Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen

Faculteit Ingenieurswetenschappen Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen Vakgroep Organische Chemie - Voorzitter: Prof. Dr. Ir. R. VERHE Onderzoeksgroep Organische Milieuchemie en –technologie: ENVOC

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen door Stijn VERBEKE

Promotor: Prof. Dr. Ir. J. DEWULF Co-promotor: Prof. Dr. Ir.-arch. A. JANSSENS Scriptiebegeleider: Ir. B. DE MEESTER

Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van burgerlijk bouwkundig ingenieur Academiejaar 2005-2006

Voorwoord Duurzame ontwikkeling is een begrip dat vandaag de dag sterk in de belangstelling staat. Mijn sterke persoonlijke interesse voor dit onderwerp zette me ertoe aan een scriptieonderwerp te kiezen dat duurzame ontwikkeling koppelt aan mijn studie tot bouwkundig ingenieur. Deze zoektocht heeft me uiteindelijk geleid tot de zusterfaculteit van de bio-ingenieurs, waar ik hartelijk ontvangen werd in de onderzoeksgroep ENVOC.

Het scriptieonderwerp sprak me meteen aan en een jaar later is dit enthousiasme enkel nog toegenomen. Ik heb bijzonder veel voldoening geput uit het werken aan deze scriptie en ik heb erg veel bijgeleerd. Mijn wens is dat ik met dit werk een klein steentje heb kunnen bijdragen tot de ontwikkeling van de kennis omtrent duurzaam bouwen, en in het bijzonder omtrent de exergetische levenscyclusanalyse. Ik hoop dat ik een deel van mijn enthousiasme omtrent dit veelbelovende onderwerp kan overdragen aan de lezer van dit werk.

Dankwoord Het schrijven van deze scriptie is een langdurige en soms moeizame bevalling gebleken. Toch heb ik er heel veel plezier aan beleefd. Dit komt mede door de aansporing, het enthousiasme en de steun die ik van velen heb mogen ondervinden. In het bijzonder dank ik mijn promotor professor Dewulf voor de geboden kans en de uitstekende begeleiding. De interesse die hij steeds betoonde was een grote bron van motivatie. Ik ben ook bijzondere dank verschuldigd aan ir. Bram De Meester die instond voor de dagelijkse begeleiding. Hij stond steeds klaar met raad en daad en heeft erg veel tijd en energie in mezelf en dit werk gestoken. De vele uren van discussie vormden een grote bron van inspiratie. Ook de begeleiding en opbouwende kritiek van professor Janssens en professor Van Langenhove wordt sterk op prijs gesteld. Griet Verbeeck van het Laboratorium Bouwfysica van de Katholieke Universiteit Leuven bezorgde veel informatie en was ook steeds bereid tot het beantwoorden van mijn lastige vragen, waarvoor zeer veel dank. Tot slot sta ik erop mijn ouders te bedanken voor de steun en alle kansen die ze me in de loop der jaren gegeven hebben.

Toelating tot bruikleen De auteur geeft 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.

6 juni 2006,

Stijn Verbeke

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen door Stijn VERBEKE Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van burgerlijk bouwkundig ingenieur Academiejaar 2005-2006 Promotor: Prof. Dr. Ir. J. DEWULF Co-promotor: Prof. Dr. Ir.-arch. A. JANSSENS Scriptiebegeleider: Ir. B. DE MEESTER Universiteit Gent Faculteit Ingenieurswetenschappen Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen Vakgroep Organische Chemie - Voorzitter: Prof. Dr. Ir. R. VERHE Onderzoeksgroep Organische Milieuchemie en –technologie: ENVOC

Samenvatting Er is nood aan een fundamentele indicator voor de duurzaamheid van gebouwen. Een exergetische levenscyclusanalyse biedt een uitstekend alternatief voor de bestaande analysemethoden. Het verbruik van energiebronnen en materialen kan op basis van dezelfde fysische grootheid exergie beschreven worden. De cumulatieve exergievraag voor de bouwkundige aspecten van een woning omvat de productie van bouwcomponenten, transport naar de werfplaats, bouwactiviteiten en sloop en recyclage. De eisen voor ruimteverwarming resulteren in de cumulatieve exergievraag voor de componenten van een verwarmingsinstallatie en het jaarlijkse verbruik van deze installatie. De warmtebehoefte wordt deels ingevuld door zonnewinsten en interne winsten, en ook deze worden in termen van exergie uitgedrukt. De opgestelde methodologie werd toegepast op een groot aantal varianten van een zelfde rijwoning afkomstig uit de EL²EP-studie. De resultaten tonen aan dat de ruimteverwarming instaat voor het grootste aandeel van de jaarlijkse exergievraag. Zelfs voor zeer goed geïsoleerde woningvarianten is de cumulatieve exergievraag voor verwarming 5 maal groter dan de cumulatieve exergievraag voor bouwmaterialen. Het investeren van exergie in een efficiënte verwarmingsinstallatie en een hoge graad van isolatie is dus een goede strategie. Bij een jaarlijkse warmtevraag van 53 MJ/m³.jaar is het exergetische optimum nog niet bereikt. De cumulatieve exergievraag voor bouwmaterialen bestaat voor het grootste deel uit bijdragen van fossiele brandstoffen. Het aandeel van metaalertsen, mineralen en minerale aggregaten blijft beperkt tot 2% à 4% van de totale cumulatieve exergievraag voor bouwmaterialen. De bouw van woningen met een houtskeletstructuur vergt minder niet-hernieuwbare grondstoffen dan types met een spouwmuur of buitenisolatie. De grootste besparing van niet-hernieuwbare exergie kan echter bekomen worden door het gebruik van hernieuwbare bronnen voor ruimteverwarming.

Trefwoorden Exergie, Duurzaam bouwen, LCA, ecoinvent, eXoinvent

Exergy as a sustainability indicator for the built environment Stijn Verbeke1 Supervisor(s): Prof. dr. ir. J. Dewulf2, Prof. dr. ir. A. Janssens, ir. B. De Meester

Abstract: The aim of this study is to assess the sustainability of buildings by means of an exergetic life cycle analysis. The concept of exergy originates from thermodynamics and is a measure of how far a certain system deviates from equilibrium with its environment. The exergy content of a given amount of energy or material equals the maximum amount of work that can be obtained by bringing this energy or material to its environmental conditions. Extensive data concerning material consumption and heating demand of different alterations of an average Belgian terraced house were obtained from the EL²EP study [1]. The results show that space heating is the dominant factor in the total annual exergy demand. Even in the case of well insulated houses, the exergy demand for space heating is five times larger than material exergy requirements. The best strategy in order to reduce total annual exergy consumption is to invest material exergy in an economic heating installation and building insulation. A major saving of non-renewable exergy can be obtained by using renewable resources for space heating. Keywords: exergy, sustainable building, LCA, eXoinvent

I. INTRODUCTION Life Cycle Assessment (LCA) is a well known methodology for evaluating the sustainability of processes and products. LCA methods are often used to describe the environmental burdens of building materials during their whole lifecycle (cradle to grave approach). A major drawback however is the lack of an accurate method for assessing the consumption of resources. An exergetic life cycle assessment resolves this problem and makes it possible to evaluate consumption of energy and material resources on the same scale. II. EXERGY A. ‘Energy consumption’ and laws of thermodynamics ‘Energy consumption’ is often used in a LCA. However energy consumption is not a good indicator to assess sustainability. As a matter of fact energy can’t be consumed. The first law of thermodynamics states that the total amount of energy remains constant even though forms of energy may change from one to another. The second law of thermodynamics indicates that not all energy conversions can occur spontaneous. This leads to 1

2

S. Verbeke, Master Student Civil Engineering at Faculty of Engineering, Ghent University (UGent), Gent, Belgium E-mail: [email protected] J. Dewulf, Research Group Envoc, Faculty of Bioscience Engineering, Department of Organic Chemistry Engineering , Ghent University (UGent), Gent, Belgium. E-mail: [email protected]

the concept of energy quality indicating to what extend energy is convertible to work. What is being consumed in real processes is not the energy content, but the quality of energy, called exergy. B. Exergy content of materials The concept of exergy is not only useful in thermodynamics but can also be used to evaluate the quality of material resources. The exergy content of an amount of substance equals the work that can be extracted when the substance is brought to equilibrium with the surrounding environment by reversible processes [2-3]. III. MATERIALS AND METHODS A. EL²EP The investigated houses originate from the EL²EP study [1]. In this research project different alterations of an average Belgian terraced house were generated by means of a genetic algorithm. For each variant data describing material consumption and annual demand of space heating are available. B. Calculation of annual exergy demand Calculation of the annual exergy demand is separated into exergy demand for construction aspects and exergy demand for space heating. Construction aspects include production of the construction materials, transport of materials to building site, building activities and demolition and recycling of building materials. Each category is described in terms of products and processes available in the ecoinvent database [4]. This Swiss database contains life cycle inventory data of more than 2700 processes and products. Based on the life cycle inventory data the cumulative exergy demand is calculated using the eXoinvent tool developed by De Meester, Dewulf et al. [3].

Figure 1 Flow sheet of exergy calculation methodology

IV. RESULTS The most exergetically efficient heating installation appears to be the heat pump which consumes 0,907 MJex to produce 1 MJ of heat. Some doubt exists on the rather high seasonal performance factor (SPF) of 350% for this heat pump. When the value of the SPF decreases to 319% a condensing boiler on natural gas becomes the most exergetically efficient heating installation. Because of limited data and uncertainties on the heat pump installation, a condensing boiler on natural gas with variable temperature, non-centralized control and lowtemperature radiators has been chosen for the different building variants. Figure 2 presents the annual exergy consumption of 3 building variants with a rather low net heating demand of around 26 GJ/yr (56 MJ/m³yr). It can be noticed that the heating requirements are dominant (5 times larger than annual exergy demand for building materials), even for these well insulated houses. 70000

Internal heat gains

Annual exergy demand

[MJex/year]

60000

Heating 50000

Installation components 40000

30000

Construction materials (end of life)

20000

Building activities

10000

Transport to building site

0

Construction materials

the building materials despite of the high amount of stone and concrete used. Wooden frame houses have a higher total exergy demand for building materials, but a big part of it consists of renewable exergy resources, not causing resource depletion. 12000

Biomass 10000

Annual exergy demand [MJ/year]

In the demolition phase transport and demolition processes are included. Some of the building materials can be recycled or burned with heat recovery and electricity production. The exergy of the avoid products is subtracted from the exergy demand of the demolition phase. This results in an apparent gain of exergy during the demolition phase for some building materials. Exergy demands are allocated over the estimated service life of the building components in order to calculate the annual exergy demand. Construction framework has an estimated service life of 75 years. Most of the installation components and windows are supposed to be replaced after 25 years. The demand for space heating gives rise to exergy content of installation components and an annual exergy demand for heating. Internal heat gains, e.g. from electrical appliances, are treated according to the ‘avoided products’-principle: the exergy content which would otherwise be needed in a heating installation is allocated to the internal heat gains.

External insulation

Wooden frame

Metal ores

6000

Mineral aggregates

4000

Minerals (excl. Metal ores) Nuclear ores

2000

Organic nonrenewable Cavity w all

External insulation

Wooden fram e

Figure 3 Average exergy of construction materials

The share of construction materials in the annual exergy demand of a building is rather low. The best policy to reduce exergy demand is to invest exergy in insulation materials and high performance heating installations. In order to reduce non-renewable exergy consumption one could opt for a building variant with a wooden frame. A much higher saving of non-renewable exergy however can be obtained by using non-renewables for heating because the natural gas burned in the boiler accounts for almost 50% of the total consumption of non-renewable exergy. V. OUTLOOK Exergetic life cycle assessment appears to be a promising methodology to assess resource consumption in building industries. Reducing the net heat demand of buildings and using low temperature heating systems can lead to major savings of exergy in the built environment.

ACKNOWLEDGEMENTS The author would like to thank Jo Dewulf, Arnold Janssens and Bram De Meester for their excellent guidance and supervision during the work on this thesis. Special thanks go out to Griet Verbeeck (LBF, K.U.Leuven) for providing the data of the EL²EP-study and assistance. REFERENCES [1]

[2]

[3]

Figure 2 Annual exergy demand for three building variants

Figure 3 presents the contributions to the exergy demand of construction materials production (building type averages of 65 variants). Minerals and mineral aggregates contribute very little to the exergy demand of

8000

0

-10000

Cavity wall

Energy flows

[4]

Katholieke Universiteit Leuven en Universiteit Gent, Ontwikkeling van levenscyclusoptimalisatie van extreme lage energie en lage pollutiewoningen (EL²EP residential buildings), IWT/GBOU/020212, 1/10/2002-30/9/2006. J. Szargut, D. R. Morris, F. R. Steward, Exergy analysis of thermal, chemical and metallurgical processes; Hemisphere Publishing: New York/Springer-Verlag: Berlin, 1988. B. De Meester, J. Dewulf, A. Janssens, H. Van Langenhove, An improved calculation of the exergy of natural resources for exergetic life cycle assessment (ELCA), submitted to Environmental Science & Technology (2006). ecoinvent centre (2005) ecoinvent data v1.2. Final reports ecoinvent 2000 No. 1-15. Swiss Centre for Life Cycle Inventories, Dübendorf, 2004, CD-ROM.

Inhoudstafel EXTENDED ABSTRACT

INHOUDSTAFEL

AFKORTINGEN EN SYMBOLEN

1 INLEIDING

1

2 LITERATUURSTUDIE

4

2.1.

5

DUURZAME ONTWIKKELING

2.2. DUURZAAM BOUWEN

8

2.2.1

8

IMPACT VAN DE BOUWSECTOR

2.2.1.1

Impact van de bouwsector op het milieu

8

2.2.1.2

Impact van de bouwsector op sociaal gebied

9

2.2.1.3

Impact van de bouwsector op economisch gebied

10

2.2.2

DEFINITIE DUURZAAM BOUWEN

11

2.2.3

MAATREGELEN VOOR DUURZAAM BOUWEN

14

2.2.3.1

Richtlijnen en checklists

14

2.2.3.2

Energieprestatieregelgeving

16

2.2.3.3

Ruimtelijke planning en compactheid

18

2.2.3.4

Bewonersgedrag

20

2.2.4

KWANTIFICATIEMETHODEN VOOR DUURZAAM BOUWEN

21

2.2.4.1

Milieuvriendelijkheid van bouwproducten

22

2.2.4.2

Kwantificatiemethoden voor gebouwen

23

2.2.5

EL²EP-STUDIE

24

2.2.5.1

EL²EP-typewoningen

24

2.2.5.2

Genetisch algoritme

26

2.2.5.3

Optimalisatiecriteria

30

2.2.5.4

Optimalisatiemethodologie

32

2.2.5.5

Constructietypes

34

2.3. KWANTIFICATIE VAN DUURZAME TECHNIEKEN

35

2.3.1

ANALYSEMETHODEN UIT DE INDUSTRIE

35

2.3.2

LEVENSCYCLUSANALYSE

37

2.3.2.1

Fase 1: Doelbepaling en reikwijdte van de studie

38

2.3.2.2

Fase 2: Inventarisatie

39

2.3.2.3

Fase 3: Impactanalyse

40

2.3.2.4

Fase 4: De interpretatie

41

2.3.2.5

Kritische analyse van de levenscyclusanalyse

42

2.3.3.

ECOINVENT DATABANK

43

2.3.3.1

Doelstelling ecoinvent

43

2.3.3.2

Opbouw databank

44

2.4. EXERGIE

46

2.4.1

ENERGIE

46

2.4.2

THERMODYNAMISCHE ACHTERGROND

47

2.4.3

EXERGIE

50

2.4.3.1

Definitie

50

2.4.3.2

Omgeving

51

2.4.3.3

Exergie in formulevorm

52

2.4.4

EXERGIE ALS INDICATOR VOOR DUURZAME TECHNIEKEN

53

2.4.4.1

Exergetische benadering van grondstoffenverbruik

53

2.4.4.2

eXoinvent

54

2.4.4.3

De zon als bron van exergie

55

2.4.4.4

Uitputting van bronnen en milieuschadelijkheid

56

EXERGIE ALS INDICATOR BINNEN DE BOUWSECTOR

57

2.4.5

3 DOELSTELLING

59

4 MATERIAAL EN METHODEN

61

4.1

GEGEVENS EL²EP-STUDIE

62

4.2

OVERZICHT BEREKENINGSMETHODE

64

4.3

BOUWKUNDIGE ASPECTEN

65

4.3.1

BOUWMATERIALEN EN PRODUCTIEPROCESSEN

65

4.3.2

TRANSPORT EN BOUWACTIVITEITEN

66

4.3.2.1

Transport

66

4.3.2.2

Bouwactiviteiten

67

4.3.3

4.4

SLOOP EN RECYCLAGE

68

WARMTEVOORZIENING

71

4.4.1

INSTALLATIECOMPONENTEN

72

4.4.2 JAARLIJKS VERBRUIK

75

4.4.2.1

Installatieverbruik

75

4.4.2.2

Interne warmtewinsten

77

4.4.2.3

Zonnestraling

78

4.5

LEVENSDUUR VAN DE BOUWCOMPONENTEN

80

5 RESULTATEN EN BESPREKING

83

5.1

84

ANALYSE TECHNISCHE INSTALLATIES

5.1.1

VENTILATIE

84

5.1.2

TRADITIONELE VERWARMINGSINSTALLATIES

85

5.1.3

WARMTEPOMP

87

5.1.4

BESLUIT INSTALLATIES

90

TOTALE EXERGIEVRAAG

91

5.2 5.2.1

OVERZICHT

91

5.2.2

EXERGIE UIT ZONNEWINSTEN

92

5.2.3

SPREIDING OP TOTALE EXERGIEVRAAG

93

5.2.4

ISOLATIE EN INSTALLATIEVERBRUIK

95

5.2.5

BOUWKUNDIGE ASPECTEN

98

5.2.5.1

Materialen en processen

98

5.2.5.2

Transport

100

5.2.5.3

Sloop en recyclage

102

5.3

SAMENSTELLING EXERGIEVRAAG

104

5.3.1

HERNIEUWBARE EN NIET-HERNIEUWBARE EXERGIE

104

5.3.2

OPDELING EXERGIEVRAAG

105

5.3.3

NIET-HERNIEUWBARE EXERGIEVRAAG

107

5.4

VERGELIJKING EXERGIEVRAAG EN KOSTPRIJS

108

5.5

EXERGIE EN INGEBOUWDE ENERGIE

109

5.6

ANALYSE VAN UITGEBREIDE DATASET

111

6 SYNTHESE EN PERSPECTIEVEN

115

7 APPENDICES

119

Appendix A: Plannen referentiewoning EL²EP

120

Appendix B: Bouwcomponenten aangewend in rijwoning EL²EP

122

Appendix C: Modellering bouwcomponenten

123

Appendix D: Transportfase

126

Appendix E: Modellering sloopfase

128

Appendix F: Modellering energiebronnen

130

Appendix G: Woningvariant 1

131

Appendix H: Exergievraag Installaties

136

Appendix I: Totale exergievraag

137

Appendix J: Vergelijking met referenties

139

Appendix K: Aandeel transport en sloop

140

Appendix L: Samenstelling totale exergie

141

8 BIBLIOGRAFIE

142

Afkortingen en symbolen BUI

Buitenisolatie

CFK

Chloorfluorkoolstofverbindingen

CH

Zwitserland (landcode ecoinvent)

COMIS

Simulatieprogramma voor gebouwventilatie

COP

Coefficient Of Performance

DE

Duitsland (landcode ecoinvent)

EL²EP

Extreem lage energie en lage pollutiewoningen

E-peil

Energieprestatiepeil; maat voor verbruik primaire energie

EPS

Geëxpandeerd polystyreen, piepschuim

GBOU

Generisch Basisonderzoek aan de Universiteiten

GTO

Gewogen temperatuursoverschrijdingen

HR

Hoogrendementsketel

HSB

Houtskeletbouw

HT

Hoge temperatuur

IGE

Ingebouwde energie (Joule)

ISO

International Standards Organization

KOST

Kostprijs van rijwoning (€)

K-peil

Isolatiepeil; maat voor warmte-isolatie van gebouwschil

KUL- LBF

Katholieke Universiteit Leuven - Laboratorium Bouwfysica

LCA

Levenscyclusanalyse

LCI

Life Cycle Inventory

LCIA

Life Cycle Impact Assessment

LT

Lage temperatuur

MW

Minerale wol

NEB

Netto energiebehoefte (Joule/jaar)

NGO

Niet-gouvernementele organisatie

NHE

Niet-hernieuwbare ingebouwde energie (Joule)

OSB

Oriented strand board

PRESCO

Practical Recommendations for Sustainable Construction

PUR

Polyurethaan

Rad

Radiator

RER

Europa (landcode ecoinvent)

SPF

Seasonal Performance factor

SPM

Spouwmuur

tkm

Tonkilometer

TRNSYS

Energiesimulatieprogramma (transient systems simulation)

UNEP

United Nations Environment Programme

WTCB

Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf

XPS

Geëxtrudeerd polystyreen

Symbool

Grootheid

Eenheid

E

Energie

J,kWh

Ex

Exergie

Jex

ni

Hoeveelheid chemische substantie i

mol

Q

Warmte

J

S

Entropie

J.K-1

T,T0

Temperatuur

K

U

Inwendige energie

J

V

Volume

m³

W

Arbeid

J

η

Thermisch rendement

/

µ i0

Chemische potentiaal

J.mol-1

1

Inleiding

Duurzame ontwikkeling is een vrij recent begrip, maar heeft op een korte tijd een grote naambekendheid verworven. Overal ter wereld worden er ronkende verklaringen afgelegd, maar helaas blijft het daar vaak bij. Duurzame ontwikkeling is een erg breed begrip en lijkt voor iedereen iets anders te betekenen. Daarom is er grote nood aan indicatoren die duurzaamheid kunnen uitdrukken in een getalwaarde. Meten is immers weten.

Ook binnen de bouwsector wordt er schoorvoetend een stap gezet in de richting van duurzame ontwikkeling, en dit onder de noemer ‘duurzaam bouwen’. De bestaande indicatoren voor duurzaam bouwen kennen echter een aantal tekortkomingen. In het bijzonder vormt de kwantificatie van het grondstofverbruik een prangend probleem. Vaak wordt er gebruik gemaakt van een energetische analyse bij de beoordeling van de duurzaamheid van een gebouw. Fysisch gezien is energie echter geen goede maatstaaf voor de duurzaamheid zoals uitvoerig aangetoond zal worden in deze scriptie.

In het kader van deze scriptie wordt er een alternatieve indicator voor de duurzaamheid van gebouwen onderzocht: exergie. Deze grootheid is wel fysisch relevant, want beschrijft de kwaliteit van een energiebron. Bovendien kan aan de hand van dit begrip ook de kwaliteit van materialen beschreven worden. Er is dus geen artificiële opsplitsing tussen materialen en energiebronnen meer nodig.

Na de inleiding vangt deze scriptie aan met een uitgebreide literatuurstudie. Vooreerst wordt het begrip duurzame ontwikkeling gedefinieerd. Vervolgens wordt besproken wat duurzaam bouwen inhoudt en hoe deze duurzaamheid gemeten kan worden. Het deel duurzaam bouwen wordt afgesloten met een bespreking van de EL²EP-studie. De resultaten van deze studie worden gebruikt in het eigen onderzoek voor deze scriptie. De bouwsector staat uiteraard niet alleen in zijn streven naar duurzame ontwikkeling. Daarom wordt in de literatuurstudie kort onderzocht welke analysemethoden er reeds voorhanden zijn in de industrie. De methodologie van de levenscyclusanalyse wordt meer in detail besproken. De literatuurstudie wordt tenslotte afgesloten met een meer theoretisch getint deel dat de achtergrond van het begrip exergie uit de doeken doet.

Het zeer korte hoofdstuk 3 vat de doelstellingen van het onderzoek samen.

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Inleiding

2

Hoofdstuk 4 start met een korte bespreking van het materiaal dat verkregen werd uit de EL²EP-studie. Vervolgens wordt uitvoerig toegelicht hoe voor de woningvarianten uit de EL²EP-studie de cumulatieve exergie berekend wordt, en welke aannames hiervoor gedaan worden.

In hoofdstuk 5 worden de bekomen resultaten geanalyseerd.

Deze scriptie sluit af met een synthese in hoofdstuk 6.

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Inleiding

3

2

Literatuurstudie

2.1.

Duurzame ontwikkeling

De

gebruikte

meest

definitie

van

duurzame

ontwikkeling

is

deze

van

de

Brundtlandcommissie van de Verenigde Naties. In het rapport ‘Our Common future’ uit 1987 wordt duurzame ontwikkeling (sustainable development) gedefinieerd als [1]:

Duurzame ontwikkeling is een ontwikkeling die tegemoet komt aan de noden van het heden zonder dat de mogelijkheden van toekomstige generaties in gevaar worden gebracht.

Deze definitie heeft een grote draagwijdte, en is ook terug te vinden in de rapporten van de conferenties van Rio en Kyoto [2].

De definitie van de Brundtlandcommissie is niet erg concreet. Duurzame ontwikkeling betreft dan ook geen strikte regels of voorschriften. Het doel is om alle mensen een goede levenskwaliteit te bieden, en ervoor te zorgen dat dit in de toekomst ook nog mogelijk blijft. Hoe dit bereikt moet worden, is niet expliciet aangegeven in de definitie van duurzame ontwikkeling. Er is alleszins een grote inzet nodig van vele verschillende actoren uit de maatschappij, niet in het minst van de wetenschappelijke en technische wereld. Voor het lenigen van de noden van de huidige en toekomstige generaties speelt technologie een zeer belangrijke rol, want technologie levert goederen en diensten aan de mens om aan de noden te voldoen.

Eén van de vereisten voor duurzame ontwikkeling is het beperken van de consumptie van grondstoffen. Wanneer grondstoffen aan een hogere snelheid worden opgebruikt dan ze kunnen worden aangemaakt, legt dit immers een hypotheek op toekomstige generaties. In het kader van duurzame ontwikkeling is er dus een verschuiving nodig naar meer hernieuwbare grondstoffen en energiebronnen. Ook mag er geen vervuiling ontstaan die het ecosysteem aantast. Duurzame ontwikkeling impliceert dus zeker een zorg voor het milieu.

Deze aandacht voor het milieu is zeker niet nieuw. De Club van Rome bracht in 1972 het ophefmakende rapport “The Limits to growth: a global challenge” uit [3]. De stichting legde hierin een verband tussen economische groei en de gevolgen ervan voor het milieu. Vele voorspellingen bleken achteraf onterechte doemscenario’s, maar het rapport heeft

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Literatuurstudie

5

er wel mee voor gezorgd dat sindsdien de aandacht voor milieuzorg niet meer weg te denken is uit politiek en wetenschap.

Duurzame ontwikkeling gaat echter veel verder dan de aandacht voor milieu. In de definitie van duurzame ontwikkeling is er ook sprake van het lenigen van de noden van de mens. Deze noden zijn velerlei, en niet noodzakelijk van materiële aard. Voorbeelden van behoeften zijn: gezond voedsel en drank, huisvesting, goede gezondheidszorg, mobiliteit,… Het voldoen aan de noden van de mens is een belangrijke sociale component van duurzame ontwikkeling. Het lenigen van de behoeften van de mens hoeft niet noodzakelijk te leiden tot een grotere consumptie. In de Westerse wereld is de consumptie immers veel groter dan noodzakelijk is voor het voorzien in de behoeften. In het kader van duurzame ontwikkeling moet ook kritisch gekeken worden naar hoe de behoeften worden ingevuld. Zo is de behoefte niet de auto, maar het vervoer. Het aanmoedigen van verplaatsingen per fiets, autodeelprojecten en een goed uitgebouwd openbaar vervoer kunnen wellicht met een inzet van veel minder middelen in dezelfde behoeften voorzien. Er moet gekeken worden naar de noden van alle mensen, dus armoedebestrijding is één van de hoofdpeilers van duurzame ontwikkeling.

Verder wijst duurzame ontwikkeling economische ontwikkeling niet als de grote schuldige aan zoals in het verleden al te vaak gebeurde. Economische vooruitgang wordt als een belangrijke drijfveer achter de samenleving gezien, en als een partner om duurzame ontwikkeling te voltrekken. Uiteindelijk is een economisch verantwoorde aanpak nodig om maatregelen die goed zijn op ecologisch en sociaal vlak ook een lange overlevingskans te bieden. Om van duurzame ontwikkeling te kunnen spreken mag deze economische

ontwikkeling

uiteraard

niet

gepaard

gaan

met

mensonwaardige

arbeidsomstandigheden of ecologische schade.

Duurzame ontwikkeling vereist dus duidelijk een multidisciplinaire aanpak waarbij er een evenwicht moet zijn tussen volgende drie concepten:

Ecologische kwaliteit

Sociale kwaliteit

Economische kwaliteit


6

Figuur 1 - De drie peilers van duurzame ontwikkeling

In de besluiten van de wereldtop voor Duurzame Ontwikkeling van de Verenigde Naties in Johannesburg (2002) wordt expliciet naar deze drie domeinen verwezen [4]:

…

Promote

sustainable

the

integration

development

–

of

the

economic

three

components

development,

of

social

development and environmental protection – as interdependent and mutually reinforcing pillars.

Deze 3 criteria voor duurzame ontwikkeling (‘The Triple Bottomline’) worden ook vaak aangeduid als de 3 P’S (triple-P):

People (mensen)

Planet (planeet)

Profit (winst).

Op de wereldtop voor duurzame ontwikkeling in Johannesburg werd de P van Profit veranderd in de P van Prosperity. De economische winst op zich is geen doel, maar de creatie van welvaart is dat wel.

Samenvattend moet duurzame ontwikkeling dus leiden tot een win-win situatie waarbij economische ontwikkeling hand in hand gaat met zorg voor mens en milieu.


7

2.2.

Duurzaam bouwen

2.2.1

Impact van de bouwsector

Zoals reeds werd aangegeven is duurzame ontwikkeling geen kant en klaar pakket maatregelen, maar is het een streven dat op multidisciplinaire wijze aangepakt moet worden. Zeer veel verschillende groeperingen zijn er bij betrokken, maar ook individuele personen moeten hun steentje bijdragen in het streven naar een betere wereld voor nu en voor de komende generaties. In politieke middens en de wereld van NGO’s heeft het concept duurzame ontwikkeling reeds geruime tijd een groot draagvlak. Ook in de economische wereld vindt het concept steeds meer ingang. De invulling die de bouwsector aan het begrip duurzame ontwikkeling geeft, valt samen onder de noemer duurzaam bouwen.

Met betrekking tot het duurzaam bouwen treedt er regelmatig begripsverwarring op. Duurzaam bouwen mag niet verward worden met het duurzaam zijn van materialen, waarmee bedoeld wordt dat ze een lange levensduur hebben. In het Engels bestaan hier wel afzonderlijke begrippen voor: sustainable en durable. In deze scriptie wordt ‘duurzaam’ steeds gebruikt in de betekenis van duurzame ontwikkeling.

Alvorens duurzaam bouwen in detail te bespreken, wordt eerst de impact van de bouwsector op het milieu, op sociale vooruitgang en op economische ontwikkeling kort toegelicht.

2.2.1.1

Impact van de bouwsector op het milieu

De bouwsector speelt een zeer belangrijke rol in de zorg voor het milieu. De impact van de bouwsector op het milieu is immers enorm. Volgens UNEP (United Nations Environment Programme) was de bouwsector in 1999 verantwoordelijk voor meer dan 35% van de wereldwijde uitstoot van het broeikasgas CO2 [5]. In België is het energieverbruik voor verwarming van woonhuizen op zich verantwoordelijk voor 16% van de uitstoot van broeikasgassen [6]. Volgens UNEP (United Nations Environment Programma) zijn gebouwen verantwoordelijk voor meer dan 40% van de energieconsumptie binnen de Europese Unie [5]. De bouwsector is naast een grote verbruiker van grondstoffen ook een zeer grote producent Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Literatuurstudie

8

van afvalstoffen. Jaarlijks wordt er in België alleen 8,5 miljoen ton bouwen sloopafval gegenereerd, hetgeen overeen komt met 25 % van de totale afvalberg. In Europa wordt er gemiddeld slechts 28% van het bouwen sloopafval gerecycleerd of hergebruikt. België doet het op dat vlak heel wat beter. Wegens de hoge bevolkingsdichtheid en het gebrek aan natuurlijke grondstoffen is recyclage goed ingeburgerd in de bouwsector: er worden recyclagepercentages van 75% en meer behaald [7]. Dit percentage kan echter nog

opgetrokken

worden,

en

bovendien

moet

er

gestreefd

worden

naar

een

hoogwaardige recyclage waarbij bouwpuin niet enkel wordt ingezet als laagwaardig opvul- of funderingsmateriaal, maar ook rechtstreeks in hoogwaardige producten zoals beton.

De impact van de bouwsector op het milieu gaat echter nog veel verder. Gebouwen en infrastructuur leggen beslag op zeer veel ruimte, en verbruiken enorme hoeveelheden materiaal, energie en water. Zo brengt de bebouwde omgeving het ecosysteem in verdrukking.

2.2.1.2

Impact van de bouwsector op sociaal gebied

Uit bovenstaand cijfermateriaal kan geconcludeerd worden dat de bouwsector een enorme impact heeft op het milieu. Duurzame ontwikkeling kijkt echter verder dan de effecten op het ecologische systeem. Gebouwen en infrastructuur zijn noodzakelijk om de levenskwaliteit van mensen te verhogen en de impact van de bouwsector mag dus zeker niet éénzijdig negatief geïnterpreteerd worden. Een dak boven het hoofd is een basisbehoefte van iedere mens. Een huis kan een echt warm thuis worden voor personen en gezinnen, zorgt voor welbehagen, gezondheid, veiligheid en privacy, en is dus ontzettend belangrijk voor het sociale aspect van duurzame ontwikkeling. Tevens is de tewerkstelling in de bouwsector bijzonder groot, en ook dit heeft vergaande sociale implicaties.


9

2.2.1.3

Impact van de bouwsector op economisch gebied

Tenslotte is ook de economische impact van de bouwsector enorm. In 2004 was de bouwsector verantwoordelijk voor ongeveer 4,5% van het bruto binnenlands product van België. De Belgische bouwsector telt ruim 70000 bouwbedrijven en draait jaarlijks een omzet van ongeveer 31 miljard euro. Het is een zeer arbeidsintensieve sector, die bovendien niet naar lageloonlanden gedelocaliseerd kan worden. Cijfers van de SociaalEconomische Raad van Vlaanderen tonen aan dat maar liefst 12% van de Vlaamse werkgelegenheid direct of indirect uit de realisatie van bouwwerken voortvloeit [2].

Het mag duidelijk zijn: de bouwsector heeft enorme impact op milieu, economie en sociaal vlak, en deze impact kan zowel positief als negatief zijn. Er is nog veel speelruimte om eventuele negatieve impact te vermijden, en positieve impact te vergroten en zo tot een duurzame ontwikkeling in het bouwwezen te komen. Deze maatregelen komen samen onder de noemer ‘duurzaam bouwen’.


10

2.2.2

Definitie duurzaam bouwen

Voor het begrip duurzame ontwikkeling bestaan er talrijke definities, en voor ‘duurzaam bouwen’ is dit niet anders. Een ‘werkgroep duurzaam bouwen’ met vertegenwoordigers van de Europese Commissie, Europese lidstaten en vertegenwoordigers uit de industrie stelt dat ‘duurzaam bouwen’ over heel de wereld verschillende betekenissen blijkt te hebben, en dat het wellicht zinloos is om een algemeen aanvaarde exacte definitie voor te willen stellen [8].

Het Belgische onderzoekscentrum WTCB (Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf) stelt als definitie voor [7]:

Duurzaam bouwen is een kwalitatief hoogstaand bouwwerk realiseren volgens planologische randvoorwaarden, gericht op duurzame ontwikkeling. Dat betekent met aandacht voor de huidige en toekomstige kwaliteit en voor de draagkracht van het natuurlijke milieu. Het bouwwerk moet tijdens de constructie-, gebruiks-

en

opleveren,

van

sloopfasen het

een

minimale

stedenbouwkundig

milieuverstoring niveau

tot

het

materiaalniveau. Dit vereist een integrale aanpak van het bouwproces, waarbij de activiteiten van alle betrokkenen kritisch bekeken worden op het gebruik van milieu- en natuurbronnen, zoals energie, grondstoffen, water en ruimte, en op de productie van afval.

In bovenstaande definitie ligt de nadruk sterk op de ecologische aspecten van duurzaam bouwen. In het kader van duurzame ontwikkeling spelen echter ook economische en sociale aspecten een grote rol. Onderstaande definitie van duurzame woningen belicht deze drie invalshoeken [9]. Duurzame woningen zijn woningen die ontworpen en gebouwd worden

volgens

de

strengste

milieunormen

(met

in

het

bijzonder aandacht voor beperking van het verbruik van energie, water en schaarse mineralen en houtsoorten), die economisch voordelig zijn over de ganse levensduur, en die voldoende flexibel zijn om aan de behoeften van toekomstige generaties te kunnen voldoen.


11

De verschillende invalshoeken voor duurzaam bouwen zijn zeker geen nieuw gegeven. In een markteconomie is de economische drijfveer reeds lang aanwezig. Maatregelen die de milieu-impact van bouwwerken kunnen verminderen zijn oorspronkelijk ook gedreven door economische motieven. De grote stijging van energieprijzen na de internationale crisissen

in

de

jaren

’70

leidde

tot

aandacht

voor

energiezuinig

bouwen.

Energiebesparende bouwtechnieken zorgen voor een grotere begininvestering, die zich echter snel terugverdient tijdens de gebruiksduur van het gebouw. De milieu-impact van bouwwerken gaat echter veel verder dan deze gebruiksenergie, en de aandacht voor andere ecologische aspecten van bouwen won eind jaren ’80 steeds meer aan belang. Wanneer gekeken wordt naar andere ecologische criteria zoals de procesenergie, het grondstofverbruik, afvalgeneratie en emissies blijkt dat lageenergiebouw niet steeds ecologisch verantwoord is. Zo werd in de jaren ’70 het ‘Cambridge University Autartic House’ geconstrueerd. Dit demonstratieproject had als doel zo weinig mogelijk energie te verbruiken en enkel afhankelijk te zijn van zon- en windenergie. Er was een isolatielaag van maar liefst 700 mm dik voorzien, bestaande uit polyurethaan. Pas later kwam het besef dat de CFK’s die gebruikt worden in de productie van polyurethaan erg milieuonvriendelijk zijn [10].

Naast aandacht voor de buitenomgeving is ook de aandacht voor het binnenmilieu van gebouwen de laatste decennia steeds toegenomen. Nieuwe wetenschappelijke inzichten zorgden

onder

andere

voor

normen

inzake

materiaalgebruik

(bijvoorbeeld

asbestproblematiek) en binnenluchtkwaliteit (bijvoorbeeld ventilatievoorschriften ter vermijding van het ‘Sick Building Syndrome’). Afhankelijk van de auteur wordt dit bij het sociale dan wel het milieu-aspect van duurzaam bouwen gerekend.

In de jaren ’90 groeide de aandacht voor een geïntegreerde benadering van de drie peilers van duurzaamheid binnen de bouwkundige sector. De klemtonen die gelegd worden, vertonen wel nog steeds enorme verschillen. In België wordt voornamelijk aandacht besteed aan energiebesparing tijdens de levensduur van het bouwwerk, en aan het gebruik van hernieuwbare of gerecycleerde materialen. In andere landen, vooral de economisch minder ontwikkelde, ligt de nadruk meer op het creëren van sociale gelijkheid en economische duurzaamheid [11].


12

De basisprincipes voor duurzaam bouwen kunnen teruggevonden worden in de Vlaamse Wooncode [12]:

‘Art. 3. Iedereen heeft recht op menswaardig wonen. Daartoe moet de beschikking over een aangepaste woning, van goede kwaliteit,

in

een

behoorlijke

woonomgeving

tegen

een

betaalbare prijs en met woonzekerheid worden bevorderd.’

‘Art. 4. §4. Het Vlaams woonbeleid moedigt bij de bouw, aanpassing, verbetering of renovatie van woningen (…) het prijsbewuste

gebruik

van

ecologisch

verantwoorde

bouwmaterialen en bouwwijzen aan.’


13

2.2.3

Maatregelen voor duurzaam bouwen

Duurzaam bouwen kent enorm veel invalshoeken. In deze sectie worden een aantal hulpmiddelen en aandachtspunten besproken die kunnen helpen bij het creëren van een duurzaam gebouwontwerp:

Richtlijnen en checklists met concrete maatregelen

De energieprestatieregelgeving als wetgevend kader

De invloed van ruimtelijke planning en de compactheid van woningen

Het bewonersgedrag

2.2.3.1

Richtlijnen en checklists

Talloze publicaties stellen maatregelen voor om een gebouwontwerp duurzaam te maken, of om bestaande gebouwen op een duurzame wijze te renoveren. Enkele bekende voorbeelden:

In Nederland bestaan reeds geruime tijd de Nationale Pakketten voor duurzaam bouwen. Deze bevatten een groot aantal praktische aanbevelingen waarvan sommige op financiële steun van de Nederlandse overheid kunnen rekenen [13].

BSRIA: Environmental Code of Practice for Buildings and Their Services [14]. Deze publicatie van de Britse organisatie BSRIA (Building Services Research and Information Association) is opgevat als een algemene hulpstrategie om klanten, architectenprojectleiders, bouwkundig ingenieurs en gebouwbeheerders bij te staan bij het ontwerp, de constructie en het onderhoud van milieuvriendelijke gebouwen [15].

Technical Manual Sustainable Building van Public Technology Inc. en US Green Building Council [16]. Dit uitgebreide handboek met praktische maatregelen kwam tot stand in samenwerking met het Department of energy en het Environmental Protection Agency van de Verenigde Staten.

PRESCO (Practical Recommendations for Sustainable Construction) [17]. Het Presco onderzoeksnetwerk werkte aanbevelingen uit om de Europese milieuevaluatiepakketten te harmoniseren, en zocht tevens naar praktische aanbevelingen voor duurzaam bouwen.

Ook in eigen land zijn er verscheidene publicaties terug te vinden:

Gulden regels om Duurzaam te Bouwen, WTCB tijdschrift, augustus 2000 [7]. Dit artikel geeft een aantal praktische aanbevelingen aan bouwheren in verband met energie, water, grondstoffen en aanpasbaar bouwen. Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Literatuurstudie

14

Dossier Duurzaam Bouwen van het Limburgse Centrum voor Duurzaam Bouwen, in samenwerking met Livios. Deze tekst richt zich in eerste plaats tot de particuliere bouwheer, en bespreekt in zeer duidelijke taal de voornaamste aandachtspunten met betrekking tot duurzaam bouwen [18].

De

Richtlijnen

Economisch

en

Duurzaam

bouwen

van

de

Vlaamse

Huisvestingsmaatschappij [19]. Dit document somt een groot aantal maatregelen op met betrekking tot duurzame sociale woningbouw. Een aantal van deze maatregelen is verplicht voor architecten en aannemers die werken in opdracht van de Vlaamse Huisvestingsmaatschappij.

Duurzaam wonen voor alle Vlamingen – Vlaams Woonbeleid 1980-2020 is de titel van het Jaar- en Studierapport 2004-2005 van de Vlaamse Confederatie bouw [2]. Hierin

worden

onder

andere

zeven

parameters

besproken

waarmee

de

duurzaamheid van een woning getoetst kan worden.

Deze lijstjes moeten met de grootste omzichtigheid aangewend worden. Er bestaat geen algemeen geldend recept voor een duurzaam gebouwontwerp. Elk gebouw staat in relatie met zijn omgeving, en ook de wensen en de gebruikspatronen van elke bouwheer zijn verschillend. Een ontwerp dat aangepast is aan de omgeving en aan de bouwheer zal een lange gebruiksduur kennen, en ook dat is een belangrijk aspect van duurzaam bouwen. Doorgaans is elk gebouwontwerp uniek. De architect moet voor elk nieuw gebouw reeds van bij het begin van het ontwerpproces rekening houden met

alle aspecten van

duurzaam bouwen. Dit vraagt om een geïntegreerde aanpak, waarbij in de ontwerpfase van een gebouw veel aandacht besteed wordt aan de productie-, de afbraak- en voornamelijk de gebruiksfase van het gebouw.

Zo’n geïntegreerde aanpak van het gebouwontwerp vraagt een grote inspanning van de ontwerper. Klassiek is een gebouw vanuit het oogpunt van een ontwerper in de eerste plaats een omhulsel dat de bewoners afschermt van de buitenomgeving. Natuurlijke bronnen zoals zonlicht en wind kunnen passieve warmte en koude leveren. Om het binnenklimaat verder te regelen zullen er actieve verwarmingsinstallaties voorzien moeten worden, eventueel aangevuld met ventilatie- en koelinstallaties. Vaak is het architecturale uitzicht van een gebouw de hoofdbekommernis van een ontwerper, en wordt energie-efficiëntie als bijkomstig beschouwd. Pas wanneer het ontwerp van een woning of utiliteitsgebouw voltooid is, wordt het studiebureau technieken bij het project betrokken. De keuzes die bij het architecturale ontwerp gemaakt worden, hebben echter een zeer grote impact op het energieverbruik van een gebouw. Er kan pas sprake zijn van duurzaam bouwen als hier reeds aandacht voor is van bij het prille begin van het


15

ontwerp. Inplanting, oriëntatie, glasoppervlakte en compactheid zijn slechts enkele van de vele parameters die een grote invloed uitoefenen op de energievraag van een gebouw [20].

Men kan bezwaarlijk van een duurzaam bouwconcept spreken, als men bij een weinig doordacht architecturaal ontwerp kunstgrepen moet toepassen zoals het aanwenden van extra veel isolatie of zonnecollectoren voor sanitair warm water. Om een duurzaam gebouw te creëren is er dus een intense samenwerking nodig tussen onder meer de bouwheer, de ontwerper en het studiebureau technieken. Richtlijnen en checklists kunnen nuttig zijn op voorwaarde dat ze zeer doordacht worden aangewend.

2.2.3.2

Energieprestatieregelgeving

Het isoleren van een gebouw is veruit de belangrijkste ingreep die men kan treffen om de energievraag van een gebouw te beperken, en tegelijk veel geld te besparen. Isoleren vermindert niet enkel het energieverbruik, maar verbetert ook het thermisch comfort en doet de gevoeligheid voor condens afnemen. Ofschoon investering in isolatie doorgaans snel terug verdiend wordt, zijn de meeste Vlaamse woningen slecht geïsoleerd. Vlaanderen hoort nog steeds tot de zwakst geïsoleerde regio’s in Europa. De toegepaste isolatiedikte is vergelijkbaar met hoe in Italië en Turkije wordt geïsoleerd [21]. 62 % van de woongebouwen dateren bovendien van vóór 1970, wat betekent dat ze op het ogenblik van hun constructie doorgaans niet voorzien werden van thermische isolatie [22].

In Vlaanderen bestaat sinds 1992 het isolatiedecreet. Om een bouwvergunning te bekomen diende een woning te voldoen aan de K55-norm. Het K-peil van een gebouw is een maat voor de globale warmte-isolatie van de buitenschil van een gebouw. Het isolatiedecreet eiste dat de warmtetransmissie door de omhulling van het gebouw (muren, dak, vloer, deuren en ramen) de waarde van 0,55 W/m²K niet mocht overtreffen. Deze eis is echter weinig ambitieus in vergelijking met de richtlijnen uit andere Europese lidstaten. Bovendien werd geconstateerd dat de regels niet steeds plichtsbewust werden opgevolgd. De SENVIVV studie concludeerde dat er weinig verschil in isolatiekwaliteit bestaat tussen de woningen die opgetrokken werden vóór en na het in voege treden van het isolatiedecreet. Uit een steekproef bleek dat van de woningen waarvoor een bouwaanvraag werd ingediend tussen 1 september 1993 en 31 december 1995, uiteindelijk slechts 20% voldeed aan de opgelegde K55-eisen [23].


16

Om de beschikbare energiebronnen van de planeet te beschermen en de opwarming van ons klimaat tegen te gaan, hebben het Europese Parlement en de Raad de Europese richtlijn betreffende de energieprestatie van gebouwen uitgegeven (2002/91/EG - 16 december 2002). Sinds 1 januari 2006 vervangt het energiepresatiedecreet de bestaande isolatieregelgeving in Vlaanderen [24].

Deze nieuwe regelgeving is zowel qua toepassingsgebied als eisenpakket een stuk uitgebreider dan de huidige reglementering. Het nieuwe decreet stelt niet enkel eisen aan nieuwbouwwoningen, maar tevens aan andere bouwprojecten zoals kantoorruimtes, scholen en industriële gebouwen waarbij er verwarmd of gekoeld wordt om het binnenklimaat te regelen voor het menselijke comfort. De eisen zijn afhankelijk van de specifieke functie van een gebouw, en zijn tevens van toepassing bij ingrijpende renovatiewerkzaamheden [25].

De eis voor het peil van de globale warmte-isolatie is voor woningen verstrengd tot K 45, en bovendien wordt voor diverse constructiedelen een maximale waarde voor de warmtedoorgangscoëfficiënt vooropgesteld. Naast deze thermische isolatie-eisen zijn er voor woningen, kantoren en scholen eisen met betrekking tot de energieprestatie en het binnenklimaat.

De energieprestatie van een gebouw wordt beschreven aan de hand van het E-peil. Het E-peil van een woning is een maat voor het jaarlijkse verbruik van primaire energie voor verwarming, ventilatie, warm tapwater, en koeling. Voor kantoorgebouwen en scholen wordt ook rekening gehouden met de verlichting. Het E-peil houdt rekening met de systeemrendementen van de verschillende installaties, evenals het energiegebruik bij de ontginning, de omzetting en het transport van energiebronnen. De ontwerper en de bouwheer kunnen vrij kiezen met welke materialen, concepten en technologieën ze aan de opgelegde eisen zullen voldoen. Om de ontwerper bij te staan is er gratis berekeningssoftware beschikbaar, evenals uitgewerkte maatregelenpakketten die kunnen helpen om een vooropgestelde E-peil te behalen. Het E-peil mag niet meer dan 100 bedragen. Indien er vrijwillig grotere inspanningen geleverd worden om een lager E-peil te behalen, kan dit premies van de overheid of netbeheerder opleveren.

Om aan de binnenklimaateisen te voldoen zijn er minimale ventilatievoorzieningen nodig. Daarnaast moet bij woongebouwen het risico op oververhitting in de zomerperiode beperkt worden.


17

In het kader van duurzaam bouwen is de energieprestatieregelgeving een grote stap vooruit. Nieuwe concepten zoals lage-energiehuizen en passiefhuizen tonen aan dat er nog veel verder gegaan kan worden in het ontwerpen van een energiezuinige woning. Voorlopig is dit echter een nichemarkt, en de energieprestatieregelgeving zal een veel grotere impact hebben aangezien alle nieuwe Vlaamse woningen hieraan dienen te voldoen. Het isolatiedecreet werd in de praktijk niet steeds toegepast. In het kader van de energieprestatieregelgeving wordt er echter een as-build-dossier opgesteld, ten laatste zes maanden na ingebruikname van de woning. De woning wordt geëvalueerd op basis van wat er werkelijk gebouwd is. Indien niet voldaan wordt aan de eisen volgt er een boete die in grootte afhankelijk is van de mate van overtreding.

De energieprestatieregelgeving focust in de eerste plaats op het beperken van de energievraag

van

gebouwen.

Dit

heeft

voornamelijk

implicaties

voor

de

duurzaamheidsaspecten milieu en economie. Een lager energiegebruik vermindert het verbruik van onder meer fossiele brandstoffen, en verlaagt eveneens de uitstoot van schadelijke stoffen en broeikasgassen. Gezien de hoge energieprijzen is de besparing op energieverbruik ook economisch interessant. Bovendien zorgt de berekeningswijze ervoor dat de economisch meest zinvolle maatregel wordt gekozen, en men dus bijvoorbeeld eerst het isolatiepeil van de woning verbetert alvorens voor fotovoltaïsche zonnepanelen te opteren [26]. Wanneer voldaan wordt aan de nieuwe eisen inzake isolatie, ventilatie en zomerverhitting zal het binnenklimaat van de Vlaamse woningen er op vooruit gaan. Dit kan gezien worden als een sociale verdienste van de energieprestatieregelgeving.

2.2.3.3

Ruimtelijke planning en compactheid

In het kader van duurzame ontwikkeling speelt de ruimtelijke ordening een cruciale rol. Een optimale ruimtelijke ordening zorgt voor een evenwicht tussen ruimte voor de natuurlijke ecosystemen en ruimte voor het invullen van de menselijke noden. Door een doordachte inplanting van gebouwen en infrastructuur kan een aangename sociale leefomgeving ontstaan en kunnen verplaatsingen tot een minimum beperkt worden.

België, en in het bijzonder Vlaanderen, is geen schoolvoorbeeld wat ruimtelijke planning betreft. De alom tegenwoordige lintbebouwing zorgt voor een onnodige versnippering van de ruimte en een inefficiënt gebruik van nutsvoorzieningen. Nieuwe woonvormen zoals

de

kangoeroewoning

en

groepswonen

kunnen

helpen

om

de

bestaande

bouwpercelen en infrastructuur efficiënter te gebruiken [21]. Door meerdere gezinnen op een zelfde bouwperceel te huisvesten, moeten er minder woonuitbreidingsgebieden


18

aangesproken worden en versterkt het sociale weefsel. Kangoeroewoningen, waarbij ouders vlak bij de kinderen gaan wonen, zullen vermoedelijk aan belang winnen naarmate de vergrijzing van de maatschappij vordert.

Sinds 1997 is het Ruimtelijk Structuurplan Vlaanderen in voege. Dit heeft een trendbreuk teweeg gebracht op het vlak van ruimtelijke ordening. Het plan voorziet in een minimale dichtheid van 15 woningen per hectare in het buitengebied en van 25 woningen per hectare in stedelijk gebied. Deze richtwaarden worden op twee wijzen in de praktijk gebracht: enerzijds zijn de bouwpercelen kleiner geworden en anderzijds heeft de appartementsbouw een groter marktaandeel ingenomen. Waar in het begin van de jaren ’80 appartementsbouw instond voor 17% van de bouwaanvragen in Vlaanderen is dit aandeel gestegen tot bijna 55% in 2004 [2].

De

vernieuwde

ruimtelijke

planning

heeft

indirect

een

grote

invloed

op

de

milieuprestaties van het Vlaamse woningareaal aangezien de compactheid van de woningen toeneemt. De compactheid van een gebouw is een maat die de vorm van een gebouw beschrijft. De hoogste compactheid bereikt men met een bolvorm. Hoe hoger de compactheid van een gebouw, des te kleiner het verliesoppervlak voor een gegeven bouwvolume, en des te lager het energieverbruik voor verwarming.

Compactheid =

Beschermd volume Verliesoppervlak

Het warmteverlies zal bij een compactere woning zoals een appartementsgebouw drastisch afnemen omdat het verliesoppervlak veel kleiner is. Bovendien is er ook een belangrijke besparing op de benodigde bouwmaterialen. De toename van het aantal appartementen is dus een goede evolutie in het licht van duurzame ontwikkeling indien deze appartementen een voldoende comfort kunnen bieden aan de bewoners.

Naast de compactheid is ook de absolute waarde van het beschermd volume van een gebouw van belang. Voor een zelfde graad van compactheid zal er bij een kleiner beschermd volume minder energieverlies zijn en een kleinere inzet aan bouwmaterialen. Onderstaande figuur toont aan dat de nuttige vloeroppervlakte (en dus het beschermd volume) van een Belgische nieuwbouwwoning aanzienlijk groter is dan het Europese gemiddelde. Door bescheidener te gaan wonen kan er in belangrijke mate bespaard worden op energie en grondstoffen.


19

Figuur 2 - Gemiddelde nuttige vloeroppervlakte van nieuwbouwwoningen in 14 Europese landen (1998) [27]

2.2.3.4

Bewonersgedrag

Vele parameters die de duurzaamheid van een gebouw beïnvloeden, kunnen in een ontwerpstadium bepaald worden. Een van de voornaamste factoren in de prestatie van een gebouw is echter het gedrag van de bewoners. De zorg die de bewoners aan een gebouw besteden kan de levensduur ervan in belangrijke mate beïnvloeden. Het energiegebruik van een woning wordt in grote mate bepaald door de binnentemperatuur die de bewoners instellen, de periode van aanwezigheid van bewoners, de ventilatie door opening van ramen of deuren, het gebruik van elektrische toestellen,…

Een studie van schoolgebouwen in Schotland concludeert dat er geen rechtlijnig verband bestaat tussen de isolatie en het opgemeten energieverbruik. Ook de vorm, de oriëntatie, de blootstelling aan weersinvloeden of de temperatuursregeling van de gebouwen kunnen niet rechtstreeks in verband gebracht worden met het energieverbruik. Enkel voor de factoren vloeroppervlakte, bouwvolume en aantal gebruikers werd er een verband gevonden met het energieverbruik [10].

De duurzaamheid van de gebouwde omgeving wordt dus niet enkel bepaald aan de tekentafel, maar hangt in grote mate af van de bewoners. De ontwerper kan echter wel trachten dit bewonersgedrag gunstig te beïnvloeden. Zo kan het elektriciteitsverbruik voor verlichting beperkt worden door te zorgen voor voldoende natuurlijke lichtinval. Ook kunnen

bepaalde

technische

ingrepen

voorzien

worden

die

het

energieverbruik

terugdringen, bijvoorbeeld thermostatische kranen of sensoren die de verwarmings- of koelinstallatie uitschakelen bij het openen van een raam.


20

2.2.4

Kwantificatiemethoden voor duurzaam bouwen

Duurzaam bouwen wint steeds meer aan belang, en mettertijd groeide ook de vraag naar objectieve criteria om duurzaamheid te kwantificeren. Ontwerpers en bouwheren willen criteria om de duurzaamheid van bouwwerken uit te drukken in cijferwaarden. ‘Duurzaamheid’

–

of

enger:

‘milieuvriendelijkheid’

–

wordt

steeds

meer

een

verkoopsargument, dus is er ook vanuit de producenten vraag naar objectieve criteria.

Helaas bestaan er nog geen algemeen aanvaarde criteria voor duurzaam bouwen. Duurzaam bouwen kent veel verschillende invalshoeken en het is daarom niet verwonderlijk dat er ook een groot aantal kwantificatiemethoden bestaat, elk met zijn eigen

aandachtspunten

en

toepassingsgebieden.

Voorlopig

worden

de

meeste

kwantificatiemethoden enkel gebruikt in het land of de regio waarvoor ze specifiek ontwikkeld zijn. Er bestaan immers grote verschillen in bouwtraditie, beschikbare materialen

en

lokale

energie-

en

milieuprioriteiten.

De

International

Standards

Organisation heeft echter binnen het Technisch Comité 59 dat bevoegd is voor de bouw het Sub-Comité 17 opgericht dat de noodzaak onderzoekt naar gestandaardiseerde tools voor de evaluatie van duurzaam bouwen. Op Europese schaal werd met de grootschalige PRESCO-studie getracht nationale ontwikkelingen inzake kwantificatiemethoden voor duurzaam bouwen wat meer op elkaar af te stemmen [17].

De meeste kwantificatiemethoden voor duurzaam bouwen beperken zich in hoofdzaak tot de milieucomponent van duurzaam bouwen. Er is reeds een aantal maal de nadruk op gelegd dat duurzaam bouwen een ruimer begrip is dan milieuvriendelijk bouwen. Vaak wordt het economische aspect niet expliciet bekeken in de kwantificatiemethoden aangezien er in een vrijemarkteconomie enkel gebouwd wordt indien de bouwpartners er een economisch voordeel uit halen. Er dient wel rekening mee gehouden te worden met de economische kost van maatregelen in het kader van duurzaam bouwen aangezien te dure producten zichzelf uit de markt zullen prijzen. Het sociale aspect van duurzaam bouwen is erg belangrijk, maar het valt moeilijk in cijfers uit te drukken. Bovendien heeft de bouwheer vaak weinig invloed op de factoren die het sociale luik bepalen. Belangrijke factoren zoals ruimtelijke ordening en gezondheid worden in grote mate bepaald door de normen die de overheid oplegt.


21

2.2.4.1

Milieuvriendelijkheid van bouwproducten

Een belangrijk aandachtspunt in duurzame woningbouw is het gebruik van duurzame materialen. Voor het aspect milieuvriendelijkheid van materialen zijn er regels uitgewerkt met betrekking tot het toekennen van milieulabels en milieuverklaringen. Deze zijn vastgelegd in de normen ISO 14021, 14024 en het Technische Rapport ISO/TR 14025 [28] en [11].

Het gebruik van producten met een milieulabel of milieuverklaring kan een goede maatregel zijn in de optiek van duurzaam bouwen, maar dit is dit niet noodzakelijk altijd het geval. Een milieulabel beschrijft slechts enkele milieuaspecten. Sociale, economische en eventuele andere milieuaspecten worden niet in rekening gebracht. Het gebruik van lokale producten zonder milieulabel kan bijvoorbeeld duurzamer zijn dan het aanwenden van producten met een milieulabel die honderden kilometers ver getransporteerd moeten worden. Het grootste gevaar van de milieulabels is dat producten die niet gelijkwaardig zijn toch met elkaar vergeleken worden door de goedmenende consument. Een bepaald isolatiemateriaal kan volgens de milieuverklaringen bijvoorbeeld minder milieuvriendelijk zijn dan een concurrent, maar in de praktijk beter presteren op milieuvlak wegens betere isolatiekenmerken.

Duurzaam bouwen kan dus niet gekwantificeerd worden louter en alleen op basis van de gebruikte materialen. Duurzaamheidanalyses moeten gebaseerd zijn op de prestaties van een geheel gebouw. Indien ze juist geïnterpreteerd worden, kunnen labels wel nuttig zijn om de milieu-impact van gelijkwaardige materialen te vergelijken, bijvoorbeeld met betrekking tot de procesenergie en de mogelijkheden tot recyclage.


22

2.2.4.2

Kwantificatiemethoden voor gebouwen

Er bestaat een groot aantal tools voor het kwantificeren van duurzaam bouwen. Vrijders heeft

hier

onderzoek

naar

gedaan

in

zijn

scriptie

‘Vergelijkende

studie

van

kwantificatiemethoden voor duurzaam bouwen” [11].

De verschillende kwantificatiemethoden voor gebouwen kunnen grofweg in twee categorieën ingedeeld worden [11]:

Methoden op basis van levenscyclusanalyse Voorbeelden: Eco-Quantum, Envest, Athena EIE, GreenCalc, LISA

Methoden op basis van een rating-systeem Voorbeelden: LEED, BREEAM, GBTool, EcoProfile, Nabers

Bij

de

methoden

op

basis

van

een

levenscyclusanalyse

(LCA)

worden

enkel

kwantificeerbare milieueffecten beschouwd. Het betreft een kwantitatieve berekening van onder andere het energiegebruik, het materiaalgebruik en de emissies naar het leefmilieu. De methodologie van een levenscyclusanalyse wordt verderop meer in detail besproken.

Bij de methoden op basis van een rating-systeem wordt er ook rekening gehouden met kwalitatieve aspecten zoals inplanting in de omgeving, comfort, toegankelijkheid en binnenklimaat. De gebruikte data zijn vaak subjectief en vallen moeilijk in absolute cijfers uit te drukken. Daarom wordt er doorgaans gewerkt met relatieve scores ten opzichte van een referentie.

De kwantificatiemethoden die gebruik maken van een levenscyclusanalyse hebben een meer wetenschappelijke basis dan de subjectieve rating-systemen. Ze vragen echter een uitgebreide set van invoergegevens, hetgeen de analyse tijdrovend en duur maakt. De ratingsystemen zijn eenvoudiger en sneller toe te passen, en worden daarom veel vaker gebruikt in de praktijk. Een van de meest succesvolle systemen is BREEAM, ontwikkeld door BRE (Britisch Research Establishment). Sinds de lancering van BREEAM in 1990 werden in het Verenigd Koninkrijk reeds 600 grote kantoorgebouwen met deze tool geëvalueerd [29].


23

2.2.5

EL²EP-studie

Het onderzoek dat in het kader van deze scriptie uitgevoerd wordt, maakt gebruik van gegevens uit het GBOU-project 020212 ‘Ontwikkeling via levenscyclusoptimalisatie van extreem lage energie en lage pollutiewoningen (EL²EP-woningen)’ [30]. In het verdere verloop van deze tekst wordt dit project kortweg het EL²EP-project genoemd. Dit ambitieuze project ging februari 2003 van start en wordt gecoördineerd door het Laboratorium Bouwfysica van de Katholieke Universiteit Leuven. Andere projectpartners zijn labo TME en labo ELECTA van de Katholieke Universiteit Leuven, vakgroep Architectuur en Stedenbouw van Universiteit Gent en verscheidene bedrijven en organisaties.

Doel van de EL²EP-studie is het ontwikkelen van een beslissingsschema om tot een zo laag mogelijk energiegebruik in de residentiële woning te komen. Dit houdt een minimalisatie

van

de

netto

energiebehoefte

in,

en

een

optimalisatie

van

de

energielevering. Deze optimalisatie wordt zowel vanuit (micro-) economisch, energetisch als ecologisch oogpunt bekeken.

De EL²EP-studie maakt in een eerste fase gebruik van genetische algoritmes om tot een optimalisatie van het gebouwontwerp te komen. In een tweede fase wordt gezocht naar systemen die optimaal kunnen voorzien in de minimale netto energiebehoefte. In wat volgt worden de werkwijze en de aannames van de EL²EP-studie verder besproken. Deze data vormen immers de basis van het eigen onderzoek dat voor deze scriptie werd uitgevoerd.

2.2.5.1

EL²EP-typewoningen

Bij de start van het EL²EP-project werden vijf verschillende referentiewoningen ontworpen. Dit gebeurde op basis van statistische gegevens, en deze 5 typewoningen kunnen

dus

als

een

gemiddelde

Belgische

woning

beschouwd

worden.

Deze

middenklassewoningen met drie slaapkamers bieden plaats aan een vierpersoonsgezin. De gebruiksoppervlakte (gedefinieerd als de oppervlakte van woonkamer, keuken, slaapkamers en eventuele werk- of hobbykamer) varieert tussen 100 en 125 m². Volgens het

Nationaal

Instituut

voor

de

Statistiek

bedraagt

de

gemiddelde

nuttige

vloeroppervlakte van een Belgische nieuwbouwwoning 119 m² in 2005 [31]. De aanname van de EL²EP studie komt dus goed overeen met de Belgische praktijk.


24

De 5 typewoningen verschillen onderling wat compactheid betreft. Deze is gedefinieerd als Compactheid =

Beschermd volume Verliesoppervlak

Aangezien de 5 typewoningen ongeveer hetzelfde beschermd volume bezitten, is het vooral het verliesoppervlak dat de woningen van elkaar onderscheidt. Het beschermd volume en het verliesoppervlak werden berekend op basis van de binnenafmetingen (tot aan de isolatie van het binnenspouwblad). Dit laat toe om de isolatiedikte te variëren zonder het beschermd volume en het verliesoppervlak te veranderen.

alleenstaande ‘architecturale’ woning (versneden grondplan)

compactheid 0,85

alleenstaande woning (eenvoudig grondplan)

compactheid 1,24

hoekwoning

compactheid 1,38

rijwoning

compactheid 2,08

appartement

compactheid 5,48

In eerste instantie heeft de EL²EP-studie de methodologie toegepast op de rijwoning. De studie die in het kader van deze scriptie uitgevoerd wordt beperkt zich tot het onderzoek van deze rijwoning.

De plannen van de rijwoning zijn terug te vinden in appendix A. De grootte van de glasoppervlakken in dit ontwerp wordt nog gevarieerd in het optimalisatieproces. Grotere glasoppervlakken zorgen voor meer zonnewinsten, maar zullen anderzijds ook een groter warmteverlies veroorzaken. De verschillende glasoppervlaktes zijn dus een belangrijke parameter om te optimaliseren.

Door het kiezen van een zelfde gebruiksoppervlakte voor de verschillende woningtypes wilt men de resultaten onderling kunnen vergelijken. De resultaten van zo’n vergelijking dienen echter behoedzaam geïnterpreteerd te worden. In de praktijk zal een gemiddelde villa immers groter zijn dan een gemiddeld appartement. Daarom plant men in een eindfase

van

het

EL²EP-project

ook

een

variatie

van

gebruiksoppervlakte

en

gezinssamenstelling. Verder stelt zich de vraag of de verschillende woningvarianten een zelfde

woonkwaliteit

bieden.

Zelfs

binnen

een

zelfde

woningtype

varieert

het

glasoppervlakte en het ventilatievoud, hetgeen invloed heeft op het comfort van de bewoners. In de EL²EP-studie tracht men het comfortverschil tussen de verschillende varianten enigszins te beperken door het stellen van minimumeisen aan glasoppervlakte, ventilatievoud en zomercomfort.


25

Figuur 3 - Visualisatie van de rijwoning

2.2.5.2

Genetisch algoritme

De optimalisatietechniek maakt gebruik van genetische algoritmen. Een traditionele berekeningsmethode waarbij alle mogelijke combinaties berekend worden, zou immers een onrealistisch lange berekeningstijd vragen wegens de talrijke variabelen. Genetische algoritmen gebruiken de filosofie van de evolutieleer van Darwin om veel sneller geoptimaliseerde woningvarianten terug te vinden. Bovendien heeft de methode als voordeel dat er niet één enkele optimale oplossing gevonden wordt, maar een set van geoptimaliseerde oplossingen. Het algoritme levert dus niet dé ideale woning, maar een verzameling woningen die allen zeer goed presteren op de verschillende evaluatiecriteria.

De geometrie van de referentiewoning ligt gedeeltelijk vast in het basisontwerp. Sommige parameters van het ontwerp variëren tijdens het optimalisatieproces. De vector die deze parameters bevat is het chromosoom van de woning. Het chromosoom van een rijwoning bestaat uit 42 parameters, of ‘genen’. Tezamen met de geometrie legt dit chromosoom de bouwkundige aspecten van een woningvariant volledig vast. Van een referentiewoning worden bij de start van de berekening ad random verschillende varianten gemaakt die onder meer verschillen in graad van isolatie. Deze verzameling varianten noemt men een populatie.


26

De verschillende varianten uit deze populatie worden geëvalueerd op basis van hun ingebouwde niet-hernieuwbare energie, het jaarlijks netto energieverbruik en de kostprijs. De evaluatiecriteria worden verder toegelicht in sectie 2.2.5.3.

Tabel 1 - Beschrijving chromosoom rijhuis uit de EL²EP-studie

Parameter

Beschrijving Parameter

1

platte daken isolatiedikte

2

platte daken isolatiemateriaal

3

hellende daken isolatiedikte

4

hellende daken isolatiemateriaal

5

zoldervloer isolatiedikte

6

zoldervloer isolatiemateriaal

7

gevel isolatiedikte

8

gevel isolatiemateriaal

9

gevel type gevelopbouw

10

vloer isolatiedikte

11

vloer isolatiemateriaal

12

type glas

13

type raamprofiel

14

type afstandshouder

15

type zonwering

16

opaakheid zonwering

17

variatie glasoppervlak 1

18

afname of toename glasoppervlakte 1

19


20


…

…

39


40


41

luchtdichtheidsniveau

42

scenario’s voor nacht- en zomerventilatie

Vervolgens start het genetisch proces waarbij verschillende varianten uit de populatie gecombineerd worden om zo een nieuwe generatie varianten voort te brengen. De mate waarin een variant zijn genetisch materiaal kan overdragen naar een volgende generatie hangt af van hoe goed deze variant presteerde op de verschillende evaluatiecriteria. Naast deze recombinatie van ouders gaat ook een deel van de best presterende varianten ongewijzigd over naar de volgende generatie (een ‘generatiekloof’ van 5 à 10% van de populatie). Verder kan er ook een willekeurige mutatie van kinderen gebeuren. Deze mutatie treedt op met een zeer kleine waarschijnlijkheid en heeft tot doel het beschikbare genetische materiaal verder uit te breiden. De beginpopulatie en het percentage mutaties moet voldoende groot gekozen worden om te vermijden dat het genetische algoritme blijft steken in een lokaal optimum zonder ooit naar het globale optimum te evolueren.


27

Startpopulatie (Generatie 1) Generatie 1, Chromosoom 1 Generatie 1, Chromosoom 2 Generatie 1, Chromosoom 3

Evaluatie

Energetisch criterium

Economisch criterium

Ecologisch criterium

Randvoorwaarden

Generatie 2 Selecteren ouders op basis van score evaluatie Rechstreekse overgang: Generatiekloof Generatie 1, Chromosoom 3

Generatie 2, Chromosoom 1

Recombinatie Generatie 1, Chromosoom 1 Generatie 1, Chromosoom 2

Generatie 2, Chromosoom 2 Generatie 2, Chromosoom 3

Mutatie Generatie 2, Chromosoom 3

Figuur 4 - Schematische voorstelling van het genetisch algoritme uit de EL²EP-studie


28

Vervolgens wordt de nieuwe generatie ook geëvalueerd. Op basis van deze evaluatie wordt er dan weer een nieuwe generatie opgebouwd. Geïnspireerd op de evolutieleer van Darwin hoopt men na verschillende generaties de meest optimale woningvariant te bekomen (survival of the fittest). Er wordt een maximaal aantal generaties vastgelegd als stopcriterium.

Figuur 5 - Schema genetisch optimalisatieproces


29

2.2.5.3

Optimalisatiecriteria

In het genetisch algoritme is het evalueren van de prestaties van een woningvariant een zeer belangrijke stap. Deze evaluatie bepaalt in grote mate welke genen er naar een volgende generatie overgedragen zullen worden.

In de EL²EP-studie gebeurt de evaluatie op basis van drie criteria:

Energetisch criterium

Economisch criterium

Ecologisch criterium

Als energetisch criterium worden de netto energiebehoeften van een woningvariant berekend op basis van het klimatologisch typejaar van Ukkel. Deze energiebehoeften worden berekend met het dynamische gebouwsimulatiemodel TRNSYS [32]. Er werd gerekend met de klimaatgegevens van het typejaar van Ukkel, net zoals in de berekeningsmethode van de energieprestatienorm [33]. Het transiënte thermisch simulatiemodel TRNSYS wordt gecombineerd met het statisch simulatieprogramma COMIS dat ventilatie- en infiltratieverliezen begroot [34]. Deze bijzondere aandacht voor ventilatieverliezen is zeker gerechtvaardigd aangezien ze gemiddeld 30% van de totale warmteverliezen van gebouwen uitmaken. In de EL²EP-studie wordt er dan ook veel aandacht besteed aan luchtdichtheids- en ventilatietechnieken om het warmteverlies ten gevolge van toevallige lekken zoveel mogelijk te beperken.

Voor het economisch criterium wordt de totale begininversteringskost voor de woning berekend. Hierin zijn de kosten voor de installaties nog niet opgenomen aangezien deze afzonderlijk bepaald worden in een tweede fase van de EL²EP-studie. De prijzen zijn afkomstig uit een kostendatabank die speciaal voor de EL²EP-studie werd samengesteld. De prijzen omvatten de materiaalkost, BTW en de plaatsingskost. Er werd bijzondere aandacht besteed aan secundaire bouwkundige en economische effecten. Het vergroten van de isolatiedikte bijvoorbeeld veroorzaakt naast de rechtstreekse hogere kost voor isolatiemateriaal ook hogere kosten voor andere bouwcomponenten. Secundaire kosten wegens een bredere funderingsvoet en aangepaste raamprofielen werden mee in rekening gebracht. Daarnaast zullen er in de praktijk ook extra kosten verbonden zijn aan een aangepaste detaillering bij de varianten met extreem lage energiebehoefte. Bij ver doorgedreven isolatie wordt het belang van koudebruggen immers erg groot en volstaan de standaardoplossingen niet meer. De extra kosten voor deze detaillering zijn nog niet ingerekend.


30

Voor het ecologisch criterium wordt de totale ingebouwde primaire niet-hernieuwbare energie van de woning berekend. Het betreft de niet-hernieuwbare energie die nodig was om de bouwmaterialen te produceren en tot op de werfplaats te vervoeren. Hiervoor werd

gebruik

gemaakt

van

de

Zwitserse

databank

ecoinvent

(zie

ook

2.3.3).

Bouwcomponenten die niet in deze databank voorkomen, werden door Verbeeck van KUL-LBF zelf samengesteld met behulp van materialen en processen die wel reeds in de databank aanwezig zijn [35]. Het gebruik van één enkele databank die bovendien goed gedocumenteerd is, heeft een zeer gunstige invloed op de kwaliteit van de gegevens. Voor de meeste materialen en processen komt de niet-hernieuwbare energievraag overeen met de ‘total waste heat balance’ uit de Ecoinvent-databank. Het betreft de energie die vrijkomt onder de vorm van warmte gedurende alle stappen in de levensduur van het product of proces. Energie uit hernieuwbare bronnen, zoals windenergie, zonneenergie en biomassa, wordt van deze ‘waste heat balance’ afgetrokken. Energie die in het

product

wordt

opgeslagen,

bijvoorbeeld

onder

de

vorm

van

chemische

bindingsenergie bij de productie van staal, komt ook niet voor in de ‘waste heat balance’ [36]. Voor de diverse houtsoorten is de ingebouwde primaire niet-hernieuwbare energie gelijk aan de som van de ‘waste heat balance’ en de energie-inhoud van het hout zelf. Bij de berekening van de materiaalhoeveelheden werd rekening gehouden met extra materiaalverbruik wegens de secundaire bouwkundige effecten zoals bij het economisch criterium reeds ter sprake kwam.

Naast de evaluatie van bovenstaande drie criteria wordt ook gecontroleerd of de woningvariant voldoet aan de randvoorwaarden voor het bewonerscomfort:

Zomercomfort

Isolatiepeil

Door doorgedreven isolatie kunnen er problemen ontstaan met oververhitting in de zomer. Als toetsingsmiddel voor het zomercomfort wordt de methode van de gewogen temperatuursoverschrijdingen gebruikt (GTO). Het aantal uren dat de binnentemperatuur de comfortgrens overschrijdt, wordt gesommeerd en er wordt een wegingsfactor gebruikt die afhankelijk is van de mate van discomfort. De bepaling van de comfortgrens is gebaseerd op de comforttheorie van Fanger, en deze grens is onder andere afhankelijk van de luchtsnelheid [37]. De voorwaarde voor het zomercomfort stelt dat het aantal GTO-uren maximaal 130 mag bedragen.

Het isolatiepeil van een nieuwbouwwoning is gebonden aan wettelijke voorschriften. Volgens de energieprestatieregeling mag het K-peil maximaal K45 bedragen [25]. Deze voorwaarde wordt ook gecontroleerd tijdens de optimalisatieprocedure.


31

Andere comfortvoorwaarden worden niet expliciet geëvalueerd omdat ze steeds vervuld zijn:

Functionele eisen: De gebruiksoppervlakte blijft constant

Visueel comfort: Het percentage glasoppervlakte moet aan bepaalde minimumeisen voldoen

Gezond binnenmilieu: Wordt gewaarborgd door de eisen aan ventilatie

2.2.5.4

Optimalisatiemethodologie

De woningvarianten zullen geëvalueerd worden volgens de bovengenoemde criteria. Bij de optimalisatie moet er dus tegelijkertijd rekening gehouden worden met verschillende objectieven. Vaak wordt dit probleem omzeild door het combineren van de verschillende objectieven tot één gewogen som. Men kan dan eenvoudig de optimalisatie voor dit ene criterium uitvoeren. Impliciet kent men echter een waarde toe aan de verschillende criteria en het resultaat zal sterk afhankelijk zijn van de gekozen wegingsfactoren.

In het EL²EP-project heeft men voor een andere methode geopteerd, met name het concept van het Pareto-front. De verschillende objectieven worden hierbij gelijkwaardig behandeld tijdens de optimalisatie. Er is geen verlies van informatie en een weging van de verschillende objectieven hoeft pas te gebeuren na afloop van het optimalisatieproces. Volgens het concept van het Pareto-front gaat men op zoek naar niet-gedomineerde oplossingen.

Een oplossing is niet-gedomineerd als er geen andere oplossing te vinden is binnen de verzameling van oplossingen die beter presteert in één objectief zonder slechter te presteren in het andere objectief.

Indien er twee objectieven gebruikt worden, kan dit grafisch voorgesteld worden als een lijn van niet-gedomineerde resultaten, de Pareto-curve. Voor een niet-gedomineerde variant zijn er geen andere oplossingen te vinden in de rechthoek die gevormd wordt door de assen van de grafiek en de lijnen vanuit het punt loodrecht op de assen. In de EL²EP-studie wordt er geoptimaliseerd naar drie verschillende objectieven, en kunnen de niet-gedomineerde oplossingen weergegeven worden als een Pareto-vlak.


32

Figuur 6 - Grafische voorstelling Pareto-front

Per generatie van het genetisch algoritme worden de niet-gedomineerde resultaten gezocht volgens de besproken criteria. Na afloop van het genetisch algoritme worden alle woningvarianten onderling vergeleken en wordt er een globaal Pareto-front gezocht. Enkel de varianten die niet-gedomineerd zijn voor alle generaties samen blijven over.

Bij de methode van het Pareto-front werd er tijdens het optimalisatieproces nog geen afweging gemaakt van het relatieve belang van de verschillende criteria. Indien de criteria bijvoorbeeld investeringskost en primair energieverbruik zijn, levert de methode van het Pareto-front een curve van optimale oplossingen op. Met behulp van deze curve kan men bepalen welke maatregelen men het best kan treffen om het primaire energieverbruik te beperken indien er een bepaald investeringsbudget voorhanden is. Omgekeerd kan men ook bepalen hoe groot het budget moet zijn om een bepaalde energiebesparing te bereiken.

Figuur 7 – Pareto-optima van de EL²EPstudie [38] NEB = Netto energiebehoefte, IGE = Ingebouwde niet-hernieuwbare energie, KOST = investeringskost voor bouwkundige elementen woning


33

2.2.5.5

Constructietypes

Het genetische algoritme leverde in eerste instantie voornamelijk varianten op basis houtskeletbouw bij de optimale resultaten. De andere bouwstijlen, met name de varianten met spouwmuur of met massieve muur met buitenisolatie, komen echter veel frequenter voor in de Vlaamse bouwtraditie. De berekende investeringskost voor een houtskeletbouwwoning ligt lager dan bij de traditionele bouwwijzen. De kostprijsgegevens over houtskeletbouw zijn echter vrij beperkt in de EL²EP-studie. Bovendien blijkt uit de praktijk dat de kostprijs vaak hoger ligt door extra eisen met betrekking tot de binnenafwerking. In Scandinavië en Canada waar houtskeletbouw meer ingeburgerd is, blijken de prijzen 10% hoger te liggen dan bij massiefbouw met dezelfde kwaliteit [39]. Omwille van de onzekerheid met betrekking tot de kostprijs zijn de verschillende bouwwijzen moeilijk onderling te vergelijken. Men heeft er voor geopteerd de optimalisatie voor de verschillende bouwwijzen afzonderlijk te laten verlopen. Voor alle constructietypes worden de geoptimaliseerde lage energieconcepten opgespoord. De keuze voor een bepaald constructietype hoeft pas na afloop van de optimalisatie gebeuren, geheel in lijn met de filosofie van het Pareto-front.

Voor een bespreking van de gegevens uit de EL²EP-studie die gebruikt werden voor deze scriptie wordt verwezen naar het hoofdstuk ‘Materiaal en methoden’.


34

2.3.

Kwantificatie van duurzame technieken

De bouwsector is zeker geen voorloper in de zoektocht naar methodes om de duurzaamheid van producten of processen te kwantificeren. In vele andere industriële sectoren, zoals de chemische procesindustrie, is het gebruik van kwantificatiemethoden al veel verder doorgedrongen. Hiervoor zijn een aantal redenen aan te wijzen:

Grote industriële installaties met rokende schoorstenen komen veel bedreigender over

dan

woonwijken.

De

industrie

heeft

een

slecht

imago

wat

milieuvriendelijkheid betreft, en bij de bevolking leeft onvoldoende het besef dat de residentiële sector een bijzonder grote impact heeft op het milieu.

Wegens

schandalen

omtrent

grootschalige

milieuvervuiling

en

bijhorende

negatieve publiciteit is de aandacht voor het milieu reeds veel langer ingeburgerd in de procesnijverheid.

Een industriële installatie wordt ontworpen door grote teams van specialisten. Een gebouw wordt doorgaans ontworpen door één enkele architect. Het takenpakket van een architect is erg uitgebreid, en vaak ontbreekt de kennis omtrent duurzame bouwpraktijken.

Het analyseren van de duurzaamheid van een gebouw of een fabrieksinstallatie kost veel tijd en geld. Bovendien kunnen maatregelen die de duurzaamheid moeten verbeteren een hogere begininvestering vragen. Voor bedrijven zijn deze kosten vaak te verantwoorden door een vermindering van de exploitatiekosten. Een particuliere bouwheer zal echter zelden een raming maken van de exploitatiekosten van een huis en wegens een beperkt budget voornamelijk aandacht hebben voor het beperken van de begininvestering.

2.3.1

Analysemethoden uit de industrie

Net zoals bij duurzaam bouwen is in de industrie een geïntegreerde benadering noodzakelijk om tot een duurzame technologie te komen. Er zijn een aantal concepten ontwikkeld die kunnen helpen om tot een integrale aanpak van procesontwikkeling te komen. Voorbeelden hiervan zijn de concepten Green Chemistry, Clean Technology en Industriële Ecologie [40]. De eerste twee concepten vinden voornamelijk hun toepassing in de chemische sector. Eventueel kunnen deze methoden gebruikt worden om de productie van bouwmaterialen een duurzamer karakter te geven, maar op gebouwniveau zijn deze methoden minder geschikt. Industriële Ecologie daarentegen is veel breder toe te passen, bijvoorbeeld ook in de bouwsector. Het basisidee van industriële ecologie is Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Literatuurstudie

35

dat

industriële

systemen

zich

zoveel

mogelijk

moeten

omvormen

tot

gesloten

materiaalstromen, analoog aan de cyclische materiaalstroom van sommige natuurlijke ecosystemen. In een ideaal gesloten systeem bestaat er geen afval, maar dient het afval van het ene proces als grondstof voor een ander proces. In deze kringloop van materiaal en energie kunnen woonwijken geïntegreerd worden om bijvoorbeeld de restwarmte van processen nuttig aan te wenden als ruimteverwarming. Het aanwenden van deze warmte-energie zorgt voor een daling in het verbruik van hoogwaardige brandstoffen.

Naast deze beschrijvende concepten bestaan er ook talrijke analysemethoden die de duurzaamheid

van

een

product

of

productieproces

trachten

uit

te

drukken

in

cijferwaarden [41-43]. Onderstaande lijst tracht een aantal van deze analysemethoden te ordenen volgens een eigen indeling.

Methoden die de materiaal- en energiebehoeften van een product of dienst gedurende de ganse levensduur begroten.

Voorbeelden: cumulative energy requirements analysis, material input per unit service (MIPS), substance and material flow analysis, levenscyclusanalyse (LCA)

Methoden die de impact op het milieu trachten te begroten aan de hand van specifieke milieu-indicatoren.

Voorbeeld:

“Global

warming

potential”

en

“acidification

potential”

in

een

levenscyclusimpactanalyse (life cycle impact assessment - LCIA)

Methoden die de input van materialen en energie uitdrukken in functie van de draagcapaciteit van de aarde.

Voorbeelden: ecological footprint analysis, environmental space, sustainable process index (SPI)

Methoden die de duurzaamheid trachten uit te drukken als een totale kostprijs. Hierbij kan ook een zekere prijs verbonden worden aan het beschadigen van het milieu, of het creëren van gezondheidsrisico’s voor personen.

Voorbeelden: cost-benefit analysis, total cost accounting, life cycle costing

Methoden die de duurzaamheid evalueren op basis van thermodynamische indicatoren.

Voorbeeld: exergetic life cycle assessment

Levenscyclusanalyse is ongetwijfeld de bekendste en meest gebruikte analysemethode. Deze methode kent ook veel toepassingen in de bouwsector, en de methodologie van de levenscyclusanalyse is geïntegreerd in vele duurzaamheidsindicatoren voor gebouwen (zie

2.2.4.2).

Volgende

paragraaf

beschrijft

de

methodologie

van

een

levenscyclusanalyse tezamen met een kritische evaluatie.


36

2.3.2

Levenscyclusanalyse

Om de milieuprestaties van producten te kunnen evalueren volstaat het niet om te kijken naar de productiefase, maar moeten alle relevante levensfasen bekeken worden. De verschillende levensfasen

van een

bouwproduct worden

op

onderstaande figuur

weergegeven.

Figuur 8 - levensfasen van een bouwproduct

Ook de milieu-impact van de voor- en nageschakelde stappen uit de cyclus wordt mee in beschouwing genomen in een levenscyclusanalyse. Afhankelijk van de reikwijdte van de studie wordt er bijvoorbeeld gekeken naar de milieu-impact van de ontginningsfase van de grondstoffen, en het transport van de materialen.

De fundamenten van de LCA-methodologie werden vastgelegd in vier normen:

ISO 14040 «Life cycle assessment. Principles and framework» (juni 1997)

ISO 14041 «Life cycle assessment. Goal and scope definition and inventory analysis» (oktober 1998)

ISO 14042 «Life cycle assessment. Life cycle impact assessment» (maart 2000)

ISO 14043 «Life cycle assessment. Interpretation» (maart 2000).

Deze normen beschrijven de algemene principes van een levenscyclusanalyse maar laten tevens nog veel ruimte aan de uitvoerder van de studie om zelf concrete keuzes te maken, bijvoorbeeld omtrent de levensduur van het product, de systeemgrenzen en de impactcategorieën. levenscyclusanalyse

Deze

keuzes

beïnvloeden.

kunnen

in

hoge

Producenten

mate

kunnen

het

resultaat

van

een

bijvoorbeeld

bepaalde


37

impactcategorieën minder waarde toekennen om de milieuprestatie van producten rooskleuriger voor te stellen. De resultaten van een levenscyclusanalyse vergen dus steeds een kritische interpretatie.

De ISO-norm 14040 legt de verschillende fasen van een levenscyclusanalyse vast. Deze worden hierna verder toegelicht.

Figuur 9 - Fasen van een levenscyclusanalyse [28]

2.3.2.1

Fase 1: Doelbepaling en reikwijdte van de studie

Als eerste stap legt men het doel van de levenscyclusanalyse vast. Men kan bijvoorbeeld het productieproces van een bouwproduct trachten te verbeteren, of kijken naar de ganse levenscyclus van een gebouw. Vervolgens kan de reikwijdte van de studie vastgelegd worden door een consequente keuze van de systeemgrenzen. Hiervoor dient eerst een functionele eenheid gedefinieerd te worden als referentie-eenheid voor de bepaalde milieu-impacten. De keuze van deze functionele

eenheid

moet

met

de

grootste

zorg

gebeuren,

zeker

als

de

levenscyclusanalyse gebruikt wordt om verschillende producten met elkaar te vergelijken. Zo gaat het bijvoorbeeld niet op om een aansteker en een lucifer rechtstreeks met elkaar te vergelijken. Als functionele eenheid zou men ‘het aansteken van een sigaret’ kunnen kiezen. Een lucifer kan slechts eenmalig gebruikt worden, en dus kan men bijvoorbeeld de milieulasten van een aansteker vergelijken met die van 100 lucifers [44]. Ook kunnen schattingen van de levensduur en geografische locatie van een product erg belangrijk zijn bij het definiëren van de functionele eenheid. Wanneer men bijvoorbeeld de milieu-impact van drankverpakkingen met elkaar wilt vergelijken, is het heel belangrijk betrouwbare schattingen te maken van het aantal maal dat een glazen fles hergebruikt zal worden en van de afstand tot het recyclagecentrum. Deze schattingen bepalen in grote mate of een herbruikbare glazen fles dan wel een PET wegwerpfles als meest milieuvriendelijke product uit de analyse naar voor komt.


38

Bij de analyse van gebouwcomponenten is de keuze van een goede functionele eenheid bijzonder complex. De componenten van een gebouw hebben vaak meerdere functies. Men zou bijvoorbeeld een buitenmuur van 1 m² als functionele eenheid kunnen definiëren. Eigenschappen zoals warmtetransmissiecoëfficiënt, akoestische isolatie of draagvermogen zullen echter afhankelijk zijn van het gebruikte constructiemateriaal. Daarom is het beter de systeemgrenzen uit te breiden en een levenscyclusanalyse uit te voeren op het niveau van een gebouw.

Voor de gekozen functionele eenheid wordt een uitvoerige systeembeschrijving opgesteld waarin alle stappen uit de levenscyclus worden weergegeven, ondermeer door middel van stroomdiagrammen. Naarmate er een hogere nauwkeurigheid gewenst is, kunnen er meer nevenprocessen opgenomen worden binnen de systeembeschrijving. Zo kan men een kleine fractie van de milieu-impact te wijten aan de constructie van het machinepark of het fabrieksgebouw toewijzen aan het bestudeerde product.

De eerste fase van de levenscyclusanalyse moet uitvoerig gedocumenteerd worden, onder meer ook wat de geraadpleegde bronnen betreft. De gegevenskwaliteit is immers erg belangrijk voor de kwaliteit van de studie.

2.3.2.2

Fase 2: Inventarisatie

In de inventarisatiestap worden alle gegevens verzameld die milieueffecten tot gevolg kunnen hebben. Hiertoe wordt de hele levenscyclus van het product opgedeeld in deelprocessen. Men inventariseert het verbruik van grondstoffen, energie en producten, de emissies naar lucht, water en bodem, afvalstoffen en eventuele bijproducten. Vele ingaande stromen zijn zelf het resultaat van een productieproces, en de milieubelasting van deze ingaande stromen moet dus ook meegenomen worden in de inventarisatie. Indien

een

proces

verschillende

producten

voortbrengt,

is

er

sprake

van

een

allocatieproblematiek. De milieubelasting zal over de verschillende producten verdeeld moeten worden. Indien een elektriciteitscentrale bijvoorbeeld naast de productie van elektriciteit ook stoom levert aan nabijgelegen fabrieksinstallaties dienen de milieulasten volgens een bepaalde verdeelsleutel toegewezen te worden aan de productie van elektriciteit en van stoom. De keuze van deze verdelingsfactoren is vaak bijzonder moeilijk, en kan een grote invloed hebben op de resultaten van de levenscyclusanalyse.


39

2.3.2.3

Fase 3: Impactanalyse

In de derde fase van de levenscyclusanalyse worden de gegevens uit de inventarisatie samengevoegd in verschillende impactcategorieën om een beter overzicht te bekomen.

De verschillende impactcategorieën zijn niet gespecificeerd in de norm ISO 14042. De eerste

stap

van

de

impactanalyse

bestaat

dus

uit

het

vastleggen

van

de

impactcategorieën. Deze impactcategorieën zijn een aantal milieuthema’s die de maatschappij belangrijk acht. Onderstaande tabel geeft ter illustratie een aantal mogelijke impactcategorieën.

Tabel 2 - Voorbeelden van vrij algemeen aanvaarde impactcategorieën [28]

IMPACTCATEGORIE

KORTE BESCHRIJVING

VOORBEELDEN

Uitputting van grondstoffen Broeikaseffect

Ozonlaagaantasting

Verzuring Vermesting

Petroleum- of

Niet-duurzaam gebruik van grondstoffen

grondstofwinning

Emissies naar de lucht die de temperatuur van de atmosfeer beïnvloeden Emissies naar de lucht die de troposferische ozonlaag aantasten Emissies

naar

de

lucht

die

zure

regen

veroorzaken Vermesting van meren, rivieren en bodem

Fotochemische

Emissies

oxidantvorming

ozonproductie op grondniveau

naar

de

lucht

die

leiden

CO2, CH4,...

CFK

NOx, SO2, HCl, HF, ...

P- en N-verbindingen tot

Koolwaterstoffen

Emissies naar bodem, lucht en water die

Humane toxiciteit

schadelijk kunnen zijn voor de gezondheid of

Zware metalen en dioxinen

het genetisch materiaal

Ecotoxiciteit

Emissies naar bodem, lucht en water die ecosystemen (flora en fauna) verstoren

Zware metalen, zuren, ...

Gebruik van land en

Duur en type van door de mens veroorzaakte

Ruimte

ruimte

veranderingen aan het landschap of de ruimte

winning of productieplaatsen

voor

grondstoffen-

De tweede stap van de impactanalyse betreft de classificatie van de gegevens uit de inventarisatie in de verschillende categorieën. Sommige stoffen komen voor in verschillende

impactcategorieën,

zoals

methaangas

dat

zowel

bijdraagt

tot

het

broeikaseffect als tot fotochemische oxidantvorming.


40

De derde stap van de impactanalyse is de karakterisering. In deze stap wordt het milieueffect voor elke impactcategorie berekend. Niet alle stoffen binnen een categorie hebben een zelfde potentiële impact, dus worden de hoeveelheden van de verschillende stoffen

vermenigvuldigd

met

hun

respectievelijke

impactfactor.

In

de

categorie

broeikaseffect bijvoorbeeld is 1 kg CO2 de referentie. Aangezien 1 kg methaangas hetzelfde effect heeft als 24,5 kg CO2, is de impactfactor van methaangas 24,5. De resultaten van de verschillende impactcategorieën vormen samen het milieuprofiel van het bestudeerde product of proces.

Tenslotte kunnen er volgens ISO 14042 tijdens de impactanalyse nog een aantal facultatieve elementen toegevoegd worden: normalisatie, groepering en weging. In een normalisatie worden de individuele themascores uitgedrukt als aandeel van een referentie, bijvoorbeeld ten opzichte van een regionaal totaal. Zo wordt duidelijk welke thema’s een groot belang hebben. Bij een groepering worden verschillende impactcategorieën onder een zelfde noemer geplaatst zonder de individuele thema’s zelf samen te voegen. Een voorbeeld van zo’n overkoepelend thema is ‘luchtvervuiling’.

Weging tenslotte heeft tot doel de verschillende impactcategorieën met elkaar te vergelijken en eventueel samen te voegen. Het milieuprofiel van een proces of product bevat informatie over vele verschillende milieuthema’s. Om deze informatie naar de buitenwereld te communiceren tracht men vaak de thema’s samen te voegen tot één enkele waarde die ‘dé milieuprestatie’ van het proces of product moet voorstellen. In het beste geval wordt de milieuprestatie nog opgesplitst, bijvoorbeeld naar water-, lucht- en bodemverontreiniging. Dit wegen en samenvoegen van de milieuthema’s is een zeer subjectief proces waar geen algemeen geldende regels voor bestaan.

2.3.2.4

Fase 4: De interpretatie

In de vierde en laatste fase van een levenscyclusanalyse worden de resultaten uit de vorige stappen geanalyseerd. Er vindt een verificatie plaats op het vlak van volledigheid, gevoeligheid en coherentie van de gegevens. Men tracht op te sporen welke stadia uit de levenscyclus een grote milieu-impact hebben en vatbaar zijn voor verbeteringen. Tot slot worden de bevindingen en aanbevelingen gerapporteerd.


41

2.3.2.5

Kritische analyse van de levenscyclusanalyse

Tot slot kunnen nog enkele kritische bedenkingen geformuleerd worden.

De methodologie van de levenscyclusanalyse concentreert zich op milieu-impacten. Andere facetten van duurzame ontwikkeling – met name sociale en economische aspecten – komen niet aan bod.

De impactfactoren die tijdens de karakteriseringsstap aangewend worden, zijn moeilijk te bepalen. Om de milieueffecten van een bepaalde stof in te kunnen schatten zijn vaak erg complexe modellen nodig die bijvoorbeeld rekening houden met lokale omgevingsinvloeden, drempelwaarden en symbiotische effecten. Tevens kan er een onderscheid gemaakt worden tussen lokale en globale effecten en tussen effecten op korte en op lange termijn. De impactfactoren die gebruikt worden tijdens een levenscyclusanalyse laten geen ruimte voor dergelijke nuanceringen.

Een van de grootste problemen bij een levenscyclusanalyse is de allocatie van baten en lasten indien er verschillende producten gevormd worden tijdens een proces.

Een levenscyclusanalyse geeft de indruk van een objectieve analyse te zijn. Er dienen echter veel aannames gedaan te worden door de uitvoerder van de studie (keuze functionele eenheid, impactcategorieën, allocatiefactoren,…). Hierdoor krijgt de levenscyclusanalyse een subjectief karakter. Dit is des te meer het geval indien er bij de interpretatie milieuthema’s gewogen en samengevoegd worden.

Voor een levenscyclusanalyse zijn bijzonder veel gegevens nodig. Hierdoor is de uitvoering van een gedetailleerde levenscyclusanalyse duur en tijdrovend.

Een levenscyclusanalyse kijkt doorgaans voornamelijk naar de afvalstromen en de emissies van een proces. In vergelijking met consumptiegoederen is bij een gebouw het grondstoffenverbruik echter van veel groter belang. In gebouwen worden voornamelijk inerte materialen gebruikt, en zijn er minder schadelijke emissies dan bij vele industriële productieprocessen. Om de duurzaamheid van een gebouw te kunnen evalueren moet een analysemethode daarom meer aandacht besteden aan de input van grondstoffen en energie.


42

2.3.3.

Ecoinvent databank

De kwaliteit van een levenscyclusanalyse wordt sterk bepaald door de kwaliteit van de vergaarde data. Omdat het verkrijgen van kwaliteitsvolle en coherente data een tijdrovend en moeilijk werk is, zijn er verscheidene publieke en private databanken ontwikkeld. In de EL²EP-studie werd gebruik gemaakt van de commerciële databank ecoinvent. Deze databank wordt ook aangewend in de exergetische benadering van duurzame bouwtechnieken in deze scriptie.

2.3.3.1

Doelstelling ecoinvent

De aanzet tot de ecoinventdatabank werd gegeven in het jaar 1997 [45]. Verscheidene Zwitserse federale overheidsdiensten en onderzoeksinstellingen bundelden toen de krachten om gezamenlijk een databank te ontwikkelen die hen kon bijstaan in het uitvoeren van levenscyclusanalyses. De Ecoinventdatabank is een gedetailleerde en upto-date inventaris geworden van de in- en outputstromen meer dan 2700 producten en processen. Op basis van deze ruwe gegevens (LCI: Life Cycle Inventory) kan de impact op het leefmilieu ingeschat worden via een levenscyclusimpactanalyse (LCIA: Life Cycle Impact Assessment). Hiervoor kan de gebruiker van de Ecoinventdatabank zelf kiezen uit verscheidene analysemethoden zoals bijvoorbeeld de eco-indicator 99-methode of een analyse van de cumulatieve energievraag. De gegevens uit deze commerciële databank worden ook gebruikt in diverse commerciële softwarepakketten voor levenscyclusanalyse, zoals SimaPro [46].

De databank is van Zwitserse oorsprong, maar voor de meeste producten en diensten zijn data beschikbaar die toepasselijk zijn voor gans de Europese Unie. Voor een beperkt aantal producten en diensten zijn er ook gegevens beschikbaar voor de afzonderlijke landen. Zo wordt er in deze scriptie gewerkt met de Belgische elektriciteitsmix. Alle gegevens zijn gebaseerd op het referentiejaar 2000. In deze scriptie werd gebruik gemaakt van de recentste gegevens van deze commerciële databank, zijnde versie 1.2 [47].


43

2.3.3.2

Opbouw databank

In deze paragraaf wordt de opbouw van de Ecoinventdatabank bondig beschreven aan de hand van een voorbeeld. Meer uitgebreide documentatie is beschikbaar op de website van Ecoinvent [48].

De meer dan 2700 beschreven producten en processen uit de Ecoinventdatabank zijn afkomstig uit verschillende economische sectoren, zoals energieproductie, transport, productie van bouwmaterialen, afvalbehandeling, of landbouw. Verscheidene Zwitserse instituten die participeren in het Ecoinventproject beschikten reeds over een eigen databank met LCI-gegevens voor de sector waarin ze actief zijn. Binnen Ecoinvent zijn het dan ook de verschillende partners, met elk hun expertise binnen hun respectievelijke vakgebied, die de gegevens voor de databank leveren. Om de kwaliteit en uniformiteit van de gegevens te vrijwaren, gelden er strenge criteria aangaande de inhoud, de beschrijving en de kwaliteitscontrole van de gegevens.

Voor alle producten en processen binnen ecoinvent zijn de ingaande stromen van grondstof en energie bekeken, evenals de uitgaande emissies. Als geografische systeemgrens is voor alle datasets de ganse wereld genomen, en bij de emissies wordt er a priori geen tijdsgrens vastgelegd. Dit betekent dat zowel emissies uit het verleden (bouw van infrastructuur), het heden (bijvoorbeeld procesenergie) als de toekomst (bijvoorbeeld afvalverwerking) in rekening worden gebracht [36].

Bij wijze van voorbeeld wordt gekeken naar de dataset: 1m³ normaal beton, in

betoncentrale. Als grondstof voor dit beton zullen onder meer grind, zand en cement nodig zijn. Elk van deze grondstoffen is op zich weer een andere dataset van Ecoinvent. Om deze grondstoffen tot bij de betoncentrale te brengen, zullen er een aantal tonkilometer transport ingerekend moeten worden. Het mixen van de diverse grondstoffen vergt een zekere hoeveelheid procesenergie. Dit komt bijvoorbeeld overeen met de dataset ‘1 kWh elektriciteit, gemiddelde voltage’. Ook de betoncentrale zelf heeft een milieu-impact. Gebaseerd op schattingen van jaarlijkse betonproductie en levensduur wordt een zeer kleine fractie van de milieulasten van deze installatie toegewezen aan de productie van 1 m³ beton.


44

In de dataset van de betoncentrale zelf zal ook een zekere hoeveelheid beton voorkomen. Om de cumulatieve vraag van alle goederen en processen te berekenen, dient de matrix met alle datasets geïnverteerd te worden [49]. Zo berekent men voor elke dataset de cumulatieve elementaire stromen. Deze elementaire stromen kunnen als volgt opgedeeld worden:

Emissies naar de atmosfeer

Bijvoorbeeld kg CO2, kg butaan, kBq uranium 235,…

Emissies naar de bodem

Bijvoorbeeld kg lood, kg olie in landbouwgrond, …

Emissies naar water

Bijvoorbeeld kg broom in oceaanwater, MJ restwarmte naar grondwater, …

Consumptie van grondstoffen

Bijvoorbeeld kg zilvererts 0,01% uit bodem, MJ zonne-energie, m³ hout, m².jaar oppervlaktebezetting.

Bij de berekening van de emissies en grondstoffen wordt uitgegaan van een normale wijze van opereren, zoals die in het jaar 2000 bestond. Hierbij wordt geen rekening gehouden met mogelijke zware ongevallen of accidenten die zeer zelden voorkomen. Sommige accidenten die regelmatig voorkomen, worden wel in rekening gebracht. Dit geldt bijvoorbeeld voor olielekken bij het transport van olie [36].

De problematiek van de allocatie bij processen met meer dan 1 output kwam reeds aan bod bij de bespreking van de levenscyclusanalyse. In Ecoinvent wordt eerst een inventaris opgemaakt van alle emissies en grondstofconsumptie van het gehele proces. Deze

worden

vervolgens

verdeeld

over

de

verschillende

co-producten

volgens

allocatiefactoren, onder meer op basis van massa- en energiebeschouwingen. De gebruiker kan desgewenst deze allocatiefactoren zelf aanpassen. De Ecoinventsoftware voert steeds een controle uit om te zien of de som van de allocatiefactoren 100% bedraagt. Indien een product gerecycleerd wordt, worden enkel de emissies van transport en zuivering toegewezen aan het gerecycleerde product. Indien bijvoorbeeld het rubber van gebruikte autobanden aangewend wordt om een cementoven te stoken, wordt er niet gekeken naar de productie van dat rubber. De cementoven verbruikt dus een secundaire brandstof die schijnbaar weinig milieu-impact heeft [50]. De milieu-impact van de bandenproductie werd volledig in rekening gebracht bij de dataset van de productie van de autoband.


45

2.4.

Exergie

Veel duurzaamheidsindicatoren die in gebruik zijn binnen de bouwsector zijn gebaseerd op de methodologie van de levenscyclusanalyse. Bij de analyse van industriële processen wordt er naast de levenscyclusanalyse ook vaak een thermodynamische analyse uitgevoerd. In deze scriptie wordt onderzocht of een analyse op basis van het thermodynamische begrip exergie een bruikbare indicator kan vormen voor de evaluatie van de duurzaamheid van een gebouw. In deze laatste sectie van de literatuurstudie wordt de theoretische achtergrond van het begrip exergie besproken.

2.4.1

Energie

Het begrip energie is algemeen bekend. Energie is beweging, of de mogelijkheid tot beweging. Deze beweging kan gaan van de trilling binnen de atoomstructuur tot de beweging van planeten. Midden 19de eeuw betekende het pas ontdekte energieconcept een grote sprong voorwaarts voor wetenschap en techniek. Eindelijk was er een verband gevonden tussen mechanische arbeid en warmte [51].

Het begrip energie wordt ook in de normale spreektaal vaak gebruikt, helaas meestal niet met de correcte wetenschappelijke betekenis van het woord. Wie zich futloos voelt heeft geen ‘energie’, door de uitputting van de olievoorraden dreigt er een ‘energiecrisis’, onnodig licht laten branden is energieverspilling, en ga zo maar door. Een gebrek aan energie zal echter niet voorkomen. Energie wordt immers niet zomaar gewonnen of verloren. De totale hoeveelheid energie blijft steeds behouden volgens de eerste hoofdwet van de thermodynamica; er wordt enkel energie van de ene vorm in de andere omgezet. Bij de verbranding van aardgas wordt bijvoorbeeld de chemische energie uit het aardgas omgezet in warmte-energie.

Ondanks het principe van behoud van energie dient men zuinig om te springen met energiebronnen. Niet alle energie heeft immers dezelfde ‘kwaliteit’. Elektrische energie kan bijvoorbeeld theoretisch voor 100% omgezet worden in mechanische arbeid of in warmte. Warmte op hoge temperatuur daarentegen kan slechts gedeeltelijk omgezet worden naar mechanische arbeid. De overige energie wordt vrijgegeven in de vorm van warmte op een lagere temperatuur. Het begrip exergie is een maat die de ‘kwaliteit’ van energie beschrijft. Alvorens dit begrip te bespreken is het nodig de grondbeginselen van de thermodynamica aan te brengen.


46

2.4.2

Thermodynamische achtergrond

De wetten van de thermodynamica zijn gegroeid uit de studie van stoommachines in de 19de eeuw. Om de werking te optimaliseren was er nood aan een sluitende theorie over warmte. De basis van deze theorie kan beschreven worden in vier eenvoudige wetten.

De eerste hoofdwet van de thermodynamica staat bekend als de wet van behoud van energie.

Voor elk thermodynamisch stelsel geldt: Ein – Euit = DE

Deze wet wordt voor toepassingen in de thermodynamica meestal herschreven met behulp van de termen energie (E), warmte (Q) en arbeid (W). De eerste hoofdwet luidt dan:

dE = đQ – đW

De totale energie van een systeem bestaat uit macroscopische potentiële energie (Ep), macroscopische kinetische energie (Ek) en de thermische inwendige energie (U). Deze laatste is een eigenschap van de atomen en moleculen van het systeem, en wordt uitsluitend bepaald door de temperatuur van het systeem.

E = Ep + Ek +U

Meestal is de verandering van potentiële energie en kinetische energie niet relevant bij thermodynamische processen, en wordt enkel een verandering van de inwendige energie beschouwd. De wet van het energiebehoud luidt dan:

dU = đQ – đW

Niet alle energieomzettingen kunnen spontaan verlopen. Een proces waarbij alle warmte omgezet wordt in arbeid is bijvoorbeeld niet strijdig met de eerste hoofdwet, maar zal in werkelijkheid toch nooit kunnen optreden. Uit ervaring weten we ook dat warmte kan overgaan van een warm voorwerp naar een koud voorwerp, maar dat warmte nooit spontaan zal overgaan van een kouder voorwerp naar een warmer voorwerp. Een kop warme koffie geeft een deel van zijn warmte af aan de kamer waarin hij zich bevindt, maar zal geen warmte onttrekken aan de kamer. De eerste hoofdwet geeft een verband tussen verschillende vormen van energie zoals arbeid en warmte, maar de wet vertelt niet welke processen in werkelijkheid zullen optreden. Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Literatuurstudie

47

Om te weten welke processen spontaan kunnen optreden, is de tweede hoofdwet van de thermodynamica nodig. Er bestaan verschillende formuleringen van deze wet. De formulering van Clausius luidt [52]:

Een kringproces waarin een machine zonder tussenkomst van een andere uitwendige bron overdracht van warmte van een kouder naar een warmer lichaam realiseert is onmogelijk.

Diezelfde Clausius heeft in 1865 het begrip entropie (S) geïntroduceerd, waarmee de tweede hoofdwet in formulevorm uitgedrukt kan worden:

(D DS)isol ≥ 0

De entropie van een geïsoleerd systeem blijft constant bij een reversibel proces, en zal steeds stijgen bij een niet-reversibel proces. Bij een reversibel proces moeten zowel het systeem als de lokale omgeving tot hun oorspronkelijke toestand teruggebracht kunnen worden zonder iets te veranderen aan de rest van het universum. In de natuur zijn er steeds dissipatieve effecten zoals viscositeit en elektrische weerstand zodat alle natuurlijke processen irreversibel zijn. Entropie kan ook bekeken worden als een maat voor orde. De tweede hoofdwet stelt dan dat alle spontane processen een systeem meer wanordelijk maken. Een bekende toepassing van de tweede wet van de thermodynamica betreft de bepaling van de maximale efficiënte voor de omzetting van warmte in arbeid via een reversibel proces. Figuur toont een reversibel kringproces, waarbij door het temperatuursverschil tussen twee warmtereservoirs een hoeveelheid arbeid wordt onttrokken. Het zou bijvoorbeeld de symbolische voorstelling van een stoommachine kunnen zijn.


48

Warmtereservoir 1 Temperatuur T1

Q1

W

= Q1 – Q2

Q2 Warmtereservoir 2 Temperatuur T2

Figuur 10 - Symbolische voorstelling van een thermische machine

Het thermische rendement η wordt per definitie gegeven door:

η=

W Q1

Voor een reversibel kringproces geldt dat [52]:

Q1 T1 = Q2 T2 Wegens het behoud van energie is de geëxtraheerde arbeid gelijk aan het energieverschil tussen warmtestromen Q1 en Q2. Hieruit volgt de formule voor het rendement van een reversibele warmtemachine, ook bekend als het Carnot-rendement:

η=

T1 − T2 T1

Uit deze formule blijkt dat bij reële temperatuursverschillen (T2 ≠ 0K) warmte nooit voor 100% omgezet kan worden in arbeid, zelfs niet in een hypothetisch proces zonder verliezen.


49

2.4.3

Exergie

2.4.3.1

Definitie

De eerste hoofdwet van de thermodynamica leert dat energie niet verloren kan gaan. De tweede hoofdwet vertelt dat niet alle energieomzettingen spontaan kunnen verlopen. Enkel indien het entropieverschil van een proces positief is, zal dit proces spontaan kunnen doorgaan. Verschillende energievormen kunnen dus een verschillende kwaliteit hebben. Wat we consumeren is niet de energie, maar de kwaliteit van de energie. De tweede wet van de thermodynamica leert dat die kwaliteit enkel kan afnemen.

De formule voor het Carnotrendement leert dat er meer arbeid verricht kan worden indien het temperatuursverschil tussen twee warmtereservoirs groter is. De kwaliteit van een zelfde hoeveelheid warmte-energie is dus afhankelijk van de temperatuur waarop deze warmte beschikbaar is. Elektrische energie kan wel voor 100% omgezet worden in arbeid, en bezit dus een hogere kwaliteit dan warmte-energie.

Om dit verschil in energiekwaliteit te kunnen beoordelen is het begrip exergie in het leven geroepen:

Exergie = de arbeid die een systeem kan leveren indien

Definitie

het in evenwicht gebracht wordt met de omgeving via een reversibel proces.

Exergie is met andere woorden de fractie energie die we nuttig kunnen gebruiken. Het is een maat die uitdrukt in welke mate een systeem afwijkt van de standaardomgeving, ook wel de dode toestand genaamd. De consumptie van exergie is de drijvende kracht achter alle natuurlijke processen.

Exergie maakt een deel uit van energie, dus de eenheid van exergie is eveneens Joule. Om verwarring te voorkomen wordt de eenheid van exergie in dit werk aangeduid als Jex.


50

Figuur 11 - Schematische voorstelling: behoud van energie en verbruik van exergie bij een niet-reversibel proces

2.4.3.2

Omgeving

De omgeving waarvan sprake in de definitie van exergie is een zeer groot lichaam dat zich in een staat van thermodynamisch evenwicht bevindt. Deze omgeving bevat dus geen verschillen in druk, temperatuur, chemische potentiaal, kinetische of potentiële energie. Door dit perfect thermodynamisch evenwicht kan de omgeving op zichzelf geen arbeid leveren. Een ander systeem dat in deze omgeving gebracht wordt en waarvan minstens één van deze factoren verschilt met de omgeving, is wel in staat tot het verrichten van arbeid. De omgeving wordt zo groot verondersteld dat de samenstelling ervan geen invloed ondervindt van deze interacties met andere systemen. De exergie van een systeem is afhankelijk van de omgeving waarin het systeem zich bevindt. Om praktische reden wordt er meestal niet gewerkt met de lokale omgeving, maar wordt er een globale referentieomgeving gedefinieerd. Deze referentieomgeving komt dan overeen met de gemiddelde toestand van atmosfeer, oceanen en de aardkorst.


51

2.4.3.3

Exergie in formulevorm

De exergie Ex van een systeem wordt in formulevorm beschreven als [53]:

Ex = U + P0 ⋅ V - T0 ⋅ S -

∑ µ

i0

⋅ ni

i

U, V, S en ni zijn extensieve eigenschappen van het systeem, dat wil zeggen dat ze afhankelijk zijn van de hoeveelheid beschouwd materiaal. U = inwendige energie V = volume S = entropie ni = aantal mol van chemische substantie i

P0, T0 en µ i0 zijn intensieve eigenschappen van de omgeving, en dus niet afhankelijk van de hoeveelheid materiaal. P0 = druk T0 = temperatuur

µ i0 = chemische potentiaal U is de inwendige energie die in het systeem zelf aanwezig is. Een gedeelte van deze inwendige energie is nutteloos om arbeid mee te verrichten, bevat dus geen exergie. De twee laatste termen uit de formule geven dit weer. T0S begroot het gedeelte inwendige energie dat nutteloos is omwille van een gebrek aan orde (entropie S). De laatste term duidt aan dat de chemische energie van de stoffen geen nuttig werk kan verrichten als de chemische potentiaal gelijk is aan de omgevingspotentiaal. De term P0V bestaat uit arbeid ten gevolge van het volume dat het systeem inneemt.

Andere bekende thermodynamische begrippen zoals Gibbs vrije energie, Helmholz vrije energie en enthalpie zijn speciale gevallen van exergie. Uit de tweede hoofdwet van de thermodynamica volgt dat de entropieverandering steeds positief is voor een reëel proces. Enkel in een reversibel proces is de entropieverandering gelijk aan nul, en kan alle exergie omgezet worden in arbeid. Bijgevolg vormt exergie de theoretische bovengrens voor de arbeid die uit een bepaald proces verkregen kan worden. In werkelijke processen is de exergie-input steeds groter dan de exergie-output. Dit is te wijten aan exergievermindering door het niet-reversibele karakter van de processen en aan nietgebruikte exergie die verloren gaat in de omgeving [53].


52

2.4.4

Exergie als indicator voor duurzame technieken

2.4.4.1

Exergetische benadering van grondstoffenverbruik

Het concept exergie stamt af uit de thermodynamica en vindt nog steeds de meeste toepassing bij de studie van warmte en arbeid. Exergie kan echter ook gebruikt worden als een maat voor de kwaliteit van grondstoffen. Alle systemen, van biologische processen in de kleinste organismen tot energie- en materiaalstromen in de maatschappij kunnen beschreven worden met het begrip exergie.

Szargut et al. stelde een theorie op waarbij de chemische exergie van stoffen wordt berekend in de onderstelling dat de omgeving bestaat uit een aantal referentiestoffen [54]. De referentieomgeving bezit een temperatuur van 298,15 K en een druk van 1 atmosfeer. De referentiestoffen hebben een chemische potentiaal die overeenkomt met de gemiddelde chemische potentiaal van de beschouwde materie in de natuurlijke omgeving. Een geconcentreerd erts contrasteert met de omgeving, en bezit dus exergie. Hoe sterker het erts geconcentreerd is, des te meer exergie het bezit. Om een minder geconcentreerd erts te verwerken zal er een grotere input van externe exergie nodig zijn, bijvoorbeeld onder de vorm van olie of steenkool [55]. Naast het concentratieaspect is ook de chemische binding van belang.

De theorie van Szargut et al. biedt dus de mogelijkheid om het exergiebegrip aan te wenden om het verbruik van grondstoffen te kwantificeren. Gebruik maken van het begrip exergie heeft het grote voordeel dat het verbruik van energiebronnen en grondstoffen op basis van hetzelfde fysische begrip beoordeeld kunnen worden. De opsplitsing tussen energiebron en grondstof in een klassieke analyse is immers vaak arbitrair. Olie kan bijvoorbeeld als brandstof gebruikt worden, maar ook als basisstof voor de petrochemische sector. Duurzaam omgaan met energiebronnen betekent niet alleen dat het verbruik van energie beperkt moet worden, maar ook dat de energiebronnen voor de juiste toepassing aangewend

moeten

worden.

Vanuit

energetisch

oogpunt

lijkt

het

stoken

van

huisbrandolie voor ruimteverwarming bijvoorbeeld erg efficiënt (energetische efficiëntie is de grootteorde van 80 à 90%). Vanuit exergetisch oogpunt is warmte met een lage temperatuur echter weinig waardevol, en is het verbruiken van een hoogwaardige brandstof zoals olie voor een laagwaardige toepassing als het verwarmen van lokalen dus weinig efficiënt.


53

2.4.4.2

eXoinvent

Het handboek van Szargut et al. tabelleert de chemische exergie van talrijke elementen en processen [54]. Ofschoon het handboek dateert van 1988 geldt het nog steeds als referentie voor de bepaling van de chemische exergie van grondstoffen. Recent werd door Szargut et al. een geüpdate lijst gepubliceerd met de exergie van chemische elementen [56]. De exergie van een mineraal kan berekend worden uit de exergie van de samenstellende elementen en op basis van de vrije Gibbs energie van de vormingsreacties. In de update van het werk van Szargut et al. werden de geochemische data die de referentieomgeving beschrijven aangepast. De thermochemische data die de vormingsreacties beschrijven zijn echter niet aangepast ten opzichte van de originele versie. Bovendien worden in het werk van Szargut et al. niet alle mineralen beschreven die kunnen voorkomen in een uitgebreide exergetische levenscyclusanalyse van producten.

Op basis van drie recente thermodynamische databanken werd door De Meester et al. de exergie van 85 elementen en 73 mineralen berekend [57]. Door de toepassing van recente gegevens bleek de exergie van sommige mineralen tot een factor 14 te verschillen van de oude waarden uit de literatuur.

Op basis van deze recente gegevens is door De Meester de eXoinvent-applicatie uitgewerkt die via de ecoinventdatabank een exergetische analyse uitvoert. De inventarisatie van een proces of product uit ecoinvent beschrijft de in- en uitgaande stromen van onder meer zonne-energie, biomassa, mineralen en organische brandstoffen. Van elk van deze stromen wordt de exergetische waarde berekend en vervolgens worden de verschillende bijdragen gesommeerd. De eXoinvent-applicatie maakt het dus mogelijk om op eenvoudige wijze de cumulatieve exergie van ruim 2700 processen en producten uit de ecoinventdatabank te berekenen op basis van de recentste gegevens omtrent chemische exergie.


54

2.4.4.3

De zon als bron van exergie

De tweede wet van de thermodynamica leert dat systemen spontaan evolueren naar een evenwichtstoestand. Een ijsblokje dat uit de diepvries genomen wordt, zal bijvoorbeeld langzaam smelten tot er een plas water overblijft die dezelfde temperatuur heeft als de omgeving. Luchtdrukverschillen nemen spontaan af door luchtverplaatsingen (wind), en water stroomt spontaan naar beneden. Al deze processen zijn het gevolg van een toestand van onevenwicht met de omgeving, en ze zullen ophouden wanneer de evenwichtstoestand bereikt is.

De aarde is niet in een perfect thermodynamisch evenwicht. Dit is te danken aan de zon die een continue bron is van exergie voor de aarde. Energie van de zon bereikt de aarde. Een deel van het zonlicht wordt meteen weerkaatst, en een deel bereikt de aarde en wordt daar omgezet. Een klein deel van de energie wordt opgeslagen in oa. oliereserves, maar het grootste deel van de invallende zonne-energie verlaat de aarde opnieuw onder de vorm van stralingswarmte. Deze stralingswarmte heeft dezelfde temperatuur als de aarde, en bezit bijgevolg geen exergie ten opzichte van de referentieatmosfeer. De exergie van het invallende zonlicht wordt dus vernietigd op de aarde. Deze exergie afkomstig van het zonlicht drijft de cycli van wind en water aan, en is bron van alle leven op de aarde. Groene planten absorberen de exergie van het zonlicht en zetten dit via fotosynthese om in chemische exergie. Deze chemische exergie blijft binnen het ecosysteem als het wordt opgenomen door organismen die op een hoger niveau staan in de voedselketen [55].

Duurzame ontwikkeling vereist dat de consumptie van natuurlijke bronnen niet sneller mag verlopen dan de aanmaak ervan. De energiehoeveelheid op de aarde is bijna constant en is geen goede indicator voor duurzaamheid. Niet alle energievormen hebben immers dezelfde kwaliteit en wat we consumeren in niet-reversibele processen is exergie, en niet energie. De zon is een continue bron van exergie en in het kader van duurzame ontwikkeling moet men steeds trachten het verbruik af te stemmen op de input. Exergie is dus een veel betere duurzaamheidsindicator omdat het fysisch veel relevanter is dan het gebruik van energie als indicator, en omdat het rechtstreeks gelinkt is aan de hernieuwbare input van de zon.


55

2.4.4.4

Uitputting van bronnen en milieuschadelijkheid

Irreversibiliteit is een goede indicator voor zowel het verbruik van kwaliteitsvolle energiebronnen als van materialen. Wanneer deze grondstoffen hernieuwbaar zijn is irreversibiliteit echter geen goede indicator voor de uitputting van bronnen. Via een levenscyclusanalyse geeft het exergiegebruik dan wel een beeld van de consumptie en het al dan niet efficiënte gebruik van de natuurlijke bronnen. Om rekening te houden met het hernieuwbare karakter moet er ook gekeken worden naar de exergie-input van de zon. Deze input wordt door sommige auteurs als ‘gratis’ beschouwd. Voor biodiesel wordt bijvoorbeeld gekeken naar de hoeveelheid exergie die opgenomen werd tijdens de groei van de plant. Anderzijds wordt er tijdens de productie van biobrandstoffen ook op grote schaal gebruik gemaakt van niet-hernieuwbare bronnen, bijvoorbeeld onder de vorm van pesticiden, bij het transport, fabrieksinstallaties,… Dit maakt dat biobrandstoffen niet volledig hernieuwbaar zijn wanneer rekening gehouden wordt met de levenscyclus van het product [58]. Fossiele bronnen hebben hun exergie-inhoud ook te danken aan zonlicht. Ze worden toch als niet-hernieuwbaar beschouwd omdat de tijdsschaal waarop de

aanmaak

gebeurt

verschillende

grootteordes

groter

is

in

vergelijking

met

biobrandstoffen [59].

Het begrip exergie kan tevens gebruikt worden om de effecten van emissies naar het milieu in te schatten. De exergetische waarde van afvalstromen kan beschouwd worden als een rudimentaire maat voor de milieuschadelijkheid [53]. Anderzijds kan ook gekeken worden naar de exergie die nodig is om schadelijke emissies te zuiveren [60]. Exergievermindering door irreversibiliteit brengt geen exergie in de omgeving, en in dat opzicht is er geen milieuschade. Door de irreversibiliteiten is er echter een grotere exergie-input nodig, hetgeen onrechtstreeks zorgt voor milieu-impact [53]. Voor een gedetailleerde studie van milieuschadelijkheid zijn andere methoden zoals levenscyclusimpactanalyse wellicht meer geschikt dan een exergetische analyse.

Er kan besloten worden dat exergie een uitstekende indicator is voor de duurzaamheid van producten en processen indien rekening gehouden wordt met het al dan niet hernieuwbare karakter van de bronnen. Een exergieanalyse is in de eerste plaats nuttig om het verbruik van grondstoffen en energiebronnen te kwantificeren.


56

2.4.5

Exergie als indicator binnen de bouwsector

Doorgaans wordt er in een duurzaamheidsanalyse van een gebouw uitvoerig gekeken naar de energievraag, onder meer voor ruimteverwarming. Wat eigenlijk verbruikt wordt in alle niet-reversibele processen is exergie. Exergie is een betere indicator aangezien het de fractie van energie is die nuttig gebruikt kan worden en een economische waarde heeft. Bovendien kan een analyse van de cumulatieve exergievraag ook gebruikt worden om het gebruik van materialen te beoordelen met dezelfde fysische grootheid als het verbruik van energiebronnen. Zo kan in bouwkundige toepassingen de invloed van een toename van isolatie onmiddellijk afgewogen worden tegen de verminderde exergievraag voor verwarming. In deze scriptie wordt het concept exergie toegepast volgens bovenvermelde methode in een exergetische levenscyclusanalyse.

Een tweede mogelijke toepassing van het concept exergie in de bouwsector betreft het rechtstreeks uitdrukken van de warmtevraag in exergie. Doorgaans worden er energiebronnen met een hoge exergetische waarde gebruikt om woningen te verwarmen of

te

koelen.

De

exergievraag

is

echter

erg

bescheiden

aangezien

de

temperatuursverschillen beperkt zijn. Door dezelfde warmtehoeveelheid te leveren met lage-exergie verwarmingstoestellen kan het exergieverbruik dus sterk beperkt worden. Lowex.net is een internationaal netwerk dat hier onderzoek naar verricht [61].

Doorgaans wordt in de exergetische levenscyclusanalyse gebruik gemaakt van een atmosfeer die vereenvoudigd wordt weergegeven als een omgeving met constante temperatuur en druk. De temperatuur van de atmosfeer is in werkelijkheid uiteraard sterk veranderlijk. In de vermelde tweede mogelijke toepassing van de exergieanalyse wordt

gekeken

naar

wat

de

exergievraag

is

voor

verwarming

wanneer

de

omgevingstemperatuur variabel is. Indien de binnentemperatuur van een gebouw hoger ligt dan omgevingstemperatuur, dan bezit de binnenlucht een hoeveelheid exergie ten opzichte van deze omgeving. Dit doet zich typisch voor in de winter. Het kan ook voorkomen

dat

de

binnentemperatuur

van

het

gebouw

lager

ligt

dan

de

omgevingstemperatuur, bijvoorbeeld op een warme zomerdag. Ook in deze situatie bezit de binnenlucht exergie ten opzichte van de omgeving. De lucht is immers niet in thermodynamisch evenwicht met de omgeving. Shukuya maakt een onderscheid tussen ‘warme exergie’ en ‘koude exergie’ waarbij de het systeem warmer respectievelijk kouder is dan de omgeving [62]. De thermische exergie wordt door geleiding, convectie en straling doorheen de gebouwschil getransporteerd. Zowel bij warme als bij koude exergie gebeurt het


57

exergietransport van de binnenlucht naar de buitenomgeving. Om de binnenomgeving op constante temperatuur te houden zal er exergie toegevoegd moeten worden door een verwarmingsinstallatie of een koelinstallatie. Energie gaat steeds van een warm object naar een kouder object, dus in tegenstelling tot de

exergiestroom

is

de

richting

van

de

energiestroom

afhankelijk

van

de

buitentemperatuur.

Figuur 12 - Exergie- en energiestromen in een huis

De overgang van een hoeveelheid warmte op hoge temperatuur naar een lagere temperatuur heeft geen invloed in een energieanalyse. Je hebt een exergieanalyse nodig om het kwaliteitsverschil van de energie te kunnen kwantificeren. Door een huis te voorzien van een verwarmingssysteem dat werkt op een lage temperatuur, en door maximaal gebruik te maken van zonlicht kan het exergiegebruik tijdens de levensduur van gebouwen drastisch teruggedrongen worden.


58

3

Doelstelling

Deze scriptie kadert in een onderzoek dat meetinstrumenten wil ontwikkelen om het duurzaam

omgaan

met

grondstoffen

en

energiebronnen

in

de

bouwsector

te

kwantificeren. Meer bepaald wordt een exergetische levenscyclusanalyse uitgevoerd zodat het verbruik van materialen en energie met behulp van een zelfde fysische grootheid weergegeven wordt.

De exergetische studie wordt toegepast op data afkomstig uit de EL²EP-studie waarin talrijke varianten van een typische Belgische rijwoning werden gemodelleerd. Voor elk van deze varianten werd de hoeveelheid grondstof nodig voor de constructie bepaald, evenals de jaarlijkse warmtebehoefte. Op basis van de warmtevraag wordt een verwarmingsinstallatie gedimensioneerd. Het grondstoffenverbruik van bouwmaterialen, installatiecomponenten en jaarlijks brandstofverbruik wordt in deze scriptie omgerekend naar een cumulatieve exergievraag met behulp van eXoinvent.

De exergievraag van een woning beperkt zich niet tot de constructiematerialen en brandstof voor de verwarmingsinstallatie. Er wordt ook gekeken naar de exergievraag voor het transport van de bouwmaterialen, de bouwactiviteiten op de werf en de sloop en mogelijke recyclage op het einde van de levensduur. Er wordt rekening gehouden met de renovatie

van

sommige

verwarmingsinstallatie.

Ook

bouwcomponenten worden

de

en

interne

een

vervanging

warmtewinsten

en

van

de

invallende

zonnestraling omgerekend naar een hoeveelheid exergie. Het hoofdstuk materiaal en methoden licht de gevolgde berekeningsmethode uitvoerig toe.

Aldus wordt er een jaarlijkse exergievraag voor de woning bekomen. Deze exergievraag bestaat uit jaarlijks weerkerende exergiestromen enerzijds en een fractie van de totale cumulatieve exergie voor bouw, renovatie en sloop anderzijds. De omvang van de verschillende exergiestromen wordt kritisch bekeken in het hoofdstuk ‘Resultaten en bespreking’. Er wordt onderzocht welke parameters een grote invloed hebben en welke maatregelen de exergievraag van de woning kunnen terugdringen. Tot slot worden de resultaten van de exergetische levenscyclusanalyse vergeleken met de analyse uit de EL²EP-studie.

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Doelstelling

60

4

Materiaal en methoden

4.1

Gegevens EL²EP-studie

De bespreking van de EL²EP-studie kwam reeds aan bod in de literatuurstudie. Alvorens de berekeningsmethode te bespreken, wordt kort toegelicht welke gegevens uit de EL²EP-studie gebruikt worden.

De genetische optimalisatieprocedure uit de eerste fase van de EL²EP-studie leverde 65 niet-gedomineerde optima: 21 varianten uitgevoerd met een spouwmuur, 30 varianten met

een

massieve

muur

met

buitenisolatie

en

14

woningen

met

een

houtskeletbouwstructuur. Voor de studie die in het kader van deze scriptie uitgevoerd wordt, zijn volgende gegevens voor elk van deze 65 woningvarianten beschikbaar:

De

Chromosoom met 42 parameters

Jaarlijkse netto energiebehoefte voor verwarming (NEB, GJ/jaar)

Netto energiebehoefte voor verwarming, opgesplitst per maand (NEB, GJ/maand)

Niet-hernieuwbare ingebouwde energie (NHE, GJ)

Kostprijs voor de bouwmaterialen en de constructie van de woning (KOST, €)

Global Warming Potential overeenstemmend met bouwmaterialen (GWP, ton CO2)

Gewogen uren temperatuuroverschrijding (GTO-uren/jaar)

K-peil van de woning

Warmteverliezen: geleidingsverliezen, ventilatie- en infiltratieverliezen (GJ/jaar)

Warmtewinsten: interne warmtewinsten, zonnewinsten (GJ/jaar)

netto

energiebehoefte

is

niet

gelijk

aan

de

som

van

warmtewinsten

en

warmteverliezen. De momenten waarop deze warmtewinsten optreden, vallen immers niet steeds samen met de momenten waarop er vraag is naar warmte.

Voor de berekening van de kostprijs en de ingebouwde energie wordt er niet gekeken naar de verschillende levensfasen van de woning. Het betreft de kostprijs en de ingebouwde energie om eenmalig een woning op te bouwen. Deze woning blijft 30 jaar in dienst en vergt in die periode geen onderhoud en herstellingen. Wat er na de gebruiksduur van 30 jaar met de woning gebeurt, wordt niet gespecificeerd.

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Materiaal en methoden

62

Naast de gegevens van deze 65 niet-gedomineerde optima, werd tevens een lijst van 4600

chromosomen

ter

beschikking

gesteld.

Van

deze

uitgebreide

verzameling

chromosomen is enkel de jaarlijkse netto energiebehoefte voor verwarming bekend.

Naast deze gegevens werden ook volgende bestanden en programma’s ter beschikking gesteld:

Jaarverslagen en aanverwante documenten die het EL²EP-project in detail beschrijven.

Rekenbladen die aangeven welke bouwcomponenten er gebruikt worden. Voor elke bouwcomponent wordt aangeduid welke producten of processen uit de Ecoinventdatabank er mee overeenstemmen.

Rekenbladen die aangeven welke aannames er zijn gebeurd om het transport van de bouwcomponenten te becijferen.

Een Matlabbestand dat op basis van de parameters van een chromosoom de benodigde volumes, oppervlaktes en lengtes van de bouwcomponenten berekent.

Een Matlabbestand dat op basis van de parameters van een chromosoom het Kpeil van een woning berekent.

Een Matlabbestand dat het verbruik van een verwarmingsinstallatie berekent. Dit bestand heeft als input de maandelijkse netto warmtebehoefte van de woning en een vector die de installatiecomponenten beschrijft.


63

4.2

Overzicht berekeningsmethode

Het vervolg van dit hoofdstuk licht uitvoerig toe hoe vanuit de gegevens van de EL²EPstudie de cumulatieve exergievraag van de rijwoning berekend wordt. De berekening wordt uitgevoerd met het programma Matlab waarbij diverse routines hun data ophalen uit rekenbladen. Enkele routines zijn afkomstig uit de EL²EP-studie en enkele rekenbladen bevatten onbewerkte data uit de ecoinventdatabank. Deze gegevens mogen niet publiek gemaakt worden. In deze tekst worden dan ook niet de rekenroutines zelf weergegeven, maar wordt de algemene gedachtegang besproken.

Figuur 13 - Schema berekening cumulatieve exergievraag

Bovenstaand schema stelt de verschillende stappen uit de berekening voor. Net zoals in de EL²EP-studie wordt er opgesplitst tussen een optimalisatie van bouwkundige aspecten en een optimalisatie van de verwarmingsinstallatie. De verschillende bijdragen tot de cumulatieve exergievraag van een woning worden in wat volgt systematisch beschreven aan de hand van bovenstaand schema. Een kleine figuur bij de titels geeft symbolisch weer welke berekeningsstap uit bovenstaand schema besproken wordt.


64

4.3

Bouwkundige aspecten

De berekening start met het inlezen van het chromosoom van een woning. Op basis van de parameters van het chromosoom en kennis van de referentiegeometrie

wordt

bepaald

wat

de

benodigde volumes, oppervlakten en lengtes zijn van de verschillende bouwcomponenten. Een lijst met de 40 gebruikte bouwcomponenten is terug te vinden in appendix B. Het programma dat deze hoeveelheden berekent, is afkomstig uit de EL²EP-studie. Er is een kleine aanpassing gebeurd om de hoeveelheden zonnewering correct te berekenen.

4.3.1

Bouwmaterialen en productieprocessen

De volumes, oppervlaktes en lengtes van de verschillende bouwcomponenten dienen omgezet te

worden

naar

hoeveelheden

uit

de

ecoinventdatabank. Een aantal bouwcomponenten komt rechtstreeks voor in de ecoinventdatabank. Zo komt 1 m³ multiplex overeen met 1 m³ Plywood, outdoor use, at plant. Voor de meeste materialen dient er eerst een omzetting van eenheden te gebeuren. Zo zal de berekende glasoppervlakte omgezet moeten worden naar een massa glas.

Een aantal bouwcomponenten komt niet rechtstreeks voor in de ecoinventdatabank. Deze bouwcomponenten werden in de EL²EP-studie samengesteld uit materialen en processen die wel in de databank beschikbaar zijn. Onderstaande tabel geeft bij wijze van voorbeeld weer uit welke materialen en processen één meter PVC raamprofiel is samengesteld. Voor de andere bouwcomponenten wordt verwezen naar appendix C. Tabel 3 – Samenstelling 1 meter PVC raamprofiel (RER = Europa, BE = België)

Materialen en processen uit ecoinvent 4,185

kg

PVC, at regional storage, RER

4,185

kg

injection moulding, RER

1,790

kg

steel, low-alloyed, at plant, RER

1,790

kg

section bar, rolling, steel, RER

0,480

kWh

electricity, medium voltage, at grid, BE


65

Eens de hoeveelheden van de producten en processen uit ecoinvent bekend zijn, kan met de eXoinvent-applicatie de cumulatieve exergievraag bepaald worden.

Figuur 14 - Schema berekening bouwmaterialen en productieprocessen

4.3.2

Transport en bouwactiviteiten

De milieulasten uit ecoinvent hebben voor de meeste producten betrekking op de levensfasen van het product van ontginning van de grondstoffen tot aan de poort van de fabriek. Alvorens de materialen aangewend kunnen worden in een woning dienen de producten nog getransporteerd en verwerkt te worden.

4.3.2.1

Transport

Transport van grondstoffen naar de productiesite werd reeds meegerekend in de datasets van ecoinvent. Voor het verdere transport van de bouwcomponenten zijn er twee fasen te onderscheiden:

Transport van de productiesite naar de distributiesite

Transport van de distributiesite naar de werf


66

Voor

beide

fasen

zijn

in

de

EL²EP-studie

aannames

gedaan

wat

betreft

de

transportmiddelen en af te leggen afstanden. De waarden zijn getabelleerd in Appendix D. Men onderstelt dat het vervoersmiddel volledig gevuld is en dat het voertuig op zijn terugweg andere goederen transporteert. De terugweg is dus niet ingecalculeerd in de transportfase.

Voor de berekening van het transport wordt gebruik gemaakt van volgende datasets uit ecoinvent:

transport, transoceanic freight ship

transport, freight, rail

transport, lorry 32t

transport, lorry 16t

transport, van <3.5t

Deze datasets hebben betrekking op het vervoer van 1 ton goederen over een afstand van 1 kilometer. Om de inventarisatie van het transport uit te voeren dient dus eerst de massa van de verschillende bouwcomponenten berekend te worden. De tabel in appendix B geeft weer welke waarden hiervoor worden aangewend. Vervolgens wordt voor de verschillende bouwcomponenten deze massa vermenigvuldigd met de transportafstand om bijvoorbeeld de hoeveelheid van het proces ‘transport, lorry 32t’ te bekomen.

4.3.2.2

Bouwactiviteiten

In een levenscyclusanalyse van een gebouw dient ook de constructiefase bekeken te worden. Aangezien hier in de EL²EP-studie geen aandacht aan besteed wordt, moeten er eigen aannames gedaan worden. Deze zijn gebaseerd op de dataset ‘Multi-storey

building’ uit ecoinvent [63].

Bij de inventaris van de bouwactiviteiten wordt er gekeken naar:

Het uitgraven van de kelder: 70 m³, dataset ‘excavation, hydraulic digger’.

Elektriciteitsverbruik tijdens de constructie van het huis: 0,30 kWh ‘electricity, low voltage, at grid’ per m³ bouwvolume. In de dataset ‘Multi-storey building’ dient dit elektriciteitsverbruik voor constructie, renovatie en sloop van het gebouw. Het aandeel van de sloopfase in dit elektriciteitsverbruik wordt in deze scriptie verwaarloosd. Aangezien het beschermd volume van de rijwoning 446,5 m³ bedraagt, wordt er een elektriciteitsverbruik van 134 kWh voorzien voor de constructie van de woning.


67

4.3.3

Sloop en recyclage

Na afloop van de functionele levensduur dient het gebouw gesloopt te worden. In ecoinvent zijn er een aantal datasets voorhanden die de sloop en het vervoer

van

bouwpuin

naar

een

stortplaats

beschrijven voor de Zwitserse situatie. Deze data worden onder meer gebruikt in het product ‘multi-storey building’ binnen ecoinvent. In Vlaanderen wordt het merendeel van het bouwpuin echter niet gestort maar gerecycleerd.

Voor

een

aantal

bouwmaterialen

zijn

er

ook

datasets

beschikbaar

die

een

recyclageproces beschrijven. Deze datasets kijken enkel naar het energieverbruik tijdens de sloop van het gebouw. Andere baten en lasten worden binnen ecoinvent toegewezen aan het gerecycleerde product. Datasets voor gerecycleerde bouwmaterialen zijn echter niet voorhanden. De datasets met de recyclageprocessen zijn wellicht enkel bedoeld om emissies te modelleren bij een levenscyclusimpactanalyse.

Voor de exergetische analyse zijn de bestaande datasets voor het storten of recycleren van bouwafval niet geschikt. Deze datasets kijken immers enkel naar emissies, transport en energieverbruik. Met nuttige bijproducten van het recyclageproces werd geen rekening gehouden. In het kader van deze scriptie zijn er daarom zelf aannames gedaan betreffende de sloopfase (zie ook appendix E).

Beton, baksteen en dakpannen

Voor de sloop zelf worden zware machines ingezet. Dit wordt gemodelleerd als een verbruik van 0,0359 MJ ‘diesel, burned in building machine’ per kilogram bouwmateriaal. Deze aanname is gebaseerd op de dataset ‘disposal building brick,

to sorting plant’.

Het steenpuin wordt vervoerd over een afstand van 30 km in een vrachtwagen met een laadvermogen van 16 ton.

Het steenpuin wordt fijn gebroken. Dit proces wordt gemodelleerd met behulp van het proces ‘crushing rock’ en een overeenkomstig elektriciteitsverbruik van 0,00906 kWh ‘electricity, medium voltage, at grid’ per kilogram bouwpuin.

Het gebroken steenpuin kan nog nuttig gebruikt worden, bijvoorbeeld als onderfundering in de wegenbouw. Het gebruik van dit steenpuin vermijdt het delven van gebroken grind. Daarom wordt van de exergie die nodig is om één kilogram steenpuin te bewerken en te vervoeren de cumulatieve exergie voor het produceren van 1 kg gebroken grind afgetrokken.


68

Staal, wapeningsstaal en aluminium

Het staalafval wordt tezamen met het steenpuin vervoerd over een afstand van 30 km in een vrachtwagen met een laadvermogen van 16 ton. In de puinbreker worden metaal en steen gescheiden. Ook voor het aluminium uit de raamprofielen wordt transport over een afstand van 30 km in een vrachtwagen met een laadvermogen van 16 ton voorzien.

Staal en aluminium lenen zich uitermate goed tot hoogwaardige recyclage. In de datasets van de bouwmaterialen is reeds een fractie gerecycleerd metaal ingerekend. Bij de productie van 1 kg staal werd 0,54 kg schroot gebruikt en bij de productie van 1 kg aluminium werd 0,8 kg gerecycleerd aluminium gebruikt. Bij het beschouwen van de sloopfase van de rijwoning moet er niet gekeken worden naar de recyclage van staal en aluminium aangezien dit reeds verrekend werd bij de productie van de bouwmaterialen.

Brandbare bouwmaterialen (exclusief hout)

Niet alle bouwmaterialen lenen zich even goed tot recyclage. Sommige moeilijk recycleerbare

bouwmaterialen

kunnen

echter

een

aanzienlijke

hoeveelheid

warmte leveren indien ze verbrand worden in een afvalverbrandingsoven. Door het aanwenden van deze warmte, bijvoorbeeld in een stadsverwarmingsnet of in een industrieel proces, kan het verbruik van fossiele brandstoffen beperkt worden. Bovendien kan in moderne afvalverbrandingsovens ook elektriciteit geproduceerd worden. Van volgende materialen wordt aangenomen dat ze verbrand worden met productie van elektriciteit en recuperatie van warmte: bitumen, cellulose, polyethyleen, polystyreen, polyurethaan, PVC en rubber.

De

hoeveelheid

warmte

en

elektriciteit

die

gewonnen

wordt

bij

de

afvalverbranding is voor elk van deze materialen terug te vinden in appendix E. Deze waarden zijn gebaseerd op de waarden die in de ecoinvent databank vermeld worden onder de commentaarsectie bij de processen ‘disposal, to

municipal incineration, CH’.

Er wordt aangenomen dat bovenvermelde brandbare producten vervoerd worden over een afstand van 30 km in een vrachtwagen met een laadvermogen van 16 ton.

De geproduceerde elektriciteit wordt in rekening gebracht door de cumulatieve exergie van de overeenkomstige hoeveelheid van het proces ‘electricity, medium

voltage, production BE, at grid’ in mindering te brengen. De geproduceerde warmte wordt beschouwd als vermeden ‘heat, heavy fuel oil, at industrial furnace’.


69

Houtproducten: zachthout, hardhout, OSB en multiplex

In de rijwoningen wordt een grote hoeveelheid hout verwerkt, in het bijzonder bij de varianten met houtskeletbouwstructuur. Dit hout kan na de sloop van de woning verhakseld worden. Deze gerecycleerde houtspaanders kunnen verbrand worden,

en

vermijden

het

gebruik

van

‘Wood

chips,

industry’

uit

de

ecoinventdatabank.

De houtproducten worden apart van de andere brandbare producten behandeld. De andere brandbare bouwmaterialen vermijden de consumptie van warmte en elektriciteit

waarvoor

voornamelijk

niet-hernieuwbare

energiebronnen

nodig

zouden zijn. De houtproducten vermijden houtspaanders die voornamelijk uit hernieuwbare bronnen bestaan.

Het hout wordt getransporteerd over een afstand van 30 km in een vrachtwagen met een laadvermogen van 16 ton. Het hout wordt tot spaanders verwerkt volgens het proces ‘Industrial residual wood chopping, stationary electric chopper,

at plant’.

De massa houtspaanders die een volume houtafval kan opleveren, wordt bepaald op basis van het gehalte droge stof in het houtafval [64].

Inerte materialen, exclusief steenpuin

Een fractie van de bouwmaterialen kan men niet verbranden of recycleren. Deze producten worden gestort op een stortplaats voor inerte materialen. Het betreft mortel, tegels, vensterglas, cellenglas, glasvezel en gipskarton.

In de sloopfase van deze inerte materialen is de exergievraag voor volgende processen meegerekend: verbruik van diesel tijdens afbraakwerken, transport naar de stortplaats en uitbating van de stortplaats.


70

4.4

Warmtevoorziening

Naast de bouwkundige aspecten van een woning moet er ook aandacht besteed worden aan de installatietechnische kant. Ruimteverwarming heeft een groot aandeel in de energievraag van een woning en zal dus ook bijzonder belangrijk zijn wanneer er een exergetische analyse uitgevoerd wordt.

Met behulp van de programma’s TRNSYS en COMIS werd in de EL²EP-studie voor elk chromosoom de jaarlijkse netto energiebehoefte (NEB) voor ruimteverwarming berekend. Op

basis

van

deze

netto

energiebehoefte

kan

een

verwarmingsinstallatie

gedimensioneerd worden. Er zijn verschillende systemen beschikbaar voor de productie en de afgifte van warmte. Op basis van de rendementen van deze systemen wordt het jaarlijkse bruto verbruik van de verwarmingsinstallatie berekend. Voorts wordt er ook gekeken naar interne warmtewinsten en exergie ontvangen van de zonnestraling.

Figuur 15 -Schematische voorstelling berekening warmtevoorziening


71

4.4.1

Installatiecomponenten

De verschillende mogelijke verwarmingsinstallaties zijn ontleend aan de EL²EP-studie.

Voor de warmteproductie wordt gekeken naar volgende systemen:

Hoogrendementsketel

Condensatieketel

Warmtepomp

Een deelproject van de EL²EP-studie bestudeert de toepasbaarheid van mini warmtekracht-koppeling (WKK) in woningen. Bij deze installaties wordt naast warmte ook elektriciteit geproduceerd. Dit is geen conventioneel systeem dat met de eenvoudige berekeningsmethoden

uit

de

energieprestatienorm

beschreven

kan

worden.

De

mogelijkheid van warmte-kracht-koppeling wordt daarom verder niet beschouwd in deze scriptie.

Voor de warmteafgifte zijn volgende systemen beschikbaar:

Radiatoren op hoge temperatuur

Radiatoren op lage temperatuur

Vloerverwarming

De productie- en afgiftesystemen worden binnen het EL²EP-project gemodelleerd als een samenstelling

van

materialen

uit

de

ecoinventdatabank.

Een

gedeelte

van

dit

materiaalverbruik is expliciet afhankelijk van het vermogen van de installatie.

Dit vermogen P wordt als volgt bepaald: P = 0,142.K + 3,714 Het vermogen P wordt in bovenstaande formule uitgedrukt in kW en de term K staat voor het K-peil van de woning. Als bijkomende voorwaarde wordt gesteld dat het vermogen van de ketel minimaal 15 kW moet bedragen. De ketel moet immers pieken in de vraag naar sanitair warm water kunnen opvangen.


72

Figuur 16 - Schematische voorstelling berekening verwarmingsinstallatie

De regeling van de verwarmingsinstallatie kan centraal of decentraal gebeuren en de ketel kan een constante watertemperatuur leveren of de temperatuur laten variëren. Dit heeft geen invloed op de installatie zelf maar bepaalt wel het rendement van de warmteafgifte, zie tabel 5.

Tabel 4 – MJ warmteproductie per MJ energiebron (1 MJ aardgas of stookolie verwijst naar hogere verbrandingswaarde)

MJ warmteproductie Type verwarmingsinstallatie HR-ketel aardgas

per MJ energiebron 0,83

Condensatieketel aardgas Hoge temperatuur

0,92

Lage temperatuur

0,96

HR-ketel stookolie

0,89

Condensatieketel stookolie Hoge temperatuur

0,885

Lage temperatuur

0,935

Warmtepomp

3,50


73

Tabel 5 – Afgifterendement voor verschillende regelingstypes

Type Regeling

Afgifterendement

centraal, constant

85%

decentraal, constant

87%

centraal, variabel

87%

decentraal, variabel

89%

Het materiaalverbruik van de ventilatievoorzieningen wordt ook bepaald in deze fase van de berekeningen. Volgende systemen worden beschouwd:

Natuurlijke ventilatie (geen ventilatiesysteem voorzien)

Mechanische afvoer van binnenlucht

Gebalanceerde ventilatie (mechanische aanvoer en mechanische afvoer)

Gebalanceerde ventilatie met warmterecuperatie

De installatiecomponenten bestaan hoofdzakelijk uit metaal. In de ecoinventdata van metaalproducten wordt reeds rekening gehouden met een fractie gerecycleerd materiaal. Het is dus niet nodig om expliciet naar de sloopfase van de installatiecomponenten te kijken.


74

4.4.2

Jaarlijks Verbruik

In voorgaande sectie werd het materiaalverbruik voor de

constructie

van

de


besproken. In deze paragraaf komt het jaarlijkse exergieverbruik voor de ruimteverwarming aan bod. In eerste instantie wordt gekeken naar het verbruik van olie, aardgas en elektriciteit in de verwarmingsinstallatie. Daarnaast is er ook aandacht voor de interne warmtewinsten en de zonnestraling.

4.4.2.1

Installatieverbruik

De netto energiebehoefte die berekend werd met TRNSYS en COMIS moet omgezet worden naar een bruto verbruik van energiebronnen. Hiervoor wordt een Matlabroutine gebruikt die afkomstig is uit de EL²EP-studie. De methode die aangewend wordt, is gebaseerd op de Vlaamse energieprestatienorm [33].

De netto energiebehoefte wordt opgesplitst per maand. Indien de netto energiebehoefte van

een

maand

minder

dan

1400

MJ

bedraagt,

wordt

ondersteld

dat

de

verwarmingsinstallatie die maand uitgeschakeld wordt. In de betreffende maand wordt er dus geen stookolie, aardgas of elektriciteit verbruikt voor ruimteverwarming.

Voor de overige maanden wordt het netto verbruik per maand gedeeld door het afgifterendement en het productierendement om het bruto verbruik van olie, aardgas en elektriciteit te bekomen.

Voor de werking van de verwarmingsinstallatie is er tevens elektrische hulpenergie nodig. Richtwaarden voor deze elektrische hulpenergie zijn terug te vinden in de Vlaamse energieprestatienorm

[33].

De

circulatiepomp

met

regeling

kent

een

jaarlijks

elektriciteitsverbruik van 0,35 kWh per kubieke meter beschermd volume. Voor de ingebouwde ventilator en de elektronica van de verwarmingsinstallatie is er jaarlijks respectievelijk 0,3 kWh en 0,2 kWh elektriciteit nodig per kubieke meter beschermd volume. Voor de rijwoning geeft dit een jaarlijks elektriciteitsgebruik van 397 kWh voor de hulpfuncties van de verwarming.


75

In de energieprestatienorm en in de EL²EP-studie wordt dit elektriciteitsverbruik omgerekend naar primaire energie met behulp van de conventionele omrekenfactor 2,5. In deze scriptie wordt het energieverbruik niet omgerekend naar primaire energie maar wordt de cumulatieve exergie bekeken. Daartoe moeten de energiebronnen beschreven worden aan de hand van processen die voorkomen in de ecoinventdatabank (zie ook appendix F).

Het verbruik van 1 kWh elektriciteit komt overeen met de dataset ‘electricity, low voltage, at grid, BE’. Deze dataset beschrijft de productie en de verdeling van elektriciteit volgens de Belgische elektriciteitsmix.

Voor aardolie wordt gekeken naar het product ‘light fuel oil, at regional storage,RER’ gecombineerd met het proces ‘oil storage 3000l’. Voor de productie van 1 MJ warmte is er 0,0234 kg olie nodig (cfr. proces ‘light fuel oil, burned in boiler 100kW, non-modulating’).

Voor aardgas wordt het product ‘natural gas, high pressure, at consumer, BE’ beschouwd, gecombineerd met een modellering van het gasdistributienet analoog aan de Zwitserse gasdistributie (cfr. product ‘natural gas, low pressure, at consumer, CH’). In eXoinvent wordt voor de meeste processen gerekend met 38,23

MJex

per

Nm³

aardgas.

Het

aardgas

dat

gebruikt

wordt

in

de

verwarmingsinstallatie vormt hierop een uitzondering. Aangezien het hier zeker de Belgische gasmix betreft, wordt een exergie-inhoud van 38,34 MJex per Nm³ aardgas aangenomen.


76

4.4.2.2

Interne warmtewinsten

De verwarmingsinstallatie is niet de enige bron van warmte binnen een woning. Elektrische apparaten en verlichting dissiperen het grootste deel van de verbruikte energie als warmte naar de binnenomgeving. Ook personen zijn een grote bron van warmtewinsten: een zittende volwassen man bijvoorbeeld produceert continu 115 W warmte [10]. In de EL²EP-studie worden de interne warmtewinsten voor de rijwoning begroot op 12445 MJ per jaar. Bij goed geïsoleerde woningen kunnen deze interne warmtewinsten instaan voor een groot deel van de totale warmteproductie.

Deze warmtewinsten dienen ook in exergie uitgedrukt te worden. Zoniet zou het gebruik van energieverslindende apparaten voordelig lijken. Door de gedissipeerde warmte van de apparaten is er immers minder conventionele verwarming nodig. Een mogelijke benadering is om te kijken naar de stromen die aan de bron liggen van deze warmteproductie, bijvoorbeeld de elektriciteit die in een keukenmixer gebruikt wordt. De allocatie van deze stromen is echter niet voor de hand liggend. Welk percentage van de elektrische energie moet toegewezen worden aan het mixen en welk percentage moet toegewezen worden aan de warmteproductie? Om deze moeilijkheden te vermijden is een pragmatische oplossing gekozen: de interne warmtewinsten worden beschouwd alsof het warmte betreft uit de verwarmingsinstallatie. De cumulatieve exergie van de interne warmtewinst wordt gelijkgesteld aan de cumulatieve exergie van een overeenkomstige hoeveelheid aardgas, stookolie of elektriciteit. De allocatie gebeurt dus volgens het principe van ‘avoided products’. De productie- en afgifterendementen van de klassieke installatie worden mee in rekening gebracht, maar er wordt niet gekeken naar de elektrische hulpenergie van deze hypothetische

verwarmingsinstallatie.

De

klassieke


wordt

uitgeschakeld indien de maandelijkse warmtevraag minder dan 1400 MJ bedraagt. De hypothetische verwarmingsinstallatie van de inwendige warmtewinsten wordt echter niet uitgeschakeld in het zomerseizoen. Zonder deze interne warmtewinsten zou het stookseizoen immers veel langer duren en zou er zelfs gedurende de zomermaanden bijverwarmd moeten worden.


77

4.4.2.3

Zonnestraling

Een laatste bijdrage tot het jaarlijkse exergieverbruik betreft de invallende zonnestraling. Een gedeelte van deze zonnestraling kan via de raamopeningen de woning betreden en staat zo in voor een aanzienlijke warmtewinst. In de berekening wordt er echter ook gekeken naar de zonnestraling die op de gevel of het dak invalt. Deze zonnestraling wordt misschien niet nuttig aangewend, maar de aanwezigheid van de woning verhindert wel het verbruik van deze exergiestroom in andere processen zoals de fotosynthese van planten.

Voor de invallende zonnestraling kan niet gekeken worden naar de zonirradiantie op een horizontaal oppervlak. De woning heeft immers ook een slagschaduw die stralingsexergie ontneemt van de onmiddellijke omgeving van de woning. Een berekening waarbij gekeken wordt naar de variatie in lengte van de slagschaduw tezamen met de variatie van de zonirradiantie zou echter bijzonder complex worden. Er is geopteerd voor een eenvoudige

benaderende

aanpak:

er

wordt

gekeken

naar

de

exergie

van

de

zonnestraling die op een fictief geheld vlak invalt. De oriëntatie van dit gehelde vlak komt overeen met de optimale oriëntatie van een fotovoltaïsch zonnepaneel in Vlaanderen. Om jaargemiddeld zo veel mogelijk directe en diffuse zonnestraling op te vangen moet dit oppervlak naar het zuiden gericht zijn (azimut 180°) onder een hellingshoek van 25° (zenithafstand n=25°) [65]. Dit levert een jaargemiddelde instraling van 123 W/m² op.

Figuur 17 - Optimale oriëntatie van een fotovoltaïsch zonnepaneel in Vlaanderen (normale op het oppervlak)

Het fictief gehelde vlak heeft een oppervlakte van 68,94 m². Dit leidt tot een jaarlijkse instroom van 267 593 MJ energie.


78

Figuur 18 - Fictief geheld vlak waar zonnestraling op invalt

Deze instroom van energie dient omgezet te worden naar exergie. Eén joule energie van de zonnestraling komt overeen met 0,9327 joule exergie [54]. Jaarlijks ontvangt de rijwoning dus 249 584 MJ exergie van de zon. Ter vergelijking: op een horizontaal oppervlak dat even groot is als het grondoppervlak van de woning bedraagt de exergie van de invallende zonnestraling jaarlijks 197 835 MJex.


79

4.5

Levensduur van de bouwcomponenten

Voor het verbruik van de installatie, de interne warmtewinsten en de zonnestraling werd een jaarlijks weerkerende exergievraag berekend. De cumulatieve exergie die nodig is voor de bouw van het huis en de constructie van de verwarmingsinstallatie betreft daarentegen een eenmalige exergievraag.

In de EL²EP-studie wordt aangenomen dat het huis een economische gebruiksduur van 30 jaar kent. Dit betekent echter niet dat de levensduur van deze woning slechts 30 jaar bedraagt. Na een renovatie kan de woning immers overgedragen worden aan een nieuwe generatie bewoners. Om de cumulatieve exergie voor de constructie van de woning en de technische installatie te kunnen vergelijken met de jaarlijks wederkerende exergievraag, volstaat het niet om deze eerste exergievraag ‘af te schrijven’ over 30 jaar. Er moeten aannames gedaan worden omtrent de werkelijke levensduur van de verschillende bouwcomponenten van de woning.

Deze aannames zijn gebaseerd op een publicatie van de Nederlandse Stichting Bouwresearch [66]. De tabel op de volgende pagina geeft de geschatte levensduur van de verschillende bouwcomponenten weer. Van isolatiematerialen en hout voor structurele doeleinden wordt aangenomen dat ze dezelfde levensduur kennen als de draagstructuur van het gebouw, met name 75 jaar. Omdat niet al het zachthout in de draagstructuur aangewend wordt, is als geschatte levensduur van zachthout 50 jaar aangenomen. Aluminium, roestvrij plaatstaal, butyl en geïsoleerde afstandshouders worden tezamen met het glas vervangen en hebben een geschatte levensduur van 25 jaar.

De berekeningsmethode is zo opgevat dat bij het begin van de berekening gekozen kan worden voor een berekening van het jaarlijkse exergieverbruik of een berekening van de exergie die nodig is voor het eenmalig bouwen van een woning. Bij de berekening van het jaarlijkse exergieverbruik wordt de hoeveelheid van elke bouwcomponent gedeeld door de geschatte levensduur. Het cumulatieve exergieverbruik van de bouwmaterialen, het transport en de sloopfase wordt zo afhankelijk van de geschatte levensduur van de bouwcomponent. De cumulatieve exergie van de bouwactiviteiten (uitgraving van kelder en elektriciteitsverbruik van bouwmachines) wordt verdeeld over 75 jaar. Voor bouwcomponenten die een kortere levensduur hebben dan 75 jaar wordt er dus geen rekening gehouden met het energieverbruik van de renovatiewerkzaamheden. Er wordt wel gekeken naar het materiaalverbruik, het transport en de afvalverwerking van de vervangingsproducten.


80

Tabel 6 - Geschatte levensduur van de bouwcomponenten

Bouwcomponent

Geschatte levensduur (jaar)

1

Wapeningsstaal

75

2

Dakpannen

75

3

Baksteen

75

4

Gevelsteen

75

5

Tegels

50

6

Mortel

75

7

Betonblokken

75

8

Hellingbeton

75

9

Draagvloer

75

10

Pleister

40

11

Bupleister

12

Gipskarton

25

13

Bitumen

15

14

Luchtscherm

75

15

Onderdak

75

16

Hardhout

75

17

Zachthout

50

18

Multiplex

75

19

OSB

Oriented strand board, spaanplaat

75

20

MW

Minerale Wol

75

21

PUR

Polyurethaan (isolatie)

75

22

EPS

Geëxpandeerd polystyreen,

75

23

XPS


75

24

Cellulose

75

25

Cellenglas

75

26

Ongecoat glas

25

27

Gecoat glas

25

28

Aluminium

25

29

Plaatstaal roestvrij

25

30

Butyl

31

Geïsoleerde

25

32

Aluminium raam

25

33

PVC raam

40

34

Houten raam

40

35

PUR raam

Polyurethaan

40

36

Alu-PUR-hout raam

Aluminium-polyurethaan-hout

40

37

Hout-PUR-hout raam

Hout-polyurethaan-hout

40

38

Alu-PA-VIP-alu-raam

(Niet weerhouden raamvariant)

25

39

Binnenzonnewering

30

40

Buitenzonnewering

20

Cementpleister

(EPDM afstandshouder)

40

25


81

De onderdelen van de verwarmingsinstallatie en de ventilatiesystemen dienen ook vervangen te worden na afloop van de levensduur. Voor de installatiecomponenten is de geschatte levensduur uit de EL²EP-studie overgenomen [67].

Tabel 7 - Geschatte levensduur van de installatiecomponenten

Installatiecomponent

Geschatte levensduur (jaar)

HR-ketel olie

25

HR-ketel gas

25

condensatieketel gas

25

warmtepomp

15

geiser

20

boiler

20

leidingen (per m)

30

HT radiatoren

30

LT radiatoren

30

vloerverwarming

30

ventilatiekanalen per m kanaal

30

ventilator woning

30

Warmterecuperatie-eenheid ventilatie

30

Appendix G geeft ter illustratie weer wat de jaarlijkse cumulatieve exergievraag voor de bouwkundige aspecten van woningvariant 1 bedraagt. Woningvariant 1 komt overeen met chromosoom 1 uit lijst van 65 niet-gedomineerde optima zoals bekomen uit de EL²EP-studie. Het betreft een woning met spouwmuurisolatie en een jaarlijkse netto energiebehoefte van 23715 MJ/jaar.


82

5

Resultaten en bespreking

5.1

Analyse technische installaties

Het chromosoom van een woning beschrijft de verschillende bouwkundige aspecten van de rijwoning. Op basis van dit chromosoom werd de netto energiebehoefte berekend in de EL²EP-studie. Hoe deze netto energiebehoefte omgezet wordt naar een werkelijk exergieverbruik is afhankelijk van de keuze van de verschillende installatiecomponenten. De verschillende componenten van de verwarmingsinstallatie worden vastgelegd in de ‘installatievector’. Deze installatievector maakt geen deel uit van het chromosoom van een woning en is dus vrij te kiezen. In deze paragraaf wordt onderzocht welke installatie de laagste cumulatieve exergievraag kent.

5.1.1

Ventilatie

Eén van de parameters uit de installatievector bepaalt de ventilatievoorzieningen. Indien enkel op natuurlijke ventilatie gerekend wordt, dienen er geen extra voorzieningen getroffen

te

worden.

Bij

woningen

met

een

doorgedreven

warmte-isolatie

en

luchtdichtheid zal natuurlijke ventilatie niet steeds volstaan om de luchtkwaliteit op een aanvaardbaar niveau te houden. Er moet dan geopteerd worden voor een mechanische afvoerinstallatie of een gebalanceerde ventilatie, eventueel met warmterecuperatie. Deze kennen een exergievraag wat de installatiecomponenten betreft, in tegenstelling tot de roosters voor natuurlijke ventilatie waarvan het materiaalverbruik niet expliciet bepaald werd. Omtrent het verbruik van elektrische energie en eventuele gerecupereerde warmte zijn geen gegevens voorhanden in de EL²EP-data die ter beschikking werden gesteld. Louter op basis van de exergie van de installatiecomponenten wordt dus geopteerd voor een natuurlijke luchtafvoerinstallatie in alle woningvarianten. Tabel 8 – Cumulatieve exergievraag van de ventilatiesystemen

Totale cumulatieve exergie

Hernieuwbare exergie

Niethernieuwbare exergie

[MJex/jaar]

[MJex/jaar]

[MJex/jaar]

Natuurlijke ventilatie

0

0

0

Mechanisch afvoer van binnenlucht

27

2

25

Gebalanceerde ventilatie

1234

77

1157

Gebalanceerde ventilatie met warmterecuperatie

1238

78

1160

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Resultaten en bespreking

84

5.1.2

Traditionele verwarmingsinstallaties

Voor de verwarmingsinstallatie zelf bestaan er talrijke alternatieven. De tabel in appendix H geeft een selectie weer van de onderzochte installatietypes. Bij een condensatieketel worden enkel lage temperatuur radiatoren en vloerverwarming beschouwd. Het hogere productierendement van de condensatieketel wordt immers slechts behaald indien de temperatuur

voldoende

laag

ligt.

Ook

de

warmtepomp

maakt

gebruik

van

afgiftesystemen op lage temperatuur.

Onderstaande

figuur

geeft

de

cumulatieve

exergievraag

van

een

aantal

verwarmingsinstallaties weer. Het nummer van het installatietype verwijst naar de systemen uit appendix H. De waarden zijn van toepassing op woningvariant 1. Van de 65 niet-gedomineerde optima is dit de woningvariant met de laagste jaarlijkse netto energiebehoefte, met name 23715 MJ/jaar.

De installatie heeft een vermogen van 15 kW. De andere voorwaarde voor het vermogen (P = 0,142.K + 3,714; zie 4.4.1 uit het deel materiaal en methoden) wordt pas bepalend indien het K-peil van de woning meer dan 79,5 bedraagt. Alle woningen die voldoen aan de energieprestatienorm hebben bijgevolg een installatie met een vermogen van 15 kW.

Installatie

Verbruik

45000

Jaarlijkse exergievraag (verbruik + installatie) [MJex]

40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 HR-ketel, gas, HT rad (type 4)

HR-ketel, olie, HT rad (type 8)

Condensatieketel, gas, LT Condensatieketel, olie, LT Warmtepomp, elektrisch, rad (type 10) rad (type 14) LT rad (type 15)

Figuur 19 – Jaarlijkse exergievraag installatiecomponenten en installatieverbruik (allen decentrale regeling en variabele temperatuur; typenummers verwijzen naar installatievarianten uit appendix H)


85

De

hoogrendementsketel

op

aardgas

(type

1-4,

appendix

H)

kent

de

laagste

exergievraag wat de installatie zelf betreft. De condensatieketel (9-14, appendix H) heeft een hoger rendement en is daarom voordeliger wanneer gekeken wordt naar totale exergieverbruik voor installatiecomponenten en energiebronnen. Voor een zelfde keteltype kent de variant met decentrale regeling en variabele watertemperatuur steeds de laagste exergievraag. Figuur 20 illustreert dit.

Installatie (HR-ketel, gas, HT rad)

Verbruik

45000

Jaarlijkse exergievraag (verbruik + installatie) [MJex]

40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 centrale regeling, constante watertemperatuur

decentrale regeling, constante watertemperatuur

centrale regeling, variabele watertemperatuur

decentrale regeling, variabele watertemperatuur

Figuur 20 – Vergelijking exergievraag verwarming bij verschillende regelingstypes (Installatie: Hoogrendementsketel op aardgas, hoge temperatuur radiatoren)

Installaties die aardgas verbruiken zijn exergetisch voordeliger dan installaties die stookolie verbruiken. Onderstaande tabel geeft weer wat de cumulatieve exergievraag is voor de productie en levering van 1 MJ aardgas, stookolie of elektriciteit.

Tabel 9 – Cumulatieve exergievraag voor 1 MJ hoogwaardige energiebron

Totale cumulatieve exergie


Niethernieuwbare exergie

[MJex/MJ]

[MJex/MJ]

[MJex/MJ]

Aardgas (eigen samenstelling)

1,1019

0,0015

1,1004

Stookolie (eigen samenstelling)

1,2877

0,0043

1,2834

Elektriciteit (Electricity, low voltage, at grid, BE)

3,1730

0,0694

3,1036

(Samenstelling op basis van ecoinventdata: zie appendix F)


86

De productie en levering van 1 MJ elektriciteit vraagt 2,46 maal zoveel exergie als 1 MJ stookolie en 2,88 maal zoveel exergie als 1 MJ aardgas. Dit komt opmerkelijk goed overeen met de omrekeningsfactor naar primaire energie die in de energieprestatienorm gebruikt wordt. Daar wordt ondersteld dat 1 MJ elektriciteit overeenkomt met 2,5 MJ primaire energie.

Van de klassieke installaties is de condensatieketel op aardgas met lage temperatuur radiatoren het zuinigst met exergie. De lage temperatuur radiatoren vergen meer materiaal voor de installatie zelf, maar dit wordt snel terugverdiend dankzij het hogere rendement

van

de

condensatieketels.

De

vloerverwarming

vergt

een

vrij

hoog

materiaalverbruik wegens het uitgebreide leidingennet en de extra dikke vloer (+ 513 MJex

ten

opzichte

van

verwarming

met

lage

temperatuur

radiatoren).

Het

afgifterendement is echter gelijk aan dat van de lage temperatuur radiatoren, dus de vloerverwarming is zeker niet de exergiezuinigste oplossing. Bovendien kent een systeem van vloerverwarming lange opwarm- en afkoeltijden, zodat het werkelijke verbruik van brandstoffen wellicht hoger ligt dan hier berekend werd.

5.1.3

Warmtepomp

Uit figuur 19 en appendix H blijkt dat de jaarlijkse exergievraag van de warmtepomp lager uitvalt dan dat van de klassieke verwarmingsinstallaties op stookolie of aardgas. Een warmtepomp is een apparaat dat warmte onttrekt aan de buitenomgeving en deze thermische energie bij een hogere temperatuur afgeeft binnen de woning. Het werkingsprincipe van een warmtepomp is te vergelijken met dat van een koelkast.

Om de thermische energie te kunnen opwaarderen maakt de warmtepomp gebruik van een

warmtewisselaar,

een

verdamper,

een

compressor

en

een

condensor.

De

exergievraag van de componenten (exclusief radiatoren en leidingen) bedraagt 56668 MJ voor de warmtepomp, tegenover 1393 MJ voor de condensatieketel. De compressor verbruikt een aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie: een goede warmtepomp kan met 1 kWh elektriciteit 2,5 à 6 kWh nuttige warmte produceren [68]. Deze winstfactor noemt men de COP van een warmtepomp (Coefficient of Performance). Een website van de Vlaamse Overheid vermeldt [69]: Hooguit

een

vierde

van

de

geleverde

warmte

wordt

geproduceerd met elektriciteit om de compressor aan te drijven. Drie vierde van de warmte is gratis.


87

Deze uitspraak maakt eens te meer duidelijk dat energie geen goede indicator is voor de duurzaamheid van technieken. Op zijn minst moet men kijken naar de primaire energie die nodig was om de elektriciteit te produceren. Nog beter is het kijken naar de cumulatieve exergie: voor de productie van 1 MJ elektriciteit is er 3,17 MJ exergie nodig (zie tabel 9).

Bovendien moet men rekening houden met variabele prestaties van de warmtepomp gedurende het jaar. Het rendement van de warmtepomp is immers afhankelijk van temperatuur van het medium waar het de warmte aan onttrekt en de temperatuur waarop de warmte vrijgegeven moet worden. De COP-waarde die door een fabrikant wordt vermeld, is steeds hoger dan de werkelijke prestaties die weergegeven worden door de SPF-waarde (Seasonal Performance Factor). Waar de maximale COP-waarde van een warmtepomp ongeveer 4,5 bedraagt, neemt de SPF waarden aan tussen 3,0 en 3,8 [70].

De berekeningsmethode die overgenomen werd uit de EL²EP-studie neemt aan dat op basis van 1 MJ elektriciteit 3,50 MJ warmte geproduceerd kan worden in de warmtepomp. Net zoals bij de overige verwarmingssystemen werd er daarnaast ook rekening gehouden met het afgifterendement en de elektrische hulpenergie. Met dit productierendement vergt de productie van 1 MJ warmte met een warmtepomp 0,907 MJ exergie, daar waar een condensatieketel op gas met een rendement van 96% 1,148 MJ exergie vraagt. De warmtepomp blijkt dus de meest exergiezuinige oplossing te zijn wat het verbruik betreft.

Figuur 21 geeft het verloop van de exergievraag van een condenserende gasketel en een warmtepomp

weer

gedurende

de

eerste

jaren

van

hun

levensduur.

De

installatiecomponenten van de warmtepomp kennen duidelijk een hogere exergievraag dan de condensatieketel. Het duurt 10 jaar alvorens het cumulatieve exergieverbruik van de warmtepomp lager uitvalt dan dat van de condensatieketel.


88

Warmtepomp, elektriciteit, LT rad, decentr, var temp

350

300

250

200

150

100

50

0 jaar 10

jaar 9

jaar 8

jaar 7

jaar 6

jaar 5

jaar 4

jaar 3

jaar 2

jaar 1

installatie

Exergie installatie en verbruik gedurende afgelopen levensduur gesommeerd [GJex]

Condesatieketel, gas, LT rad, decentr, var temp 400

Figuur 21 – Verloop van aangewende cumulatieve exergie voor installatiecomponenten en installatieverbruik gedurende eerste jaren van levensduur

Hierbij dient opgemerkt te worden dat de geschatte levensduur van de HR-ketel of condensatieketel 25 jaar bedraagt tegenover slechts 15 jaar voor de warmtepomp. Mogelijks is deze schatting aan de lage kant. Bovendien kunnen bepaalde componenten zoals de warmtewisselaar hergebruikt worden na een renovatie van de installatie. Beide factoren maken dat de cumulatieve exergie voor de installatiecomponenten van de warmtepomp in werkelijkheid lager kan uitvallen dan voorgesteld in appendix H.

Op basis van de geschatte investeringskosten uit de EL²EP-studie zijn voor woningvariant 1 de installatiekosten voor een warmtepomp en toebehoren ruim 4,3 maal zo hoog als deze van een condenserende gasketel [67]. Hierbij werd nog geen rekening gehouden met het eventuele verschil in levensduur. De hoge kostprijs is een van de redenen waarom warmtepompen voor woningverwarming nog niet frequent worden toegepast in België.

De warmtepomp presteert beter dan de andere verwarmingsinstallaties. De berekening van de cumulatieve exergie laat echter duidelijk zien dat de winst die gemaakt wordt helemaal niet zo groot is als de energetische coefficient of performance doet uitschijnen. Met een jaarlijkse cumulatieve exergievraag van 31169 MJex/jaar is het verschil met de best presterende condensatieketel (33361 MJex/jaar) niet bijzonder groot. De aangenomen productie-efficiëntie van 350 % is in hoge mate bepalend voor de goede prestaties van de warmtepomp. Indien de productie-efficiëntie onder 319 % zou zakken, is de condensatieketel op gas exergetisch voordeliger voor woningvariant 1.


89

5.1.4

Besluit installaties

In de woningen wordt geen mechanisch ventilatiesysteem voorzien. Er wordt ondersteld dat natuurlijke ventilatie door roosters volstaat om de luchtkwaliteit op peil te houden.

De verwarmingsinstallaties werden berekend voor de woningvariant met de laagste netto energiebehoefte.

Voor

deze

variant

blijkt

het

investeren

van

exergie

in

constructiematerialen van een extra zuinigere installatie te lonen. Aangezien de andere woningvarianten een ketel met een zelfde vermogen nodig hebben maar een hoger jaarlijkse warmtevraag kennen, geldt ook hier dat de zuinigste installatie het voordeligst is. Als best presterende installatie komt de warmtepomp naar voor. De condensatieketel op aardgas presteert ook erg goed.

Omtrent de prestaties van de warmtepomp bestaan grote onzekerheden. Bovendien is de installatie erg duur en voorlopig weinig courant toegepast in België. Er is zeker verder onderzoek nodig om met zekerheid te kunnen stellen dat de warmtepomp de beste oplossing is. Daarom wordt in het verdere verloop van de berekening aangenomen dat de installatie bestaat uit een condensatieketel op gas. Deze wordt gecombineerd met radiatoren

op

lage

temperatuur,

een

decentrale

regeling

en

een

variabele

watertemperatuur.

Bij dit alles dient opgemerkt te worden dat de gevolgde berekeningsmethode geen rekening houdt met seizoensgebonden prestaties, opwarm- en afkoelverliezen, etc. Voor een meer accurate berekening van de installaties zal een eenvoudige lineaire berekening zoals hier uitgevoerd werd niet volstaan en moet er overgeschakeld worden naar complexe modelleringsoftware.


90

5.2

Totale exergievraag

5.2.1

Overzicht

Op basis van de gekozen verwarmingsinstallatie werd de cumulatieve exergievraag van de woningvarianten berekend. De totale cumulatieve exergievraag van de 65 best presterende woningvarianten is terug te vinden in appendix I. Onderstaande figuren geven de resultaten grafisch weer. Hierbij werd een opdeling gemaakt tussen de drie bouwtypes: spouwmuur, buitenisolatie en houtskeletbouw.

350000

Interne winsten 250000

[MJ

ex /jaar]

Zonnestraling 300000

Installatieverbruik

Jaarlijkse exergievraag

200000

Installatiecomponenten 150000

Bouwactiviteiten 100000

Transport 50000

Materialen 0

Sloop en recyclage -50000

Spouwmuur

Buitenisolatie

Houtskelet

Figuur 22 – Totale jaarlijkse exergievraag (gemiddelde van de 65 niet-gedomineerde optima, opgesplitst per bouwtype)

Onderstaande tabel geeft het aandeel van de verschillende bijdragen tot de totale cumulatieve exergie weer.

Tabel 10 – Opsplitsing jaarlijkse exergievraag als procent van totaal (gemiddelde van de 65 niet-gedomineerde optima) Type

Materialen Transport

Bouw-

Sloop en

activiteiten recyclage

Installatie

Installatie-

Interne

Zonne-

verbruik

winsten

straling

Spouwmuur

2,7%

0,4%

0,0%

-0,2%

0,2%

12,4%

5,1%

79,4%

Buitenisolatie

2,4%

0,4%

0,0%

-0,2%

0,2%

13,8%

5,0%

78,4%

Houtskelet

3,0%

0,3%

0,0%

-0,7%

0,2%

13,9%

5,0%

78,3%


91

5.2.2

Exergie uit zonnewinsten

Het aandeel van de zonne-exergie in de jaarlijkse exergievraag van een woning bedraagt ongeveer 79% (zie tabel 10). Dit is 5 à 6 maal groter dan het exergieverbruik in de verwarmingsinstallatie. Dit leidt tot de conclusie dat er jaargemiddeld voldoende zonneexergie beschikbaar is om aan de vraag voor ruimteverwarming te kunnen voldoen. Onderstaande figuur geeft weer hoe de zonne-exergie verdeeld is over een jaar. Hieruit blijkt duidelijk dat het grootste aandeel van de invallende zonne-exergie te situeren valt in de zomer. Exergie op horizontaal vlak

Exergie op vlak gericht naar zuiden

16% 14% 12% 10% 8% 6% 4%

Oktober

September

Augustus

Juli

Juni

Mei

April

Maart

Februari

Januari

0%

December

2% November

Maandelijks percentage jaarlijks invallende zonne-exergie

18%

Figuur 23 – Variatie zonne-exergie gedurende het jaar (op basis van Test ReferentieJaar Ukkel [71])

Op elke bestudeerde rijwoning valt jaarlijks 249584 MJ zonne-exergie in. De mate waarin woningen deze zonnestraling aanwenden als warmtebron hangt sterk af van de grootte van de glasoppervlakken en de oriëntatie hiervan. Warmtewinsten van de zon werden berekend in de EL²EP-studie en variëren van 8891 MJ tot 32971 MJ. Gemiddeld bedragen ze 19422 MJ voor de 65 niet-gedomineerde optima. Dit betekent dat slechts 7,3% van de beschikbare zonne-exergie benut wordt.

Aangezien elke woningvariant dezelfde hoeveelheid zonne-exergie ontvangt, wordt deze niet expliciet beschouwd in het verdere verloop van de bespreking. Bovendien wordt er in de eXoinvent-applicatie geen rekening gehouden met de zonne-exergie. Een consistente modellering van de zonne-exergie zou vereisen dat er ook gekeken wordt naar de zonnestraling die invalt op ondermeer de bossen en de productie-installaties. Hierbij moet dan nog rekening gehouden worden met de exacte locatie aangezien zonne-exergie niet gelijkmatig verdeeld is over aardbol.


92

5.2.3

Spreiding op totale exergievraag

De totale jaarlijkse cumulatieve exergievraag uit figuur 22 werd berekend op basis van gemiddelden per bouwtype uit de lijst van 65 niet-gedomineerde optima uit de EL²EPstudie. De waarden uit appendix I tonen aan dat er een aanzienlijke spreiding bestaat op de jaarlijkse cumulatieve exergievraag van de verschillende woningen: deze varieert van 59259 MJex per jaar tot 90007 MJex per jaar wanneer abstractie gemaakt wordt van de zonne-exergie.

De verklaring voor deze spreiding ligt voor de hand: de 65 resultaten werden geselecteerd met behulp van Pareto-optimalisatie waarbij naar drie verschillende objectieven gekeken werd. Bij de 65 niet-gedomineerde resultaten zijn er dus ook een aantal varianten die vrij slecht scoren wat energiezuinigheid betreft en die louter op basis van de criteria lage investeringskost of lage ingebouwde energie gekozen zijn.

Figuur 24 geeft de jaarlijkse cumulatieve exergievraag (exclusief zonne-exergie) van de 65 niet-gedomineerde optima weer in functie van de jaarlijkse netto energiebehoefte voor verwarming. Er komt een sterk lineair verband naar voor (r²=0,987).

Spouwmuur

Buitenisolatie

Houtskelet

Jaarlijkse cumulatieve exergievraag [MJex/(jaar.woning)]

100000

90000

80000

70000

60000

50000 20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

55000

Jaarlijkse netto energiebehoefte verwarming [MJ/(jaar.woning)] Figuur 24 – Jaarlijkse cumulatieve exergievraag van de 65 niet-gedomineerde optima in functie van de jaarlijkse netto energiebehoefte voor verwarming


93

De woningvarianten met de laagste jaarlijkse cumulatieve exergievraag zijn voornamelijk varianten met spouwmuur of buitenisolatie. De gemiddeld hogere exergievraag van de varianten met houtskeletstructuur lijkt in de eerste plaats te wijten aan de hogere jaarlijkse warmtevraag van deze varianten. Het is niet geheel duidelijk waarom er onder de exergetisch best presterende varianten met een jaarlijkse netto energiebehoefte van minder dan 26500 MJ/jaar geen varianten met een houtskeletstructuur voorkomen. Deze constructiewijze wordt immers regelmatig toegepast bij passiefhuizen die een nog lagere energiebehoefte kennen. Om aan de voorwaarden van een passiefhuis te voldoen mag het brutoverbruik voor ruimteverwarming maximaal 15 kWh/m².jaar bedragen [72]. Een netto

warmtevraag

van

26500

MJ/jaar.rijwoning

komt

overeen

met

een

netto

warmtevraag van 49,5 kWh/m².

De woningen met houtskeletbouwstructuur kunnen dus zeker niet op basis van de beperkte resultaten uit de EL²EP-studie afgewezen worden. Ook voor de andere bouwtypes is het technisch mogelijk om woningen met een nog lagere netto warmtevraag te creëren.

In wat volgt worden de resultaten van de 65 niet-gedomineerde optima verder onderzocht. Hierbij moet steeds in het achterhoofd gehouden worden dat er een grote spreiding bestaat in de resultaten. Er zal dan ook voornamelijk gewezen worden op het relatieve belang van de verschillende bijdragen tot de totale exergievraag. Vergelijken van absolute waarden zou immers tot foute conclusies kunnen leiden.


94

5.2.4

Isolatie en installatieverbruik

Figuur 25 geeft de totale jaarlijkse exergievraag weer, ditmaal zonder de hernieuwbare zonne-exergie die op de woning invalt. Het betreft drie woningvarianten met een vergelijkbare

jaarlijkse

netto

energiebehoefte

(Chromosoom

19:

26282

MJ/jaar,

Chromosoom 37: 26333 MJ/jaar en Chromosoom 20: 26720 MJ/jaar). 70000

[MJ

ex /jaar]

Zonnestraling 60000

Interne winsten 50000

Installatieverbruik

Jaarlijkse exergievraag

40000

Installatiecomponenten 30000

Bouwactiviteiten 20000

Transport 10000

Materialen 0

Sloop en recyclage -10000

Spouwmuur (Chromosoom 19)

Buitenisolatie (Chromosoom 37)

Houtskelet (Chromosoom 20)

Figuur 25 – Totale jaarlijkse exergievraag, exclusief zonne-exergie

De ruimteverwarming heeft duidelijk het grootste aandeel in de jaarlijkse exergievraag. Ofschoon deze drie varianten van de rijwoning erg goed geïsoleerd zijn, blijkt het aandeel van

bouwkundige

aspecten

(materialen,

transport,

bouwprocessen,

sloop)

en

installatiecomponenten slechts 15% van de totale jaarlijkse cumulatieve exergievraag uit te maken (zie tabel 11). Tabel 11 – Aandeel bouwkundige aspecten en warmtevoorziening in jaarlijkse exergievraag van woning Bouwkundige aspecten (materialen, sloop,...) + installatie

Installatie-

Interne

verbruik

warmtewinsten

Spouwmuur (Chromosoom 19)

15,5%

59,0%

25,5%

Buitenisolatie (Chromosoom 37)

14,3%

59,7%

26,0%

Houtskelet (Chromosoom 20)

15,3%

59,0%

25,7%


95

De warmtevraag van de varianten uit figuur 15 en tabel 11 bedraagt slechts 56 MJ/m³/jaar. Ter vergelijking: uit onderzoek van een verzameling van 964 woningen blijkt dat het gemiddelde energieverbruik van een Vlaamse woning 233 MJ/m³/jaar bedraagt [73]. Bij woningen met een hogere warmtevraag is het aandeel van de bouwkundige aspecten en installatiecomponenten in de totale cumulatieve exergievraag nog kleiner. Bij woningvariant 63 (houtskeletbouw, NEB = 48122 MJ/jaar) bedraagt dit slechts 9,2 %. Bij de woningvariant met de laagste warmtevraag (chromosoom 1, NEB = 23715 MJ/jaar) loopt dit aandeel op tot 17,2 %.

De grote invloed van de het installatieverbruik en in de totale exergievraag verklaart ook het uitgesproken lineaire verband tussen de totale exergievraag van de woning en de netto warmtebehoefte uit figuur 24.

Tabel 12 en figuur 26 vergelijken de jaarlijkse exergievraag voor bouwkundige aspecten en installatiecomponenten van de best presterende woningvariant (chromosoomnummer 2) met de ongeïsoleerde referentiewoning met spouwmuur. Rekening houdend met een zekere exergierecuperatie bij sloop en recyclage is de jaarlijkse exergievraag voor bouwkundige aspecten en installatiecomponenten van de sterk geïsoleerde variant 20% groter dan deze van de ongeïsoleerde referentie.

Tabel 12 – Vergelijking referentie spouwmuur en chromosoom 2 Categorie exergieverbruik

Referentie Spouwmuur, niet geïsoleerd

Chromosoom 2, Spouwmuur

Meerwaarde chromosoom 2 tov referentie

[MJex/jaar]

[MJex/jaar]

/

Materialen

6228

8726

40,1%

Transport

1135

1164

2,6%

28

28

0%

Sloop en recyclage

-127

-562

341,5%

Installatiecomponenten

1104

691

-37,4%

Installatieverbruik

107120

32587

-69,6%

Interne winsten

16063

16063

0%

Zonnestraling

249584

249584

0%

Bouwactiviteiten

Deze extra exergievraag is voornamelijk te wijten aan de materialen (+40%). De verwarmingsinstallatie van de goed geïsoleerde woning heeft een kleiner vermogen dan deze van de niet-geïsoleerde referentiewoning, dus hier treedt een exergiebesparing op (-37,4%).


96

Jaarlijkse exergievraag bouwkundige aspecten en installatiecomponenten [MJ ex /jaar]

12000

Installatie 10000

Bouwactiviteiten

8000

6000

Transport 4000

Materialen 2000

Sloop en recyclage

0

-2000



Figuur 26 – Vergelijking jaarlijkse cumulatieve exergievraag van ongeïsoleerde referentiewoning met spouwmuur en woningvariant 2

Figuur 27 toont het verloop van het exergieverbruik gedurende de eerste jaren van de gebruiksduur van de woning. Uiterst links wordt de exergie weergegeven die eenmalig nodig is voor de bouw van de woningen. Vervolgens wordt hier jaar na jaar de exergievraag van installatieverbruik en interne winsten bijgeteld. De investering van extra exergie in een beter geïsoleerde woning wordt nog voor het einde van het tweede levensjaar van de woning terugverdiend.

Cumulatieve exergievraag woning gedurende afgelopen levensduur [MJex]



900000 800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0

Bouw woning

jaar 1

jaar 2

jaar 3

Figuur 27 – Cumulatieve exergievraag gedurende afgelopen levensduur van referentiewoning met spouwmuur en chromosoom 2

Voor de woningvarianten met buitenisolatie en houtskeletbouw gelden gelijkaardige conclusies, zie appendix J. Uit deze gegevens kan besloten worden dat het exergetisch duidelijk loont om extra exergie te investeren in betere isolatie van een woning.


97

5.2.5

Bouwkundige aspecten

In deze sectie wordt meer in detail gekeken naar het aandeel van de verschillende bouwkundige aspecten in de totale exergievraag. Tabel 13 vat de resultaten samen van de

65

niet-gedomineerde

optima

(zie

ook

appendix

I).

Het

aandeel

van

de

bouwactiviteiten is miniem ten opzichte van de exergievraag voor materialen en transport en wordt verder niet besproken.

Tabel 13 – Aandeel (%) van bouwkundige aspecten in jaarlijkse exergievraag (gemiddelde van de 65 niet-gedomineerde optima rijwoning)

5.2.5.1

Bouw-

Sloop en

activiteiten

recyclage

1,80

0,04

-0,87

10,98

1,62

0,04

-0,73

13,94

1,18

0,04

-3,36

Materialen

Transport

Spouwmuur

13,01

Buitenisolatie Houtskelet

Materialen en processen

De materialen en processen die de bouwcomponenten vormen, zijn de belangrijkste bijdrage tot de cumulatieve exergievraag voor de bouwkundige aspecten van een woning.

Figuur 28 geeft weer welke producten uit ecoinvent het grootste aandeel hebben in de exergievraag van de bouwmaterialen. Het aandeel van bakstenen, beton en tegels bedraagt ongeveer 40% voor de woningvarianten met spouwmuur of buitenisolatie. Deze materialen hebben een vrij lage cumulatieve exergievraag, maar worden in grote hoeveelheden toegepast. Bij gebouwvarianten met een houtskeletbouwstructuur is het aandeel van hout uiteraard groot (44%), evenals dat van gipskartonplaten (18%). Gipskartonplaten kennen een vrij hoge cumulatieve exergievraag (per m³ 13% hoger dan bakstenen) en hebben een vrij korte geschatte levensduur van 25 jaar.

Het aandeel van de isolatiematerialen bedraagt gemiddeld 21 % voor de varianten met een spouwmuur en 19 % voor de varianten met buitenisolatie. Bij de woningtypes met houtskeletbouwstructuur exergievraag

voor

bedraagt

het

bouwmaterialen.

aandeel

Anderzijds

van

isolatie

bezitten

de

slechts houten

9%

van

de

panelen

en

gipskartonplaten die in deze varianten veel gebruikt worden ook een beperkte isolatiekwaliteit.


98

17%

18%

Baksteen (Brick, at plant RER) 0% 6% 10% 3% 4%

4%

4%

Tegels (Ceramic tiles, at regional storage CH)

Betonblok (Concrete block, at plant DE)

8%

8% 8%

2%2%

5%

Beton (Concrete normal, at plant CH)

Spouwmuur

Gecoat glas (Flat glass, coated, at plant RER)

Niet-gecoat glas (Flat glass, uncoated, at plant RER) 16%

20%

Gipskartonplaat (Gypsum plaster board, at plant CH) 0% 11%

6%

Poystyreen (Polystyrene, general purpose, GPPS, at plant, RER) 4% 5% 5%

Polyurethaan (Polyurethane, rigid foam, at plant RER) 9%

4% 7%

5% 3%2%

4%

Rotswol (Rock wool, packed, at plant CH)

Buitenisolatie

Wapeningsstaal (Reinforcing steel, at plant RER)

10%

12%

3% 3%

4% 3% 4% 2%

7%

Hardhout (Sawn timber, hardwood, planed, kiln dried, at plant, RER)

Zachthout (Sawn timber, softwood, planed, kiln dried, at plant, RER)

OSB spaanplaat (Oriented strand board, at plant RER) 18%

Multiplex (Plywood, outdoor use, at plant RER) 20%

2% 2% 3% 5% 2%

Overige

Houtskeletbouw

Figuur 28 – Aandeel van verschillende producten in totale exergie bouwmaterialen (Gemiddelden van 65 niet-gedomineerde optima, opgesplitst per type)

(Overige = producten en processen die niet in legende voorkomen, maar wel in lijst producten en processen uit appendix G)


99

5.2.5.2

Transport

De exergie die nodig is in de transportfase bedraagt 8 % tot 13 % van de exergievraag die nodig is om de bouwcomponenten te fabriceren en tot op de werf ter vervoeren. Deze transportfase behelst echter niet alle transport. In de datasets van de verschillende producten uit ecoinvent zit immers ook reeds een deel transport vervat. De exergievraag van het transport dat optreedt alvorens een product de fabriek verlaat is mee ingerekend bij de sectie ‘materialen’.

Het aandeel van het transport is sterk verschillend voor de diverse bouwcomponenten. De tabel in appendix K geeft weer dat het transport bijna 40% uitmaakt van de exergievraag die nodig is om de betonblokken te fabriceren en tot op de werf ter vervoeren. Ook voor de andere betonnen producten is het aandeel van de transportfase met 35% bijzonder groot. Dit geldt in mindere mate ook voor bakstenen, gevelstenen en dakpannen. De bouwcomponenten die relatief gezien veel transportexergie vragen zijn dus allemaal inerte steenachtige materialen. Deze hebben een hoog eigengewicht en de grondstoffen waaruit ze geproduceerd worden hebben een lage exergetische waarde. Deze steenachtige materialen worden bovendien in grote hoeveelheden aangewend in de woningen. Figuren 29, 30 en 31 geven weer in welke mate de verschillende bouwcomponenten toedragen tot de totale transportexergie voor de verschillende woningtypes.


100

12% 5%

draagvloer 28%

5%

betonblokken baksteen

4%

gevelsteen

5%

tegels hellingbeton 18%

24%

bupleister Overige

Figuur 29 – Aandeel van verschillende bouwcomponenten in totale exergie voor transportfase, gemiddelde van 21 woningvarianten met spouwmuur (Overige = bouwmaterialen die niet voorkomen in legende, maar wel in appendix B)

12% 5%

draagvloer 30%

betonblokken

5% baksteen

4%

tegels hellingbeton

19% 25%

bupleister Overige

Figuur 30 – Aandeel van verschillende bouwcomponenten in totale exergie voor transportfase, gemiddelde van 30 woningvarianten met buiteninsolatie (Overige = bouwmaterialen die niet voorkomen in legende, maar wel in appendix B)

15%

draagvloer 19%

6%

betonblokken gevelsteen

3% 4%

zachthout hardhout

8%

hellingbeton 8%

37%

gipskarton Overige

Figuur 31 – Aandeel van verschillende bouwcomponenten in totale exergie voor transportfase, gemiddelde van 14 woningvarianten met houtskeletbouw (Overige = bouwmaterialen die niet voorkomen in legende, maar wel in appendix B)


101

5.2.5.3

Sloop en recyclage

De fase van sloop en recyclage omvat afbraakprocessen, het vervoer van het bouwpuin en het storten of verder verwerken van afval. Sommige afvalproducten kunnen nog nuttig gebruikt worden en zo het verbruik van nieuwe producten vermijden. Dit werd in rekening gebracht door de cumulatieve exergie van deze vermeden producten af te trekken van de totale exergievraag. Deze berekening gebeurt ook in de fase sloop en renovatie. Dit verklaart waarom voor sommige bouwcomponenten de cumulatieve exergie van de sloopfase negatief is. Wanneer de fase van het materiaalverbruik wordt samengeteld

met

de

fase

van

sloop

en

renovatie,

resulteert

dit

voor

alle

bouwcomponenten uiteraard in een positieve exergievraag.

De exergie die eventueel ‘teruggewonnen’ kan worden is sterk afhankelijk van het soort bouwmateriaal. Voor getalwaarden wordt verwezen naar appendix K. Vooral bij de houtproducten

kan

een

zeer

grote

hoeveelheid

van

de

geïnvesteerde

exergie

terugverdiend worden: voor zachthout en hardhout maar liefst 68% van de exergie voor materialen en transport. De isolatiematerialen die verbrand worden leveren ook een grote exergiebesparing op: 14% tot 21% voor PUR, EPS en XPS en bijna 71% voor cellulose.

Bij de steenachtige materialen kan de exergiewinst van de vermeden grinddelving de exergie die nodig is voor afbraak en transport niet compenseren. De cumulatieve exergievraag voor 1 kg gewonnen grind is immers erg laag. Voor sloop en recyclage van steenachtige materialen is er dus een kleine investering van exergie nodig die varieert van 3 % tot 10 % van de exergievraag voor de bouwmaterialen en het transport naar de werf.

Globaal genomen vereist de sloopfase van stenen constructies dus een kleine investering van exergie, daar waar er bij houten structuren een grote hoeveelheid exergie wordt teruggewonnen. Het gevolg is dat bij woningen met spouwisolatie of buitenisolatie de exergiewinst in de sloopfase eerder beperkt is ten opzichte van de woningtypes met houtskeletbouwstructuur, zie tabel 14.


102

Tabel 14 – Vergelijking cumulatieve exergie sloopfase met cumulatieve exergievraag bouwmaterialen en transport (Gemiddelden van 65 niet-gedomineerde optima, opgesplitst per type) Exergie

Aandeel

bouwmaterialen en

gerecupereerde

transport

exergie

[MJex/jaar]

[MJex/jaar]

/

Woning met spouwmuur

-565

9586

5,9%

Woning met buitenisolatie

-502

8667

5,8%

Woning met houtskelet

-2331

10484

22,2%

Woningtype

Exergie sloopfase

De bouwmaterialen uit staal en aluminium kennen een kleine exergievraag voor sloop en recyclage. Zoals beschreven in het deel ‘materiaal en methoden’ is er bij deze metalen geen exergie afgetrokken omwille van een overeenkomstige ‘vermeden productie’. Het recyclageproces van staal en aluminium is immers reeds verrekend in de datasheets van deze producten in ecoinvent. Bij de productie van 1 ton staal werd 540 kg ijzerschroot aangewend en bij de productie van 1 ton aluminium 800 kg oud aluminium. In de rijwoning wordt staal voornamelijk gebruikt als wapening. Dit staal kan vrij eenvoudig afgescheiden worden in de puinbreker. Wellicht ligt de recyclagegraad van het bouwstaal dus hoger dan hetgeen in de data uit ecoinvent werd aangenomen. Wanneer de gebruikte methodologie uitgebreid zou worden naar staalbouwconstructies, verdient het de aanbeveling de recyclagepercentages van metalen anders te modelleren in ecoinvent om een grotere nauwkeurigheid te bekomen.


103

5.3

Samenstelling exergievraag

De exergievraag van de warmtevoorziening en de exergievraag van de bouwkundige aspecten van de woningen kwam reeds aan bod. In deze sectie wordt onderzocht hoe deze totale exergievraag verder opgesplitst kan worden.

5.3.1

Hernieuwbare en niet-hernieuwbare exergie

De exergievraag bestaat uit hernieuwbare en niet-hernieuwbare bijdragen. Figuur 32 geeft het aandeel van deze fracties weer voor de woningvariant die het minste gebruik maakt van zonnewinsten, de gemiddelde woning, en de woning die meest gebruik maakt

Totale jaarlijkse cumulatieve exergievraag

van zonnewinsten. Het aandeel hernieuwbare exergie varieert van 9,9 % tot 30,9 %. 100% 90% 80%


70% 60% 50% 40% 30%

Niet-hernieuwbare exergie

20% 10% 0% Minim ale zonnew inst

Gem iddelde zonnew inst

m axim ale zonnew inst

Figuur 32 – Hernieuwbare en niet-hernieuwbare exergie, inclusief effectieve zonnewinsten (fractie van zonnestraling die effectief wordt aangewend) (Minimale zonnewinst: chromosoom 64: 8891 MJ/jaar Maximale zonnewinst: chromosoom 47: 32971 MJ/jaar)

De jaarlijkse exergievraag exclusief de zonnewinst levert een heel ander beeld op. Slechts 1,25% van de totale exergievraag is hernieuwbaar voor de woningvarianten met spouwmuur of buitenisolatie; voor woningen met een houtskelet is dit 2,15%. 80000

Exergievraag [MJ/jaar]

70000


60000 50000 40000 30000

Niet-hernieuwbare exergie

20000 10000 0

Spouwmuur

Buitenisolatie

Houtskelet

Figuur 33 – Hernieuwbare en niet-hernieuwbare exergie, exclusief zonnestraling (Gemiddelden van 65 niet-gedomineerde optima, opgesplitst per type)


104

5.3.2

Opdeling exergievraag

De totale exergievraag kan nog verder opgesplitst worden volgens de opdeling die in eXoinvent gebruikt wordt:

Hernieuwbare exergie bestaat uit biomassa en hernieuwbare energiestromen

Niet-hernieuwbare exergie bestaat uit de exergie van metaalertsen, minerale aggregaten

zoals

zand

en

klei,

mineralen,

nucleaire

ertsen

en

fossiele

brandstoffen. Figuur 34 geeft aan wat het aandeel is van deze exergiestromen in de diverse ‘uitgaveposten’. Figuur 35 geeft dit in detail weer voor de ‘uitgavepost’ materialen.

Jaarlijkse exergievraag [MJ ex /jaar]

100% Biomassa Hernieuwbare energiestromen

80%

Metaalerts

60% Minerale aggregaten

40%

Mineralen Nucleaire ertsen

20% Fossiele brandstoffen

Zonne-straling

Interne winsten

Installatieverbruik

Installatie

Bouwactiviteiten

Transport

Materialen

0%

Figuur 34 – Samenstelling van de jaarlijkse exergievraag (Gemiddelde van 65 niet-gedomineerde optima)

12000

Jaarlijkse exergievraag [MJ

ex /jaar]

Biomassa 10000

Hernieuwbare energiestromen

8000

Metaalerts Minerale aggregaten

6000

Mineralen 4000

Nucleaire ertsen 2000

Fossiele brandstoffen

0

Spouwmuur

Buitenisolatie

Houtskelet

Figuur 35 – Samenstelling van de jaarlijkse exergievraag voor bouwmaterialen (Gemiddelde van 65 niet-gedomineerde optima, opgesplitst per type)


105

De fase van sloop en recyclage komt niet voor in figuur 34. Deze fase omvat immers zowel positieve als negatieve exergiewaarden en dit bemoeilijkt de grafische voorstelling. In de tabellen van appendix L is de sloopfase wel meegerekend.

De nucleaire ertsen die onder meer een groot deel uitmaken van de exergievraag voor de bouwactiviteiten hebben betrekking op de productie van de verbruikte elektriciteit. Ook bij het installatieverbruik komt dit voor aangezien de verwarmingsinstallatie elektrische hulpenergie verbruikt voor onder meer de pompen.

Het aandeel van hernieuwbare exergie is erg beperkt. De zonnestraling die volledig uit hernieuwbare exergie bestaat vormt hier een uitzondering op. De eerste 4 resultaten van figuur 34 bestaan ook voor een beperkt gedeelte uit hernieuwbare energiestromen. Dit omvat geothermische energie, windenergie, energie uit waterkrachtcentrales en zonneenergie. Deze hernieuwbare energiestromen zijn voornamelijk terug te brengen tot de productie van elektriciteit. Bij de meeste processen en producten die beschouwd worden als toepasbaar voor heel Europa wordt in ecoinvent de elektriciteitsmix van UCTE gebruikt (Union for the Coördination of Transmission of Electricity). De cumulatieve exergievraag voor deze UCTE-elektriciteitsmix bestaat voor 7,6% uit exergie van hernieuwbare energiestromen en 0,9% exergie afkomstig van biomassa. De Belgische elektriciteitsmix zoals die in ecoinvent gemodelleerd wordt bestaat voor slechts 1% uit exergie van hernieuwbare energiestromen. Het aandeel van biomassa is iets groter dan bij de UCTE-elektriciteitsmix en bedraagt 1,3%. Ook is het aandeel van nucleaire exergie sterk verschillend tussen beide soorten elektriciteit: bij de UCTE-elektriciteitsmix bedraagt

dit

37,0% en

bij

de

Belgische

elektriciteitsmix

59,6%.

De

Belgische

elektriciteitsmix werd onder meer gebruikt in de modellering van de bouwactiviteiten en het installatieverbruik. Dit is een verklaring voor het lagere gehalte van exergie uit hernieuwbare energiestromen ten opzichte van het verbruik van nucleaire exergie bij de bouwactiviteiten en het installatieverbruik (zie figuur 34).

Uit figuur 34 en de tabel in appendix I blijkt dat het aandeel van biomassa in de totale exergievraag erg klein is. Enkel bij de bouwmaterialen wordt er een belangrijke hoeveelheid exergie uit biomassa geput, en dan voornamelijk bij de woningvarianten met houtskeletbouwstructuur. Het aandeel van ertsen, mineralen en minerale aggregaten in de totale exergievraag is erg klein, zelfs bij bouwmaterialen die grotendeels uit steen bestaan. Het aandeel blijft beperkt tot 2% à 4% van de totale cumulatieve exergievraag voor bouwmaterialen. Dit is te wijten aan de lage exergie-inhoud van de ertsen, mineralen en minerale aggregaten in vergelijking met de exergie-inhoud van onder meer de fossiele brandstoffen.


106

5.3.3

Niet-hernieuwbare exergievraag

De jaarlijkse exergievraag voor bouwmaterialen bestaat bij de woningen met spouwmuur of buitenisolatie voor respectievelijk 14% en 15% uit hernieuwbare exergie. Bij woningen met een houten skelet bedraagt dit aandeel 38%.

De gemiddelde totale exergievraag voor de bouwcomponenten ligt bij woningen met een houten skelet hoger dan bij de andere bouwvarianten (zie figuur 35). Wanneer gekeken wordt naar exergie als een duurzaamheidsindicator is de exergie van hernieuwbare bronnen echter minder belangrijk. Goed beheerde hernieuwbare bronnen zullen niet uitgeput geraken en vormen dus geen bedreiging voor de ecologische duurzaamheid.

Wanneer

enkel

gekeken

wordt

naar

de

niet-hernieuwbare

exergie

voor

de

bouwcomponenten presteren de varianten met houtskeletbouw wel een heel stuk beter dan de andere types. Onder

de

65

niet-gedomineerde

optima

zijn

de varianten

met

de

allerlaagste

warmtevraag woningen met een spouwmuur. Ofschoon de bouwmaterialen van deze woningen een hogere niet-hernieuwbare exergievraag kennen dan de varianten met een houten skelet (voor chromosoom 2: 48% hoger dan de gemiddelde variant met houtskeletbouwstructuur), presteren ze toch beter wanneer gekeken wordt naar de totale jaarlijkse vraag van niet-hernieuwbare exergie. De exergie voor bouwmaterialen bedraagt immers maar een kleine fractie van de totale exergievraag: gemiddeld 11,3% bij woningen met een spouwmuur, 9,4% bij woningen met buitenisolatie en 8,8% bij woningen met een houtskeletbouwstructuur.

Niet-hernieuwbare exergievraag is dus een goede indicator voor de duurzaamheid, maar er mag niet enkel gekeken worden naar de exergievraag van de bouwcomponenten. Wegens de lange levensduur van de bouwcomponenten is het verstandig om niethernieuwbare exergie te investeren als dit leidt tot een woning met een extra lage warmtebehoefte. Hier zal ongetwijfeld een bovengrens voor bestaan, maar die is nog niet bereikt in de 65 niet-gedomineerde optima uit de EL²EP-studie.

Het jaarlijkse verbruik van niet-hernieuwbare exergie kan ook drastisch beperkt worden door over te schakelen op hernieuwbare energiebronnen voor de verwarmingsinstallatie. Het verbruik van aardgas in de verwarmingsinstallatie staat immers in voor 48% van de totale jaarlijkse niet-hernieuwbare exergievraag voor de zuinigste woning (chromosoom 2). Deze besparing van niet-hernieuwbare exergie is veel groter dan de besparing die bereikt

kan

worden

door

het

gebruik

van

hernieuwbare

bouwmaterialen.


107

5.4

Vergelijking exergievraag en kostprijs

De kostprijs van de bouwcomponenten van een woning werd berekend in de EL²EPstudie.

Hierbij

werd

geen

rekening

gehouden

met

de

levensduur

van

de

bouwcomponenten en de kostprijs van renovatiewerken. Deze kostprijs kan vergeleken worden met de exergievraag van de materialen die nodig zijn bij de constructie van één woning. Figuur 36 toont aan dat er geen eenduidig verband bestaat tussen de exergievraag van de bouwcomponenten van een woning en de kostprijs (r² = 0,40 voor lineair verband). Investeringskost ruwbouw woning [€]

Spouwmuur

Buitenisolatie

Houtskelet

200000

180000

160000

140000

120000 400

450

500

550

600

650

Exergievraag bouwkundige aspecten [GJex]

Figuur 36 – Vergelijking kostprijs en exergievraag bouwkundige aspecten

Investeringskost ruwbouw woning [€]

Spouwmuur

Buitenisolatie

Houtskelet

200000

180000

160000

140000

120000 20000

30000

40000

50000

60000

70000

Jaarlijks exergieverbruik verwarmingsinstallatie [MJex/jaar]

Figuur 37 – Vergelijking kostprijs en exergievraag verwarmingsinstallatie

Uit figuur 37 blijkt dat er een zeker verband bestaat tussen de kostprijs van een woning en het jaarlijkse exergieverbruik van de verwarmingsinstallatie (r²=0,59 voor lineair verband). Dit is logisch aangezien een lagere exergievraag van de verwarminginstallatie wijst

op

een

beter

geïsoleerde

woning.

Een

hogere

isolatiegraad

vergt

meer

isolatiemateriaal en veroorzaakt tevens secundaire bouwkundige kosten, ondermeer wegens verbreding van de funderingsaanzet.


108

5.5

Exergie en ingebouwde energie

In de EL²EP-studie werden als evaluatiecriteria ingebouwde niet-hernieuwbare energie, kostprijs en netto energiebehoefte gehanteerd. De ingebouwde niet-hernieuwbare energie heeft betrekking op de bouwmaterialen en het transport. In deze paragraaf wordt onderzocht hoe ingebouwde energie en exergie zich tot elkaar verhouden.

Figuur 38 toont aan dat er grote correlatie (r²=0,87 à 0,96 voor linerair verband) bestaat tussen totale exergie en niet-hernieuwbare energie van de hoeveelheid materialen en transport die nodig zijn om de woning te construeren. Voor een zelfde cumulatieve exergievraag kent de woningvariant met een houtskeletstructuur een lagere ingebouwde niet-hernieuwbare energie dan de andere woningvarianten.

Ingebouwde niet-hernieuwbare energie [GJ/gebouw]

Spouwmuur

Buitenisolatie

Houtskelet

400 375 350 325

2

R = 0,956 300 2

R = 0,8785 275

2

R = 0,9596 250 400

450

500

550

600

650

Exergievraag bouwkundige aspecten [GJex/gebouw]

Figuur 38 – Vergelijking totale exergie en ingebouwde niet-hernieuwbare energie

Ingebouwde niet-hernieuwbare energie [GJ/gebouw]

Spouwmuur

Buitenisolatie

Houtskelet

400 375 350 325 2

R = 0,9747

300

2

R = 0,868

275

2

R = 0,9765 250 250

300

350

400

450

500

550

600

Niet-hernieuw bare exergievraag bouw kundige aspecten [GJex/gebouw ]

Figuur 39 – Vergelijking niet-hernieuwbare exergie en niet-hernieuwbare energie


109

Wanneer niet de totale cumulatieve exergie beschouwd wordt maar enkel het niethernieuwbare deel, verandert dit beeld. In dat geval is voor een zelfde hoeveelheid ingebouwde niet-hernieuwbare energie de hoeveelheid niet-hernieuwbare exergie kleiner.

Voor de meeste producten en processen wijkt de waarde van de ingebouwde niethernieuwbare energie niet sterk af van de niet-hernieuwbare exergie. Voor het hardhout, het zachthout en de multiplex platen is de ingebouwde niet-hernieuwbare exergie aanzienlijk kleiner dan de ingebouwde niet-hernieuwbare energie. Het omgekeerde doet zich voor bij baksteen en dakpannen. Beide fenomenen verklaren de verschuiving van de varianten met een houtbouwskelet ten opzichte van de andere types in figuur 20. Andere materialen met een in verhouding hoge exergetische waarde zijn bitumen, polyethyleen en polystyreen.

Verder is het opmerkelijk dat de ingebouwde niet-hernieuwbare energie van gecoat vensterglas bijna een factor 12 groter is dan deze van het niet-gecoat glas. Wat exergie betreft bedraagt het verschil tussen beiden slechts 16%. Vermoedelijk is de waarde voor de ingebouwde niet-hernieuwbare energie die in de EL²EP-studie gebruikt wordt niet correct.

Er kan geconcludeerd worden dat de waarde van de ingebouwde niet-hernieuwbare energie voor de meeste bouwmaterialen niet sterk afwijkt van de niet-hernieuwbare exergie. Dit is wellicht te wijten aan de grote invloed van fossiele brandstoffen in de totale exergievraag van de bouwcomponenten (zie onder meer figuur 35).


110

5.6

Analyse van uitgebreide dataset

De voorgaande besprekingen hadden allemaal betrekking op de 65 niet-gedomineerde optima uit de EL²EP-studie. Deze chromosomen zijn via een pareto-optimalisatie geselecteerd uit een veel grotere verzameling chromosomen. Bij deze selectie werd gebruik gemaakt van evaluatiecriteria ingebouwde niet-hernieuwbare energie, kostprijs en netto energiebehoefte. In het onderzoek van deze scriptie wordt naar slechts één criterium

geoptimaliseerd:

cumulatieve

exergievraag.

Materiaalverbruik

en

installatieverbruik worden tezamen bekeken, en bovendien wordt er ook gekeken naar de bouwactiviteiten en de sloopfase.

In deze laatste paragraaf wordt de grote verzameling van 4600 chromosomen besproken. Het is immers niet onwaarschijnlijk dat er zich binnen deze verzameling exergetisch beter presterende varianten bevinden dan in de 65 niet-gedomineerde optima uit de EL²EP-studie die op basis van andere criteria geselecteerd werden.

Van deze 4600 chromosomen is enkel de jaarlijkse netto energiebehoefte voor verwarming bekend. In de berekeningsroutine is echter kennis van de maandelijkse netto energiebehoefte vereist. Deze werd geschat door te onderstellen dat de jaarlijkse energiebehoefte verdeeld is over de verschillende maanden volgens de waarden uit tabel 15. Deze werd samengesteld op basis van het gemiddelde van de 65 woningen waarvan de maandelijkse netto energiebehoefte wel gekend is.

Tabel 15 – Aandeel netto energiebehoefte opgesplitst per maand

januari

februari

maart

april

mei

juni

juli

18,44%

15,69%

11,15%

7,52%

5,51%

0,69%

1,14%

augustus september 1,09%

1,42%

oktober november december 5,59%

13,53%

18,23%

Figuur 40 toont een wolk van 4600 chromosomen. De cumulatieve exergievraag voor bouwkundige aspecten is uitgezet tegen het jaarlijkse installatieverbruik. De wolk omvat een erg uitgestrekt gebied. Figuur 41 toont de positie van de 65 niet-gedomineerde optima ten opzichte van deze wolk. Deze resultaten zijn minder uitgespreid. Omdat het optimale varianten zijn, is er reeds een afweging gebeurd tussen extra materiaalgebruik en de resultaten hiervan op de isolatiegraad.


111

100000

Installatieverbruik [MJ

ex/jaar]

90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 LAAGSTE JAARLIJKSE EXERGIEVRAAG

20000 10000 0 6000

7000

8000

9000

10000

Cumulatieve exergievraag bouwkundige aspecten [MJex/jaar] Figuur 40– Prestaties van 4600 chromosomen

100000 Installatieverbruik [MJex/jaar]

90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 6000

7000

8000

9000

10000

Cumulatieve exergievraag bouwkundige aspecten [MJex/jaar] Figuur 41 – Locatie van 65 niet-gedomineerde optima in wolk van 4600 chromosomen


112

Figuur 42 illustreert eens te meer dat er een zeer duidelijk verband bestaat tussen de netto energiebehoefte en de totale jaarlijkse cumulatieve exergievraag (r²=0,995 voor lineair verband). Chromosoom 2 was met een jaarlijkse cumulatieve exergievraag van 58697 MJex de best presterende variant uit de 65 niet-gedomineerde optima. Figuur 42 toont aan dat er in de uitgebreide verzameling van chromosomen varianten bestaan met een nog lagere exergievraag.

80000

NEB [MJ/jaar]

70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 50000

60000

70000

80000

90000

100000

110000

Totale jaarlijkse cumulatieve exergievraag [MJex/jaar] Figuur 42 – Totale jaarlijkse cumulatieve exergievraag in functie van netto energiebehoefte

Spouwmuur

Buitenisolatie

Houtskelet

Spouwmuur (uit 65)

Buitenisolatie (uit 65)

Houtskelet (uit 65)

26000

NEB [MJ/jaar]

25000 24000 23000 22000 21000 20000 50000

55000

60000

Totale jaarlijkse cumulatieve exergievraag [MJex/jaar] Figuur 43 – Best presterende varianten uit 3600 chromosomen


113

Figuur 43 bekijkt de varianten met de laagste exergievraag van naderbij. De variant met de allerlaagste jaarlijkse exergievraag heeft niet toevallig ook de allerlaagste netto energiebehoefte. Met een jaarlijkse netto energiebehoefte van 20240 MJ komt een totale jaarlijkse exergievraag voor bouwkundige aspecten en verwarming van 51408 MJex overeen. Ook wanneer enkel gekeken wordt naar niet-hernieuwbare exergie komt deze woning met buitenisolatie als beste variant naar voren.

De varianten die voorkomen in de uitgebreide verzameling chromosomen voldoen niet noodzakelijk aan de voorwaarden met betrekking tot het zomercomfort. In het kader van deze scriptie kon dit echter niet geverifieerd worden aangezien hier een dynamische berekening met het programma TRNSYS voor vereist is. Het feit dat het best presterende chromosoom sterk geïsoleerd ligt van de andere chromosomen doet vermoeden dat dit chromosoom zijn genetisch materiaal niet heeft kunnen overdragen naar een volgende generatie omwille van het niet voldaan zijn van één van de randvoorwaarden.

Uit figuur 42 en 43 kan enkel geconcludeerd worden dat streven naar een zo laag mogelijke netto energiebehoefte ertoe leidt dat de totale jaarlijkse cumulatieve exergievraag daalt als de netto energiebehoefte groter is dan 20000 MJ per jaar. In hoeverre deze trend zich verder zet bij nog lagere netto energiebehoeften, kan niet opgemaakt worden uit de voorhanden zijnde gegevens.

Voor de woningvarianten uit de uitgebreide set van 4600 chromosomen is de investeringskost niet bekend. De kostprijs heeft echter wel een rol gespeeld bij het samenstellen van deze verzameling. De meeste chromosomen zijn zelf het resultaat van een

tussenstap

in het

genetische algoritme waarbij geoptimaliseerd

werd

naar

ingebouwde niet-hernieuwbare energie, kostprijs en netto energiebehoefte. Dit alles maakt dat uit de resultaten van de 4600 chromosomen geen eenduidige regels afgeleid kunnen worden. Voor het opsporen van het exergetische optimum zal een nieuwe genetische optimalisatieprocedure doorlopen moeten worden waarbij onder meer exergie als selectiecriterium gebruikt wordt.


114

6

Synthese en perspectieven

In deze scriptie werd de duurzaamheid van woningen geëvalueerd op basis van een exergetische levenscyclusanalyse.

De bijdragen tot de totale cumulatieve exergievraag werden opgesplitst in bouwkundige aspecten en warmtevoorziening. De bouwkundige aspecten kunnen onderverdeeld worden in de exergievraag voor de productie van de bouwcomponenten, het transport naar de werf, bouwactiviteiten op de werf en tenslotte een fase van sloop en recyclage. Om aan de vraag voor ruimteverwarming te voldoen dient er exergie geïnvesteerd te worden in een verwarmingsinstallatie. Ook het jaarlijkse verbruik van deze installatie draagt bij tot de cumulatieve exergievraag. Daarnaast worden ook de interne warmtewinsten en zonnewinsten uitgedrukt in een jaarlijkse exergievraag. De exergievraag voor de bouwkundige aspecten en installatiecomponenten werd uitgedrukt in een jaarlijkse exergievraag op basis van een schatting van de levensduur van de verschillende componenten.

De methodologie werd toegepast op gegevens uit de EL²EP-studie. In die studie werden met behulp van genetische algoritmen en Pareto-optimalisatie talrijke varianten van een zelfde rijwoning gecreëerd. De optimalisatiecriteria die hierbij gebruikt worden zijn investeringskost, ingebouwde niet-hernieuwbare energie en jaarlijkse energiebehoefte voor ruimteverwarming

In eerste instantie werd getracht de cumulatieve exergievraag van de verwarming te minimaliseren. De warmtepomp blijkt ondanks de hoge cumulatieve exergievraag van de materiaalcomponenten de beste optie. Er bestaat echter onzekerheid omtrent de betrekkelijk hoge seasonal performance factor van 350% voor deze warmtepomp. Daarom wordt geopteerd voor een gasgestookte condensatieketel met variabele temperatuur, decentrale regeling en lage temperatuur radiatoren in alle woningvarianten.

De cumulatieve exergievraag voor verwarming blijkt de dominante factor te zijn in de totale cumulatieve exergievraag. Zelfs voor zeer goed geïsoleerde woningvarianten met een jaarlijkse netto warmtebehoefte van 56 MJ/m².jaar is de cumulatieve exergievraag voor verwarming 5 maal groter dan de cumulatieve exergievraag voor bouwmaterialen.

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Synthese

116

Er bestaat een aanzienlijke spreiding in de warmtebehoefte van de geoptimaliseerde varianten uit de El²EP-studie. Deze varianten werden immers geselecteerd op basis van verschillende criteria. Dit maakt het moeilijk de resultaten onderling te vergelijken. Binnen het bereik van de resultaten uit de EL²EP-studie is het aandeel van exergie voor verwarmingsdoeleinden overheersend. Meer exergie investeren in isolatie of een exergetisch efficiënte verwarmingsinstallatie leidt tot een besparing van de totale jaarlijkse exergievraag. In hoeverre deze conclusie doorgetrokken kan worden indien de jaarlijkse netto warmtevraag van een woning minder dan 53 MJ/m³.jaar bedraagt kon niet opgemaakt worden uit de beschikbare gegevens.

De cumulatieve exergievraag voor bouwmaterialen blijkt voor het grootste deel uit bijdragen van fossiele brandstoffen te bestaan. Het aandeel van metaalertsen, mineralen en minerale aggregaten blijft beperkt tot 2% à 4% van de totale cumulatieve exergievraag voor bouwmaterialen. Het hoge aandeel van de fossiele brandstoffen in de totale exergievraag van de bouwcomponenten kan wellicht een verklaring vormen voor de vrij goede overeenkomst tussen de inwendige niet-hernieuwbare energie en de cumulatieve exergie van de meeste bouwmaterialen.

De bouw van woningen met een houtskeletstructuur vergt minder niet-hernieuwbare grondstoffen dan types met een spouwmuur of buitenisolatie. Een veel grotere besparing van niet-hernieuwbare exergie kan echter bekomen worden door het gebruik van hernieuwbare bronnen voor ruimteverwarming.

De onderzochte woningvarianten zijn sterk beïnvloed door de selectiecriteria uit de EL²EP-studie. De varianten die in de EL²EP-studie als optima naar voor kwamen zijn niet noodzakelijk geoptimaliseerd wat exergie betreft. Het verdient daarom de aanbeveling om in de toekomst ook een optimalisatie op basis van exergie uit te voeren. Vermoedelijk leidt dergelijk optimalisatieproces tot woningvarianten die wat jaarlijkse warmtevraag betreft uitkomen in de buurt van passiefhuizen. Het kan dan ook bijzonder interessant zijn om te onderzoeken in hoeverre passiefhuizen exergetisch efficiënt zijn.

Als afsluiter van deze scriptie wordt kort de alternatieve methode besproken die vermeld werd in deel 2.4.5. De exergie voor de verwarming werd in deze scriptie berekend op basis van het verbruik van exergetisch hoogwaardige energiebronnen. De woning vraagt echter niet om het verbruik van deze hoogwaardige energiebronnen, maar vraagt om een hoeveelheid exergetisch laagwaardige warmte. Tabel 16 geeft een zeer summiere berekening weer.


117

Er wordt uitgegaan van de maandgemiddelde temperatuur volgens het testreferentiejaar van Ukkel [71]. De berekende warmtevraag heeft betrekking op netto energiebehoefte van chromosoom 1. Deze warmtevraag kan omgerekend worden naar een exergievraag op basis van de Carnot factor (zie 2.4.2):

Carnot Factor = Hierbij

is

T

de

temperatuur

die

gevraagd

T - T0 T wordt

in

de

woning,

en

T0

de

omgevingstemperatuur. T wordt gelijk gesteld aan 293,15 K (20°C) en T0 is gelijk aan de maandelijkse

gemiddelde

buitentemperatuur.

De

maandelijkse

warmtevraag

vermenigvuldigd met deze Carnot factor geeft de maandelijkse exergievraag (zie tabel 16). Tabel 16 – Berekening maandelijkse exergievraag chromosoom 1

Temperatuur

Warmtevraag Carnot Factor

Exergievraag

°C

MJ/maand.woning

januari februari

3,7 3,2

4756 3755

5,6% 5,7%

264,5 215,2

maart

6,7

2375

4,5%

107,8

april

9,2

1504

3,7%

55,4

mei

12

1412

2,7%

38,5

juni

16,7

77

1,1%

0,9

juli

16,1

185

1,3%

2,5

augustus

17,1

217

1,0%

2,1

september

16,1

282

1,3%

3,7

oktober

10,9

1138

3,1%

35,3

november

6

3329

4,8%

159,0

december

3,1

4687

5,8%

270,2

MJex/maand.woning

Met een jaarlijkse warmtevraag van 23715 MJ/woning komt een exergievraag van 1155 MJex/woning overeen onder de vermelde aannames. De berekende installatie voor woningvariant 1 kent echter een cumulatief exergieverbruik van 32670 MJex/jaar. Dit is maar liefst een factor 28 groter dan theoretisch minimaal benodigd is.

In paragraaf 5.2.2 werd aangetoond dat de zon jaargemiddeld ruimschoots voldoende exergie levert om in de jaarlijkse warmtevraag te voorzien.

Beide

constateringen

tonen

aan

dat

er

op

het

vlak

van

exergiezuinige

warmtevoorzieningen nog een hele weg af te leggen valt. Het concept exergie heeft duidelijk nog een mooie toekomst binnen de bouwsector.


118

7

Appendices

Appendix A: Plannen referentiewoning EL²EP Els Van Londersele en Jan Maeyens

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Appendices

120


121

Appendix B: Bouwcomponenten aangewend in rijwoning EL²EP Bouwcomponent

Opmerking

Massa

1

Wapeningsstaal

7800 kg per m³

2

Dakpannen

3

Baksteen

1500 kg per m³

4

Gevelsteen

1500 kg per m³

5

Tegels

2000 kg per m³

6

Mortel

1800 kg per m³

7

Betonblokken

2000 kg per m³

8

Hellingbeton

1000 kg per m³

45 kg per m²

9

Draagvloer

1800 kg per m³

10

Pleister

1300 kg per m³

11

Bupleister

12

Gipskarton

800 kg per m³

13

Bitumen

4,4 kg per m²

14

Luchtscherm

15

Onderdak

0,14 kg per m²

16

Hardhout

700 kg per m³

17

Zachthout

700 kg per m³

18

Multiplex

19

OSB

20

MW

Minerale Wol

80 kg per m³

21

PUR

Polyurethaan (isolatie)

40 kg per m³

22

EPS

Geëxpandeerd polystyreen, piepschuim

25 kg per m³

23

XPS


35 kg per m³

24

Cellulose

25

Cellenglas

26

Ongecoat glas

2500 kg per m³

27

Gecoat glas

2500 kg per m³

28

Aluminium

2700 kg per m³

29

Plaatstaal roestvrij

30

Butyl

31

Geïsoleerde afstandshouder

32

Aluminium raam

3,55 kg per m

33

PVC raam

5,95 kg per m

34

Houten raam

35

PUR raam

Cementpleister

1400 kg per m³

0,268 kg per m²

780 kg per m³ Oriented strand board, spaanplaat

500 kg per m³

50 kg per m³ 130 kg per m³

7780 kg per m³ (EPDM afstandshouder)

0,4 kg per m 0,4 kg per m

4,97 kg per m Polyurethaan

2,5 kg per m

36

Alu-PUR-hout raam

Aluminium-polyurethaan-hout

5,51 kg per m

37

Hout-PUR-hout raam

Hout-polyurethaan-hout

6,22 kg per m

38

Alu-PA-VIP-alu-raam

(Niet weerhouden raamvariant)

39

Binnenzonnewering

0,8 kg per m²

40

Buitenzonnewering

1 kg per m²

0 kg per m


122

Appendix C: Modellering bouwcomponenten OPM: BE = België, CH = Zwitserland, DE = Duitsland, RER = Europa Hoeveelheid

Producten en processen ecoinvent

bouwcomponent 1

1 m³ wapeningsstaal

7800

kg

Reinforcing steel, at plant RER

2

1 m² dakpannen

45,0

kg

Roof tile, at plant RER

3

1 m³ baksteen

1500

kg

Brick, at plant RER

4

1 m³ gevelsteen

1500

kg

Brick, at plant RER

5

1 m³ tegels

2000

kg

Ceramic tiles, at regional storage CH

6

1 m³ mortel

1800

kg

Cement mortar, CH

7

1 m³ betonblokken

2000

kg

Concrete block, at plant DE

8

1 m³ hellingbeton

0,420

m³

Concrete normal, at plant CH

9

1 m³ draagvloer

0,756

m³

Concrete normal, at plant CH

10

1 m³ pleister

867

kg

Stucco, CH

1300

kg

Plaster mixing, CH

933

kg

Cement mortar, CH

1400

kg

Plaster mixing, CH

11

1 m³ bupleister

12

1 m³ gipskarton

800

kg

Gypsum plaster board, at plant CH

13

1 m² bitumen

4,40

kg

Bitumen sealing, at plant RER

14

1 m² luchtscherm

0,268

kg

Fleece, polyethylene, at plant RER

15

1 m² onderdak

0,140

kg

Fleece, polyethylene, at plant RER

16

1 m³ hardhout

1,00

m³

Sawn timber, hardwood, planed, kiln dried, at plant, RER

1,00

m³

Preservative treatment, sawn timber, pressure vessel, RER

4,00

kg

Wood preservative, organic salt, Crfree, at plant, RER

1,00

m³

Sawn timber, softwood, planed, kiln dried, at plant, RER

1,00

m³


4,00

kg


17

1 m³ zachthout

18

1 m³ multiplex

1,00

m³

Plywood, outdoor use, at plant RER

19

1 m³ OSB

1,00

m³

Oriented strand board, at plant RER

20

1 m³ MW

80,0

kg

Rock wool, packed, at plant CH

21

1 m³ PUR

40,0

kg

Polyurethane, rigid foam, at plant RER

22

1 m³ EPS

25,0

kg

Polystyrene foam slab, at plant RER

23

1 m³ XPS

35,0

kg

Polystyrene, general purpose, GPPS, at plant, RER

35,9

kg

Extrusion, plastic film, RER

24

1 m³ cellulose

50,0

kg

Cellulose fibre, inclusive blowing in, at plant, CH

25

1 m³ cellenglas

130

kg

Foam glass, at plant CH

26

1 m³ ongecoat glas

2500

kg

Flat glass, uncoated, at plant RER


123

Hoeveelheid


bouwcomponent 27

1 m³ gecoat glas

2500

kg

Flat glass, coated, at plant RER

28

1 m³ aluminium

2700

kg

Aluminium, production mix, cast alloy at plant, RER

2700

kg

Sheet rolling aluminium, RER

7780

kg

Chromium steel 18/18, at plant, RER

7780

kg

Sheet rolling chromium steel, RER

29

1 m³ plaatstaal roestvrij

30

1 m butyl

0,400

kg

Synthetic rubber, at plant, including extrusion profiles for window sealings, RER

31

1 m geisol afstandshouder

0,400

kg

Synthetic rubber, at plant, including extrusion profiles for window sealings, RER

32

1 m alu raam

3,10

kg


3,10

kg

Section bar, extrusion, aluminium, RER

2,530 kWh Electricity, medium voltage, at grid, 1kWh, BE 13,46 MW Heat, heavy fuel oil at industrial furnace, 1MW, RER 33

1 m pvc raam

4,185

kg

PVC, at regional storage,RER

4,185

kg

Injection moulding, RER

1,790

kg

Steel, low alloyed, at plant, RER

1,790

kg

Section bar, rolling, steel, RER

0,480 kWh Electricity, medium voltage, at grid, BE 34

1 m houten raam

0,013

m³


0,013

m³


0,053

kg



1 m pur raam

1,479

kg

Polyurethane, rigid foam, at plant, RER

1,479

kg


1,030

kg


1,030

kg



1 m alu-PUR-hout raam

1,550

kg


1,550

kg


0,739

kg


0,739

kg


0,007

m³


0,007

m³


0,027

kg


6,730 MW Heat, heavy fuel oil at industrial furnace, 1MW, RER 1,680 kWh Electricity, medium voltage, at grid, 1kWh, BE


124

Hoeveelheid


bouwcomponent 37

1 m hout-PUR-hout raam

0,013

m³


0,013

m³


0,053

kg


0,739

kg


0,739

kg


0,515

kg


0,515

kg



1 m alu-PA-VIP-alu-raam

39

1 m² binnenzonwering

40

1 m² buitenzonwering

/

/

0,220

kg

Glass fibre, at plant, RER

0,300

kg


0,300

kg


0,300

kg


0,264

kg

Glass fibre, at plant, RER

0,360

kg


0,360

kg


0,360

kg



125

Appendix D: Transportfase

Bouwcomponent

Transport van productiesite naar distributiesite vrachtwagen schip trein 32 ton [km]

[km]

[km]

200

100 100

1 2

wapeningsstaal dakpannen

3

baksteen

4

gevelsteen

5

tegels

700

6

mortel

100

7

betonblokken

200

8

hellingbeton

100

9

draagvloer

10

pleister

100

11

bupleister

100

12

gipskarton

13

bitumen

600

100

14

luchtscherm

200

100

15

onderdak

200

100

16

hardhout

8000

100

17

zachthout

2000

100

18

multiplex

200

50

19

OSB

200

50

100 100 100 100

100 100 100 100

20

MW

200

21

PUR

100

22

EPS

100

23

XPS

400

24

cellulose

400

25

cellenglas

26

ongecoat glas

100

100 100

27

gecoat glas

100

100

28

aluminium

200

100

29

plaatstaal roestvrij

200

100

30

butyl (EPDM)

200

100

31

geisol afstandshouder

200

32

alu raam

200

33

pvc raam

200

34

houten raam

200

35

pur raam

375

36

alu-PUR-hout raam

320

37

hout-PUR-hout raam

250

38

alu-PA-VIP-alu-raam

500

39

binnenzonwering

100

40

buitenzonwering

100

100


126

Bouwcomponent

Transport van distributiesite naar werf vrachtwagen 32 ton

vrachtwagen 16 ton

bestelwagen

[km]

[km]

[km]

1 2


30 30

3

baksteen

30

4

gevelsteen

30

5

tegels

6

mortel

30

7

betonblokken

30

8

hellingbeton

30 30

30

9

draagvloer

10

pleister

30

11

bupleister

30

12

gipskarton

30

13

bitumen

30

14

luchtscherm

30

15

onderdak

16

hardhout

30

17

zachthout

30

18

multiplex

30

19

OSB

30

20

MW

30

21

PUR

30

22

EPS

30

23

XPS

30

24

cellulose

30

25

cellenglas

30

26

ongecoat glas

30

27

gecoat glas

30

28

aluminium

30

29

plaatstaal roestvrij

30

30

butyl (EPDM)

30

31

geisol afstandshouder

30

32

alu raam

30

33

pvc raam

30

34

houten raam

30

35

pur raam

30

36

alu-PUR-hout raam

30

37

hout-PUR-hout raam

30

38

alu-PA-VIP-alu-raam

30

39

binnenzonwering

30

40

buitenzonwering

30

30


127

Appendix E: Modellering sloopfase Sloop en recyclage 1 kg beton, baksteen, dakpannen 0,0359 MJ diesel, burned in building machine 0,000694 m³ excavation, hydraulic digger 0,03 tkm transport, lorry 16t 1,00 kg crushing, rock 0,00906 kWh electricity, medium voltage, at grid -1,00 kg gravel, crushed, at mine

Sloop en recyclage 1 kg bitumen 0,03 tkm transport, lorry 16t -0,94 kWh electricity, medium voltage, production BE, at grid -6,85 MJ heat, heavy fuel oil, at industrial furnace 1MW

Sloop en recyclage 1 kg cellulose 0,03 tkm transport, lorry 16t -0,38 kWh electricity, medium voltage, production BE, at grid -2,86 MJ heat, heavy fuel oil, at industrial furnace 1MW

Sloop en recyclage 1 kg polyethyleen dampscherm 0,03 tkm transport, lorry 16t -1,39 kWh electricity, medium voltage, production BE, at grid -10,02 MJ heat, heavy fuel oil, at industrial furnace 1MW

Sloop en recyclage 1 kg polystyreen 0,03 tkm transport, lorry 16t -1,02 kWh electricity, medium voltage, production BE, at grid -7,39 MJ heat, heavy fuel oil, at industrial furnace 1MW

Sloop en recyclage 1 kg polyurethaan 0,03 tkm transport, lorry 16t -0,96 kWh electricity, medium voltage, production BE, at grid -7,00 MJ heat, heavy fuel oil, at industrial furnace 1MW


128

Sloop en recyclage 1 kg PVC 0,03 tkm transport, lorry 16t -0,63 kWh electricity, medium voltage, production BE, at grid -4,66 MJ heat, heavy fuel oil, at industrial furnace 1MW

Sloop en recyclage 1 kg rubber 0,03 tkm transport, lorry 16t -0,84 kWh electricity, medium voltage, production BE, at grid -6,11 MJ heat, heavy fuel oil, at industrial furnace 1MW

Sloop en recyclage 1 m³ zachthout 21,0 tkm transport, lorry 16t 450 kg Industrial residual wood chopping, stationary electric chopper, at plant -2,66 m³ wood chips, softwood, from industry, u=40%, at plant

Sloop en recyclage 1 m³ hardhout 21,0 tkm transport, lorry 16t 650 kg Industrial residual wood chopping, stationary electric chopper, at plant -2,72 m³ wood chips, hardwood, from industry, u=40%, at plant

Sloop en recyclage 1 m³ multiplex 19,5 tkm transport, lorry 16t 650 kg Industrial residual wood chopping, stationary electric chopper, at plant -2,72 m³ wood chips, hardwood, from industry, u=40%, at plant

Sloop en recyclage 1 m³ OSB spaanplaat 15,0 tkm transport, lorry 16t 450 kg Industrial residual wood chopping, stationary electric chopper, at plant -2,66 m³ wood chips, softwood, from industry, u=40%, at plant Storten 1 kg inerte materialen, exclusief steenpuin Mortel, tegels, vensterglas, cellenglas, glasvezel en gipskarton. 0,0437 kg diesel, burned in building machine 0,03 tkm transport, lorry 16t 1,00 kg process-specific burdens, inert material landfill 1,48E-09 unit inert material landfill facility


129

Appendix F: Modellering energiebronnen

Modellering 1 MJ aardgas bij gebruiker (BE) 1,010 MJ natural gas, high pressure, at consumer (BE) 2,56E-09 km pipeline, natural gas, low pressure distribution network (CH) 0,002 MJ natural gas, burned in boiler atm. low-NOx condensing nonmodulating <100kW (RER)

Modellering 1 MJ stookolie bij gebruiker (BE) 0,0234 kg light fuel oil, at regional storage (RER) 4,41E-07 unit oil storage 3000l (CH)

Modellering 1 MJ elektriciteit bij gebruiker (BE) 0,27778 kWh electricity, low voltage, at grid (BE)


130

Appendix G: Woningvariant 1 Parameters chromosoom woningvariant 1 Parameter

1

platte daken: isolatiedikte

Parameter

2

platte daken: isolatiemateriaal

30

Parameter

3

hellende daken: isolatiedikte

Parameter

4

hellende daken: isolatiemateriaal

Parameter

5

zoldervloer: isolatiedikte

Parameter

6

zoldervloer: isolatiemateriaal

Parameter

7

gevel: isolatiedikte

Parameter

8

gevel: isolatiemateriaal

Parameter

9

gevel: type gevelopbouw

Parameter

10

vloer: isolatiedikte

Parameter

11

vloer: isolatiemateriaal

Parameter

12

type glas

Parameter

13

type raamprofiel

Parameter

14

type afstandshouder

Parameter

15

type zonwering

Parameter

16

opaakheid zonwering

90

Parameter

17

glasoppervlak 1

49700

Parameter

18


0

Parameter

19

glasoppervlak 2

14072

Parameter

20


0

Parameter

21

glasoppervlak 3

13000

Parameter

22


0

Parameter

23

glasoppervlak 4

1364

Parameter

24


1

Parameter

25

glasoppervlak 5

38000

Parameter

26


0

Parameter

27

glasoppervlak 6

76800

Parameter

28


0

Parameter

29

glasoppervlak 7

32935

Parameter

30


0

Parameter

31

glasoppervlak 8

17500

Parameter

32


0

Parameter

33

glasoppervlak 9

17500

Parameter

34


0

Parameter

35

glasoppervlak 10

29300

Parameter

36


0

Parameter

37

glasoppervlak 11

11436

Parameter

38


0

Parameter

39

glasoppervlak 12

12351

Parameter

40


0

Parameter

41

luchtdichtheidsniveau

Parameter

42

scenario’s voor nacht- en zomerventilatie

cm

0 = Minerale wol 38

cm

0 = Minerale wol 40

cm

3 = XPS 30

cm

3 = XPS 0 = spouwmuur 15

cm

1 = PUR 12 = 3-WSV,Xe,Gr.0 (4/8/4/8/4) 12 = PH Heuser U07 Serie HF 8120 2 = butyl/metal (fiberglass etc) 2 = buitenzonnewering % cm²

cm²

cm²

cm²

cm²

cm²

cm²

cm²

cm²

cm²

cm²

cm²

3 = 0,6/h 2 = scenario 4


131

Volgende tabellen geven de jaarlijkse exergievraag

weer voor woningvariant 1

(Chromosoom 1 uit lijst van 65 niet-gedomineerde optima zoals bekomen uit de EL²EPstudie). Het betreft een woning met spouwmuurisolatie en een jaarlijkse netto energiebehoefte van 23715 MJ/jaar.

De cumulatieve exergievraag van een product of proces wordt verdeeld over het aantal geschatte levensjaren van de bouwcomponent om een jaarlijkse exergievraag te bekomen. De cumulatieve exergievraag van een product of bouwcomponent in volgende tabellen heeft betrekking op de totale hoeveelheid die in woningvariant 1 verwerkt wordt. De jaarlijkse cumulatieve exergievraag van Brick, at plant, RER vermeldt bijvoorbeeld de cumulatieve exergievraag voor de productie van de hoeveelheid bakstenen die in

Ecoinvent producten en processen

niethernieuwbar e jaarlijkse exergievraag

Woningvariant 1

hernieuwbar e jaarlijkse exergievraag

Bouwprocessen

totale jaarlijkse exergievraag

woningvariant 1 gebruikt wordt, gedeeld door de geschatte levensduur van 75 jaar.

MJex/jaar

MJex/jaar

MJex/jaar

electricity, low voltage, at grid, BE

20,40

0,45

19,95

excavation, hydraulic digger, RER

7,54

0,05

7,49


132




Ecoinvent producten en processen

MJex/jaar

MJex/jaar

MJex/jaar

Aluminium, production mix, cast alloy at plant, RER Bitumen sealing, at plant RER

230,0 86,2 1316,3 0,0 204,9 865,9 0,0 348,2 649,2 44,6 142,0 673,2 288,3 17,2 9,0 0,0 20,4 180,4 23,7 51,8 0,0 147,0 0,0 0,0 1137,7 635,8 6,9 35,6 356,1 205,4 119,1 324,1 470,9 76,1 0,00 7,0 0,0 0,0 79,6 160,1 14,7

41,3 2,1 128,8 0,0 32,6 60,8 0,0 36,0 45,8 0,9 26,6 29,4 10,1 0,4 0,2 0,0 0,9 11,2 0,1 4,1 0,0 34,4 0,0 0,0 2,0 15,2 0,7 0,7 17,6 28,9 3,2 288,3 406,2 8,3 0,00 0,6 0,0 0,0 3,1 4,2 0,8

188,7 84,1 1187,5 0,0 172,3 805,1 0,0 312,2 603,4 43,7 115,4 643,8 278,2 16,8 8,8 0,0 19,5 169,2 23,6 47,7 0,0 112,6 0,0 0,0 1135,7 620,6 6,2 34,9 338,5 176,5 115,8 35,8 64,7 67,8 0,00 6,4 0,0 0,0 76,5 155,9 13,9

Bouwmaterialen en productieprocessen Woningvariant 1

Brick, at plant RER Cellulose fibre, inclusive blowing in, at plant, CH Cement mortar, CH Ceramic tiles, at regional storage CH Chromium steel 18/8, at plant, RER Concrete block, at plant DE Concrete normal, at plant CH Electricity, medium voltage, at grid, 1kWh, BE Extrusion, plastic film, RER Flat glass, coated, at plant RER Flat glass, uncoated, at plant RER Fleece, polyethylene, at plant RER Fleece, polyethylene, at plant RER Foam glass, at plant CH Glass fibre, at plant, RER Gypsum plaster board, at plant CH Heat, heavy fuel oil at industrial furnace, 1MW, RER Injection moulding, RER Oriented strand board, at plant RER Plaster mixing, CH Plywood, outdoor use, at plant RER Polystyrene foam slab, at plant RER Polystyrene, general purpose, GPPS, at plant, RER Polyurethane, rigid foam, at plant RER Preservative treatment, sawn timber, pressure vessel, RER PVC, at regional storage, RER Reinforcing steel, at plant RER Rock wool, packed, at plant CH Roof tile, at plant RER Sawn timber, hardwood, planed, kiln dried, at plant, RER Sawn timber, softwood, planed, kiln dried, at plant, RER Section bar, extrusion, aluminium, RER Section bar, rolling, steel, RER Sheet rolling aluminium, RER Sheet rolling chromium steel, RER Steel, low alloyed, at plant, RER Stucco, CH Synthetic rubber, at plant, including extrusion profiles for window sealings, RER Wood preservative, organic salt, Crfree, at plant, RER


133




Bouwcomponenten

MJex/jaar

MJex/jaar

MJex/jaar


10,55 13,85 169,80 36,48 56,38 15,26 245,70 51,22 290,83 41,04 75,14 13,30 2,15 0,17 0,09 0,77 19,17 0,00 0,00 6,08 2,09 0,00 17,03 0,00 0,00 20,34 40,69 0,00 0,00 1,56 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 19,99 0,00 0,00 0,00 1,43

0,32 0,24 2,94 0,63 2,57 0,38 3,86 0,81 4,57 1,01 1,85 0,23 0,09 0,01 0,00 0,01 0,35 0,00 0,00 0,10 0,04 0,00 0,28 0,00 0,00 0,60 1,21 0,00 0,00 0,05 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,43 0,00 0,00 0,00 0,04

10,23 13,61 166,86 35,85 53,81 14,88 241,84 50,41 286,26 40,03 73,29 13,07 2,06 0,16 0,09 0,76 18,82 0,00 0,00 5,98 2,05 0,00 16,75 0,00 0,00 19,74 39,48 0,00 0,00 1,51 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 19,56 0,00 0,00 0,00 1,39

Transport van productie-eenheid naar werf Woningvariant 1

baksteen gevelsteen tegels mortel betonblokken hellingbeton draagvloer pleister bupleister gipskarton bitumen luchtscherm onderdak hardhout zachthout multiplex OSB MW PUR EPS XPS cellulose cellenglas ongecoat glas gecoat glas aluminium plaatstaal roestvrij butyl (EPDM afstandshouder) geisol afstandshouder alu raam pvc raam houten raam pur raam alu-PUR-hout raam hout-PUR-hout raam alu-PA-VIP-alu-raam binnenzonwering buitenzonwering


134




Bouwcomponenten

MJex/jaar

MJex/jaar

MJex/jaar


3,17 3,46 42,40 9,11 26,56 15,94 44,05 16,04 91,09 23,32 42,69 13,10 -32,98 -5,10 -2,66 -8,54 -341,87 0,00 0,00 3,73 -89,76 0,00 -274,38 0,00 0,00 10,28 20,55 0,00 0,00 -27,75 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -266,85 0,00 0,00 0,00 -7,81

0,06 -0,42 -5,18 -1,11 0,35 0,21 -5,38 -1,96 -11,13 0,31 0,57 0,17 -0,31 -0,05 -0,02 -8,59 -344,27 0,00 0,00 0,05 -0,86 0,00 -2,61 0,00 0,00 0,14 0,27 0,00 0,00 -0,26 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -232,50 0,00 0,00 0,00 -0,07

3,11 3,88 47,58 10,22 26,21 15,73 49,43 18,00 102,22 23,01 42,12 12,93 -32,67 -5,05 -2,64 0,05 2,40 0,00 0,00 3,68 -88,90 0,00 -271,77 0,00 0,00 10,14 20,28 0,00 0,00 -27,49 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -34,35 0,00 0,00 0,00 -7,74

Sloop en recyclage Woningvariant 1

baksteen gevelsteen tegels mortel betonblokken hellingbeton draagvloer pleister bupleister gipskarton bitumen luchtscherm onderdak hardhout zachthout multiplex OSB MW PUR EPS XPS cellulose cellenglas ongecoat glas gecoat glas aluminium plaatstaal roestvrij butyl (EPDM afstandshouder) geisol afstandshouder alu raam pvc raam houten raam pur raam alu-PUR-hout raam hout-PUR-hout raam alu-PA-VIP-alu-raam binnenzonwering buitenzonwering


135

Appendix H: Exergievraag Installaties

Totale Regeling

Afgifte-type

Energie-bron

Productie-type

Installatie-nummer

Waarden zijn van toepassing op woningvariant 1 (Jaarlijkse warmtevraag: 23715 MJ/jaar) Totale

cumulatieve cumulatieve

Totale

Totale

cumulatieve cumulatieve exergie

exergie

installatie-

installatie +

verbruik

verbruik

[MJex/jaar]

[MJex/jaar]

[MJex/jaar]

exergie

exergie

installatie

installatie

[MJex]

1

HR-ketel

gas

HT rad

centrale regeling, cte watertemp

13088

445

38609

39054

2

HR-ketel

gas

HT rad

decentrale regeling, cte watertemp

13088

445

37825

38271

3

HR-ketel

gas

HT rad

centrale regeling, var watertemp

13088

445

37825

38271

4

HR-ketel

gas

HT rad

decentrale regeling, var watertemp

13088

445

37077

37523

5

HR-ketel

olie

HT rad

centrale regeling, cte watertemp

15944

560

41670

42229

6

HR-ketel

olie

HT rad

decentrale regeling, cte watertemp

15944

560

40816

41376

7

HR-ketel

olie

HT rad


15944

560

40816

41376

8

HR-ketel

olie

HT rad


15944

560

40001

40560

9

condensatieketel gas

LT rad


20461

691

33317

34008

10 condensatieketel gas

LT rad


20461

691

32670

33361


Vloer


35838

1204

33317

34521


Vloer


35838

1204

32670

33874

13 condensatieketel olie

LT rad


20461

691

39070

39761

14 condensatieketel olie

LT rad


20461

691

38294

38985

15 warmtepomp

elektr

LT rad


75736

4413

26755

31169

16 warmtepomp

elektr

Vloer


91113

4926

26755

31681

HR ketel = Hoogrendementsketel HT rad

= hoge temperatuur radiatoren

LT rad

= lage temperatuur radiatoren

Vloer = lage temperatuur vloerverwarming var watertemp = variabele watertemperatuur cte watertemp = constante watertemperatuur Aangenomen levensduur installatiecomponenten: zie sectie 4.5, tabel 7


136

Appendix I: Totale exergievraag Chrom Nummer

Type Materialen Transport

Bouw-

Sloop en

Installatie-

Installatie-

activiteiten recyclage componenten verbruik

[MJex/jaar] [MJex/jaar] [MJex/jaar] [MJex/jaar]

[MJex/jaar]

Interne

Zonne-

winsten

straling

Som


1 2

SPM SPM

8928 8726

1151 1164

28 28

-692 -562

691 691

32670 32587

16063 16063

249584 308423 249584 308281

3

SPM

8883

1158

28

-680

691

33265

16063

249584 308993

4

SPM

8963

1175

28

-629

691

33129

16063

249584 309004

5

SPM

8862

1160

28

-675

691

33495

16063

249584 309209

6

BUI

8469

1126

28

-582

691

33517

16063

249584 308896

7

SPM

8852

1161

28

-672

691

33619

16063

249584 309327

8

BUI

8494

1124

28

-606

691

34034

16063

249584 309412

9

BUI

8494

1124

28

-606

691

34034

16063

249584 309412

10

SPM

8760

1175

28

-656

691

35273

16063

249584 310919

11

BUI

8599

1130

28

-654

691

35816

16063

249584 311257

12

BUI

8415

1129

28

-567

691

35761

16063

249584 311105

13

BUI

8415

1129

28

-567

691

35761

16063

249584 311105

14

SPM

8729

1162

28

-679

691

36270

16063

249584 311849

15

BUI

8399

1132

28

-705

691

36042

16063

249584 311233

16

BUI

8531

1119

28

-615

691

35125

16063

249584 310527

17

BUI

8188

1137

28

-410

691

36202

16063

249584 311483

18

SPM

8645

1187

28

-550

691

34661

16063

249584 310309

19

SPM

8654

1144

28

-779

691

37089

16063

249584 312473

20

HSB

10605

821

28

-2549

691

36949

16063

249584 312193

21

SPM

8414

1181

28

-411

691

35509

16063

249584 311059

22

HSB

10642

829

28

-2625

691

36833

16063

249584 312045

23

HSB

10274

830

28

-2509

691

36472

16063

249584 311433

24

HSB

10213

831

28

-2496

691

36817

16063

249584 311731

25

SPM

8766

1168

28

-727

691

37649

16063

249584 313223

26

BUI

7655

1117

28

-377

691

38630

16063

249584 313391

27

BUI

7268

1111

28

-391

691

37705

16063

249584 312058

28

BUI

7268

1111

28

-391

691

37705

16063

249584 312058

29

HSB

9880

833

28

-2301

691

37626

16063

249584 312405

30

SPM

8342

1172

28

-586

691

33111

16063

249584 308406

SPM = Spouwmuur,

BUI = Buitenisolatie,

HSB= Houtskeletbouw


137

Chrom Nummer

Type

Materialen Transport

Bouw-

Sloop en

Installatie-

Installatie-

activiteiten recyclage componenten verbruik


[MJex/jaar]

Interne

Zonne-

winsten

straling

Som


31 32

HSB SPM

9922 8296

834 1149

28 28

-2365 -481

691 691

37871 38954

16063 16063

249584 312628 249584 314284

33

SPM

8217

1153

28

-439

691

40129

16063

249584 315426

34

SPM

8269

1182

28

-434

691

39996

16063

249584 315380

35

BUI

6984

1098

28

-269

691

41292

16063

249584 315471

36

BUI

6803

1097

28

-233

691

41146

16063

249584 315180

37

BUI

7617

1124

28

-616

691

36832

16063

249584 311323

38

BUI

7617

1124

28

-616

691

36832

16063

249584 311323

39

SPM

7329

1132

28

-344

691

42570

16063

249584 317054

40

HSB

8866

809

28

-2182

691

41624

16063

249584 315484

41

BUI

7376

1111

28

-594

691

42615

16063

249584 316875

42

BUI

7291

1115

28

-467

691

44532

16063

249584 318838

43

SPM

8373

1179

28

-412

691

43993

16063

249584 319499

44

HSB

8763

805

28

-2104

691

44007

16063

249584 317838

45

BUI

7254

1117

28

-598

691

45077

16063

249584 319217

46

HSB

9943

822

28

-2350

691

44299

16063

249584 319080

47

BUI

7007

1094

28

-619

691

47122

16063

249584 320969

48

BUI

6959

1101

28

-588

691

44886

16063

249584 318724

49

BUI

7734

1110

28

-381

691

50104

16063

249584 324933

50

SPM

7709

1149

28

-321

691

50668

16063

249584 325573

51

BUI

6903

1116

28

-476

691

49932

16063

249584 323841

52

HSB

9853

819

28

-2359

691

48071

16063

249584 322750

53

HSB

9399

808

28

-2249

691

52076

16063

249584 326401

54

HSB

9399

808

28

-2249

691

52076

16063

249584 326401

55

BUI

6909

1113

28

-547

691

50615

16063

249584 324456

56

HSB

8799

807

28

-2116

691

52967

16063

249584 326823

57

BUI

7202

1113

28

-580

691

55912

16063

249584 330013

58

SPM

7587

1168

28

-505

691

55321

16063

249584 329937

59

SPM

7568

1155

28

-634

691

57673

16063

249584 332128

60

BUI

7300

1109

28

-603

691

57959

16063

249584 332132

61

BUI

6306

1085

28

-181

691

55458

16063

249584 329034

62

BUI

6965

1103

28

-568

691

60647

16063

249584 334514

63

HSB

8762

802

28

-2174

691

63660

16063

249584 337417

64

BUI

6928

1104

28

-525

691

59476

16063

249584 333350

65

BUI

7229

1115

28

-130

691

63991

16063

249584 338572

SPM = Spouwmuur,

BUI = Buitenisolatie,

HSB= Houtskeletbouw


138

Appendix J: Vergelijking met referenties BUITENISOLATIE Meerwaarde

Referentie

Chromosoom 6,

buitenisolatie *

Buitenisolatie **

[MJex/jaar]

[MJex/jaar]

/

Materialen

5920

8469

43,1%

Transport

1091

1126

3,2%

28

28

0%

Sloop en recyclage

-136

-582

328,6%

Installatie

1104

691

-37,4%

Installatieverbruik

122045

33517

-72,5%

Interne winsten

16063

16063

0%

Zonnestraling

249584

249584

0%

Categorie exergieverbruik

Bouwactiviteiten

chromosoom 6 tov referentie

* Referentie = niet-geïsoleerde variant ** Chromosoom 6: variant uit 65 niet-gedomineerde optima EL²EP-studie Type buitenisolatie met laagste jaarlijkse cumulatieve exergievraag HOUTSKELETBOUW

Categorie exergieverbruik

Referentie

Chromosoom 23,

houtskeletbouw * Houtskeletbouw **

Meerwaarde chromosoom 23 tov referentie

[MJex/jaar]

[MJex/jaar]

/

Materialen

8785

10274

17,0%

Transport

795

830

4,5%

Bouwactiviteiten

28

28

0%

-2243

-2509

11,8%

916

691

-24,5%

Installatieverbruik

81536

36472

-55,3%

Interne winsten

16063

16063

0%

Zonnestraling

249584

249584

0%

Sloop en recyclage Installatie

* Referentie houtskeletbouw = variant met minimumisolatie ** Chromosoom 23: variant uit 65 niet-gedomineerde optima EL²EP-studie Type houtskeletbouw met laagste jaarlijkse cumulatieve exergievraag Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Appendices

139

Appendix K: Aandeel transport en sloop

Bouwcomponent 1 m³ 1 m² 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m² 1 m² 1 m² 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1m 1m 1m 1m 1m 1m 1m 1m 1 m² 1 m²

Wapeningsstaal Dakpannen Baksteen Gevelsteen Tegels Mortel Betonblokken Hellingbeton Draagvloer Pleister Bupleister Gipskarton Bitumen Luchtscherm Onderdak Hardhout Zachthout Multiplex OSB MW PUR EPS XPS Cellulose Cellenglas Ongecoat glas Gecoat glas Aluminium Plaatstaal roestvrij Butyl Geïsoleerde Aluminium raam PVC raam Houten raam PUR raam Alu-PUR-hout raam Hout-PUR-hout raam Alu-PA-VIP-alu-raam Binnenzonnewering

Ex Transport

Ex Sloop en recyclage

Ex Materialen + transport

Ex Materialen + transport

2,9% 10,4% 13,5% 13,5% 6,1% 21,5% 41,4% 34,5% 34,5% 23,8% 23,5% 6,9% 2,4% 1,0% 1,0% 6,1% 3,8% 0,9% 1,0% 2,9% 0,5% 0,3% 1,3% 11,8% 0,9% 6,6% 5,7% 1,5% 1,0% 1,0% 1,0% 1,5% 1,6% 1,9% 1,5% 2,2% 1,4% 1,4% 1,5%

0,9% 2,6% 3,4% 3,4% 2,9% 22,5% 7,4% 10,8% 10,8% 13,5% 13,4% 6,8% -37,3% -29,4% -29,4% -67,8% -67,8% -34,4% -41,9% 1,8% -19,8% -14,3% -21,2% -70,8% 0,9% 3,3% 2,9% 0,3% 0,2% -17,2% -17,2% 0,2% -13,0% -64,4% -10,8% -29,0% -35,9% -8,1% -8,1%


140

Appendix L: Samenstelling totale exergie Spouwmuur [MJex/jaar.gebouw]

Buitenisolatie

Houtskelet

[MJex/jaar.gebouw] [MJex/jaar.gebouw]


409

401

371

Biomassa

449

421

1090

858

823

1461

Metaalerts

62

61

53

Minerale aggregaten

109

104

66

Mineralen

18

17

42

Nucleaire ertsen

3806

3754

3695


59885

64013

64001

63880

67950

67857

Som Hernieuwbare exergie

Som Niet-hernieuwbare exergie

Samenstelling totale exergie, gemiddelde van 65 niet-gedomineerde optima

Spouwmuur

Buitenisolatie

Houtskelet


0,63%

0,58%

0,53%

Biomassa

0,69%

0,61%

1,57%

1,32%

1,20%

2,11%

Metaalerts

0,10%

0,09%

0,08%

Minerale aggregaten

0,17%

0,15%

0,10%

Mineralen

0,03%

0,03%

0,06%

Nucleaire ertsen

5,88%

5,46%

5,33%


92,50%

93,08%

92,33%

98,68%

98,80%

97,89%

Som Hernieuwbare exergie

Som Niet-hernieuwbare exergie

Procentuele samenstelling totale exergie, gemiddelde van 65 niet-gedomineerde optima


141

8

Bibliografie

[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]

G. Bruntland, (Ed) Our common future: The World Commission on Environment and Development, Oxford University Press, 1987. M. Dillen, Duurzaam wonen voor alle Vlamingen, Vlaamse Confederatie bouw, 2004-2005, 126 pp. D. Meadows, e.a., The limits to growth: a global challenge, University Books, New York, 1972. Report of the World Summit on Sustainable Development, United Nations, 2002, p. 174. IETC, Energy and Cities: Sustainable Building and Construction, IETC Side Event at UNEP Governing Council, Nairobi, Kenya, 2001. Centrale Raad voor het Bedrijfsleven, Advies over energie-efficiëntie in de woningsector in België. Brussel,, CCE 2005-1391 DEF, 2005. K.D.C. Jan Desmyter, Luk Vandaele, Berthold Simons, Gulden regels om duurzaam te bouwen, WTCB tijdschrift zomer 2000(2000) 15-28. Working Group for Sustainable Construction, An agenda for sustainable construction in Europe, EU, Brussels, 2001, p. 65. Nottinghamshire County Council, Sustainable Developer Guide - website http://www.sdg-nottinghamshire.org.uk/index/appendixiiii.htm. T. Randall, Environmental design: an introduction for architects and engineers 2nd edition, Spon, London, 1999, 259 pp. J. Vrijders, Vergelijkende studie van kwantificatiemethoden voor duurzaam bouwen, UGent, 2005. Decreet houdende de Vlaamse Wooncode - Vlaamse Regering, 15 Juli 1997. SBR, Nationaal pakket Woningbouw Nieuwbouw, SBR, Rotterdam, 2005. Building Services Research and Information, Environmental Code of Practice for Buildings and Their Services. Code of Practice COP 6/99 (2e uitgave), BSRIA, Bracknell, 1999. WTCB, Resultaten van het PRESCO-netwerk, WTCB-Dossiers Katern nr. 3(2e trimester 2005) 9. Public Technology Inc. & US Green Building Council, Technical Manual Sustainable Building: Green Building Design, Construction, and Operations, Public Technology Inc., USA, 1996, 292 pp. PRESCO, European Thematic Network on Practical Recommendations for Sustainable Construction http://www.etn-presco.net/. Dossier Duurzaam Bouwen vzw Centrum Duurzaam Bouwen en Livios http://www.cedubo.be/nl/duurzaam_bouwen/index.html. VHM, Richtlijnen Economisch en Duurzaam Bouwen 41, Vlaamse HuisvestingsMaatschappij http://www.vhm.be/PROF2004/C2001/Deel4/hfd41.htm, 2001. P. Sakulpipatsin, E. Boelman, D. Schmidt, Using exergy analysis in the conceptual building design phase, Proceedings of the 2nd International Exergy, Energy and Environment Symposium (IEEES2), Kos - Greece, 3-7 July 2005, p. 6. Luk Vandaele, Dirk Van Orshoven, Geert Palmers, Achim Woyte, Werner Coppye, Hugo Hens, André Coene, Bernard Vandermarcke, K. Corthals, Bouwen, wonen en energie, Vlaams Instituut voor Wetenschappelijk en Technologisch Aspectenonderzoek(2004) 107. X. Loncour, Bestaande gebouwen een grote uitdaging op het vlak van energieverbruik, WTCB-Dossiers 1(2006) 2. WTCB, Hoger Architectuurinstituut Sint Lucas, Studie over de Energieaspecten van Nieuwbouwwoningen in Vlaanderen ; Isolatie, Ventilatie, Verwarming, 1998. Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, Afdeling Natuurlijke Rijkdommen en energie, Syllabus opleiding energieprestatieregelgeving, www.energiesparen.be 1, 2006, p. 50. Afdeling Natuurlijke Rijkdommen en Energie - Energieprestatieregelgeving: voor energiezuinige, gezonde gebouwen met meer comfort, Deel 1: De eisen op het

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen – Bibliografie

143

[26] [27] [28] [29] [30]

[31] [32] [33]

[34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41]

[42]

[43]

[44] [45] The [46] [47] [48] [49] [50]

[51] [52]

vlak van energieprestatie en binnenklimaat, http://www.vhm.be/PROF2004/Bouwen/EPR_start.htm#info, 2005, p. 7. H. Hens, Verslag vergadering EL²EP Leuven, 2003, p. 5. European Commission, Housing statistics in the European Union EC DG V, Brussels, 1998. J. Desmyter, Y. Martin, De milieu-impact van bouwmaterialen en gebouwen, WTCB(winter 2001) 3-13. BRE - website: http://www.bre.co.uk/service.jsp?id=51, 2006. Katholieke Universiteit Leuven en Universiteit Gent, Ontwikkeling van levenscyclusoptimalisatie van extreme lage energie en lage pollutiewoningen (EL²EP residential buildings), IWT/GBOU/020212, 1/10/2002-30/9/2006. Nationaal instituut voor de Statistiek, Gebouwenpark volgens het kadaster (situatie 1-1-2005), NIS, Brussel, 2005. TRNSYS The Transient Energy System Simulation Tool - website: http://www.trnsys.com/. EPB, Bepalingsmethode van het peil van primair energieverbruik van woongebouwen - Bijlage 1, http://www2.vlaanderen.be/ned/sites/economie/energiesparen/epb/doc/bijlage1e pb.pdf, 2005, p. 70. COMIS Multizone Air Flow Model - website: http://epb.lbl.gov/comis/. G. Verbeeck (KUL-LBF), Persoonlijke communicatie, 2005/2006. R. Frischknecht, N. Jungbluth, Ecoinvent: Overview and Methodology, 2004, p. 75. P. O. Fanger, Thermal Comfort, Danish Technical Press, Copenhagen, 1970. EL²EP studie, Tweede technische jaarverslag EL²EP-woningen: januari 2004december 2004, 32 pp. EL²EP - Verslag halfjaarlijkse vergadering met gebruikerscommissie en onderzoeksleden op 1 december 2004, 9. H.V.L. Jo Dewulf, Concrete duurzame technologie, Het Ingenieursblad 3(2001) 4251. A. Lapkin, L. Joyce, B. Crittenden, Framework for Evaluating the "Greenness" of Chemical Processes: Case Studies for a Novel VOC Recovery Technology, Environ. Sci. Technol. 38(2004) 5815-5823. G. Steiner, W. Stark, H. Pilz, H. Hutterer, Analysis of the Fundamental Concepts of Resource Management, GUA -Gesellschaft für umfassende Analysen GmbH, report for European Commission, Vienna, 2000, p. 54. K.H. Robert, B. Schmidt-Bleek, J.A. de Larderel, G. Basile, J.L. Jansen, R. Kuehr, P.P. Thomas, M. Suzuki, P. Hawken, M. Wackernagel, Strategic sustainable development - selection, design and synergies of applied tools, Journal of Cleaner Production 10(2002) 197-214. J. Dirckx, Exergieanalyse van gaszuiveringstechnieken, UGent, Gent, 2000, 107 pp. R. Frischknecht, Ecoinvent Data v1.1 (2004): From heterogenous databases to unified and transparent LCI data International Journal of Life Cycle Assessment 10(2005) 1-2. SimaPro LCA software - website: http://www.pre.nl/simapro/. ecoinvent centre (2005) ecoinvent data v1.2. Final reports ecoinvent 2000 No. 115. Swiss Centre for Life Cycle Inventories, Dübendorf, 2004, CD-ROM. website Ecoinvent: http://www.ecoinvent.ch/. R. Frischknecht, G. Rebitzer, The ecoinvent database system: a comprehensive web-based LCA database, Journal of Cleaner Production 13(2005) 1337-1343. R. Frischknecht, The ecoinvent Database - Reply to the Letter to the Editor of Schmidt & Jensen [Int J LCA 10 (2) 97], The International Journal of Life Cycle Assessment 10(2005) 166 - 167. G. Wall, Exergetics textbook, preliminary version, http://exergy.se/, 1998, 149 pp. C. Sanctorum, Algemene natuurkunde: thermodynamica, UGent, Gent, 2001, 193 pp.


144

[53] [54] [55] [56]

[57]

[58]

[59]

[60]

[61] [62] [63]

[64] [65] [66] [67] [68]

[69]

[70]

[71] [72] [73]

G. Wall, M. Gong, On exergy and sustainable development--Part 1: Conditions and concepts, Exergy, An International Journal 1(2001) 128-145. J. Szargut, D.R. Morris, F.R. Steward, Exergy analysis of thermal, chemical and metallurgical processes, Hemisphere Publishing Corporation, New York, 1988. G. Wall, Exergy conservation in the Swedish society, Göteborg, Sweden, 1986, p. 20. J. Szargut, A. Valero, W. Stanek, Towards an international reference environment of chemical exergy, proceedings ECOS 2005, Vol 1, Trondheim, Norway, 2005, pp. 409-417. B. De Meester, J. Dewulf, A. Janssens, H. Van Langenhove, An improved calculation of the exergy of natural resources for exergetic life cycle assessment (ELCA), submitted to Environmental Science & Technology, (2006). J. Dewulf, H Van Langenhove, B. Van De Velde, Exergy-based efficiency and renewability assessment of biofuel production, Environ. Sci. Technol. 39(2005) 3878-3882. R.L. Cornelissen, Thermodynamics and sustainable development, The use of exergy analysis and the reduction of irreversibility, Universiteit Twente, 1997, p. 170. Jo Dewulf, Herman Van Langenhove, J. Dirckx, Exergy analysis in the assessment of the sustainability of waste gas treatment systems, The Science of the Total Environment 273(2001) 41-52. Network of International Society for Low Exergy Systems in Buildings - website: http://www.lowex.net/, 2006. M. Shukuya, Warm exergy and cool exergy, Annual meeting building science section, Achitectural Institute of Japan, 1996, pp. 453-454. R. Frischknecht, ecoinvent report No. 16: Documentation of changes implemented in ecoinvent Data v1.2, Swiss Centre for Life Cycle Inventories, Dübendorf, 2005, 98 pp. ecoinvent, List of physical parameters of wood products, http://www.ecoinvent.ch/en/publikationen.htm, 2005. A. De Vos, Syllabus 'duurzame energie en rationeel energiegebruik', UGent, 2005, 175 pp. F.J.M. Huffmeijer, Levensduur van bouwproducten: praktijkwaarden, Stichting Bouwresearch, Rotterdam, 1995, 72 pp. EL²EP studie, Eerste technische jaarverslag EL²EP-woningen: januari 2003december 2003, 73 pp. Organisatie voor duurzame energie Vlaanderen VZW en Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, Brochure Warmtepompen voor woningverwarming, Brussel, 2004, 40 pp. Vlaams Energieagentschap - Vlaams ministerie van Leefmilieu, Natuur en Energie, Website energiesparen.be, http://www.energiesparen.be/duurzame_energie/warmtepomp.php, 2006. B. Sanner, C. Karytsas, D. Mendrinos, L. Rybach, Current status of ground source heat pumps and underground thermal energy storage in Europe, Geothermics Vol 32(2003) 579-588. A. Janssens, Syllabus Bouwfysica, UGent, 2003. Passiefhuis-Platform vzw, Brochure 'Wat is een passiefhuis', Berchem, 2005. Luk Vandaele, Dirk Van Orshoven, Geert Palmers, Achim Woyte, Werner Coppye, Hugo Hens, André Coene, Bernard Vandermarcke, K. Corthals, Bouwen, wonen en energie - Bijlage 1: Resultaten uit 'CD-ROM with energy consumption data, Leuven', (Laboratory for Building Physics, KU-Leuven, 2002), Vlaams Instituut voor Wetenschappelijk en Technologisch Aspectenonderzoek, 2004, 107 pp.


145

Exergie als indicator voor de duurzaamheid van gebouwen

Recommend Documents