwarte dakbedekking vervangen door een reflecterende en wordt 455 m² aan photovoltaïsche cellen geplaatst. Deze oppervlakte is bepaald om de totale elektriciteitsnood, die overdag optreedt, te kunnen opvangen. Hierdoor zakt het elektriciteitsverbruik tot slechts 35,3 MWh per jaar. De IRR van deze PV-cellen is 7,08%.

De huidige koelinstallatie wordt in stap negen vervangen door een verbeterde koelmachine.137 Hierbij worden de 8 diepvriezers niet gekoppeld aan dit systeem, aangezien deze, uit commerciële redenen, bij de kassa gelokaliseerd zijn. De grote afstand tot de technische ruimte, zorgt zo voor grotere transmissieverliezen en een verlies in het installatierendement. Bovendien gaat het hier maar om een klein aantal diepvriezers. Het elektriciteitsverbruik van de gekoelde doorgang daalt van 18,2 MWh naar 3,3 MWh, waardoor de benodigde oppervlakte aan photovoltaïsche cellen zal dalen naar 370 m².

In de laatste stap wordt getracht de eisen op te stellen om supermarkten te laten voldoen aan de passiefnormen van vandaag. Hierbij gaan we uit van de huidige passiefeisen voor schoolgebouwen. De U-waarde van alle schildelen wordt herleid tot 0,15 W/m²K. Dit wordt voor vloer, dak en wand gerealiseerd door respectievelijk 5 cm EPS onder de betonnen vloerplaat, 26 cm rotswol en sandwichpanelen van 16 cm. De U-waarde van de beglazing, toegangsdeur en -poort wordt teruggebracht tot 0,8 W/m²K. Het geïnstalleerd vermogen van de belichting wordt verbeterd tot 6 W/m², wat overeenkomt met 2 W/m² per 100 lux. Het uiteindelijk K-peil en E-peil wordt zo K11 en E41. Dit komt overeen met een jaarlijkse warmtebehoefte van 22 kWh/m². Hier wordt de vereiste ondergrens voor passiefscholen van 15 kWh/m² dus niet gehaald. De reden hiervoor is dat er bij een supermarkt altijd een basisaandeel aan ventilatieverliezen zal zijn door toegangsdeuren en -poorten. Deze grens zal daarom bij passiefsupermarkten wellicht hoger moeten gelegd worden. Het jaarlijks primair energieverbruik van 71 kWh/m² ligt wel ruimschoots onder de vereiste 120 kWh/m² bij passiefscholen. De bekomen winkel is het resultaat van een verregaande economische en ecologische optimalisatie. De haalbare eisen voor passiefsupermarkten lijken ons een jaarlijkse warmtebehoefte van 30 kWh/m² en een jaarlijks primair energieverbruik van 120 kWh/m². 137

De werking van een centrale koelen vriesinstallatie wordt uitgelegd in hoofdstuk 3.3.9.6 Centrale koelen vriesinstallatie.

280

5. Bijlagen

A. U-waarden Colruyt vestiging te Gent

digitaal

B. U-waarden Colruyt vestiging te Merelbeke

digitaal

C. U-waarden Okay vestiging te Stekene

digitaal

D. Koudebrugberekening TRISCO

p.282

E. Infraroodfoto’s Okay vestiging te Stekene

p.284

F. Tempertuursmetingen

digitaal

G. Tabel met Clo-waarden

p. 286

H. Berekening ventilatieverliezen

digitaal

I. Bepaling van de equivalente gasfactuur op basis van de graaddagen

digitaal

J. Plannen optimalisatie

p.287

K. Detailtekening Sunpipe

p.290

L. Gebruikte Subsidies

digitaal

281

D. Koudebrugberekening TRISCO

282

283

E. Infraroodfoto’s Okay vestiging te Stekene

284

285

G. Tabel met Clo-waarden

286

J. Plannen optimalisatie

basisreferentiewinkel op palen, schaal 1/400

basisreferentiewinkel op de grond, schaal 1/400

groepering gekoelde ruimtes, schaal 1/400

287

sas aan de inkom, schaal 1/400

sas aan de gekoelde doorgang, schaal 1/400

groentensas aan de gekoelde doorgang, schaal 1/400

288

overdekte loskade aan de transit, schaal 1/400

verbeterde compactheid, schaal 1/400

bilatierale beglazing, schaal 1/400

289

K. Detailtekening Sunpipe

290

6. Referenties [1]

VN(1992), United Nations Framework Convention on Climate Change, Rio de Janeiro

[2]

EU(2002), Richtlijn 2002/91/EG van het Europees Parlement en de Raad van 16 december 2002 betreffende de energieprestatie van

gebouwen [3]

Vlaamse Regering(2005), Besluit dd.11/03/2005 tot vaststelling van de ‘Eisen voor energieprestatie en binnenklimaat’

[4]

EPB Bijlage III ‘Maximaal toelaatbare U-waarden of minimaal te realiseren R-waarden’ voor de tabel met concrete EPB-eisen voor de verschillende constructiedelen

[5]

EPB Bijlage VI ‘Ventilatie in niet-residentiële gebouwen’ voor de concrete eisen en bepalingsmethode van de minimale ventilatievoorzieningen in supermarkten

[6]

M. MACDONALD, M. DERU, The Wal-Mart Experience Part One, ASHRAE Journal, September 2007, 49(9), pp. 14-25

[7]

J. ARIAS, Energy Usage in Supermarkets, Modeling and Field Measurements, Royal Institute of Technology Sweden, Doctoral Thesis 2005, pp. 23-29

[8]

NBN EN 13829, Europese norm omtrent Warmteverliezen van gebouwen, Bestemming van de luchtdoorlaatbaarheid van gebouwen, Februari 2001

[9]

INNOVA AirTech Instruments, Ventilation measurements and other tracer-gas applications, Ballerup, Denmark

[10] Safety Code for Mechanical Refrigeration, ANSI/ASHRAE Standard 15-1994, Clause 3 [11] ISMAIL M. BUDAIWI, An approach to investigate and remedy thermal-comfort problems in buildings, ScienceDirect, 24 maart 2006 [12] G. HAVENITH, I. HOLMER, K. PARSONS, Personal factors in thermal comfort assessment: clothing properties and metabolic heat

production, Energy and Buildings 34, 2002, p 581-591 [13] Thermische behaaglijkheid als gebouwprestatie, ISSO-publicatie 74, p. 15-33

291

[14] B. BELLENS, Klimatisatie van de boekentoren: thermisch comfort, scriptie tot het behalen van de academische graad van Burgerlijk Ingenieur Architect, academiejaar 2004-2005 [15] Gebaseerd op ISO publicatie EN ISO 7730: Ergonomics of the thermal environment [16] K.C. PARSONS, The effects of gender, acclimation state, the opportunity to adjust clothing and physical disability on requirements for

thermal comfort, Energy and Buildings 34, 2002, p. 593-599 [17] Zie BSR/ASHRAE Standard 55P, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, februari 2003 [18] A. JANSSENS, Syllabus Bouwfysische aspecten van gebouwen, faculteit ingenieurswetenschappen, vakgroep architectuur en stedenbouw, 2005-2006 [19] NEN-EN-ISSO 7730, Klimaatomstandigheden – Analytische bepaling van de thermische behaaglijkheid, 01-12-2005 [20] ASHRAE handbook Refrigeration, ASHRAE, 2006 [21] Transmissiereferentiedocument,

Regels

m.b.t.

de

berekening

van

de

transmissieverliezen

in

het

kader

van

de

energieprestatieregelgeving, okt 2006 [22] F. ALLARD, Y UTSUMI, Airflow through large openings: Gravitational flows through vertical openings, Energy and Buildings, 1992/18(2), p 133-145 [23] Contam database Brussel, samenvatting van de windsnelheden en richtingen gedurende de laatste 10 jaar in Brussel [24] Guide to Energy Efficient Ventilation, Appendix 2: Wind Pressure Coefficient Data, Air Infiltration and Ventilation Centre, 1996, p. 239 [25] ASHRAE Handbook, Fundamentals, Hoofdstuk 27.10, 2005 [26] Zie http://www.energiesparen.be/beleid/energieplanning/faq2.php#tg_primsec [27] EU(2006), ‘European energy and transport. Scenarios on high oil and gas prices’, September 2006 [28] NBN L 13-002, ‘Voorafbepaling van de van de daglicht-verlichtingssterkte bij overtrokken hemel’, Brussel, 1972 [29] Eandis, Premieaanvraag ondernemingen en openbare besturen 2008: rechtstreekse aardgasverwarming, www.eandis.be [30] Eandis, Premieaanvraag ondernemingen en openbare besturen 2008: condensatieketels op aardgas, www.eandis.be [31] Code van goede praktijk voor de toepassing van warmtepompsystemen, EPB regelgeving, 2005

292

[32] Eandis, Premieaanvraag ondernemingen en openbare besturen 2008: warmtepomp, www.eandis.be [33] L. CALLENS, S. VERVAEKE, Koel- en vriesinstallatie gekoppeld aan een warmterecuperatie en een persgasontdooiing, eindwerk aan de Katho Kortrijk, academiejaar ‘05- ’06 [34] IEA Annex 26, Advanced Supermarket Refrigeration/Heat Recovery Systems, Oak Ridge, VS, April 2003 [35] P. Van Rymenant, W. Van Passel, Rapport: de zonneboiler gesimuleerd, Onderzoeksgroep Milieu & Energie, De Nayer Instituut, februari 2001 [36] Eandis, Premieaanvraag ondernemingen en openbare besturen 2008: zonneboiler voor sanitair warm water, www.eandis.be [37] EPB Bijlage VI ‘Ventilatie in niet-residentiële gebouwen’ voor de concrete eisen en bepalingsmethode van de minimale ventilatievoorzieningen in supermarkten [38] E.N.J. van Ouwerkerk, ANIPRO klimaat- en energiesimulatiesoftware voor stallen, oktober 1999

websites [1]

www.milieucentraal.nl

[2]

www.attma.org

[3]

www.passiv.de

[4]

www.plan.be

[5]

www.sunpipe.com

[6]

www.vreg.be

[7]

www.lemmens.com

[8]

www.menerga.be

[9]

www.buderus.be

[10] www.livios.be [11] www.rehau.com

293

Energiezuinige bouw- en installatieconcepten voor supermarkten

Recommend Documents