ISOzero Meet- en Demonstratiewoning

Bouw en Installaties Van Mourik Broekmanweg 6 Postbus 49 2600 AA Delft

TNO-rapport

www.tno.nl

2006-D-R0546/B

T 015 276 30 00 F 015 276 30 23

ISOzero Meet- en Demonstratiewoning

Datum

17 juli 2006

Auteur(s)

Ir. B.J.M. van Kampen m.m.v. Ir. E.J. Bakker (ECN) Ir. W.A Borsboom Ir. C.J.W Cox Ir. C.P.J. M. Geelen Ing. H.P Oversloot

Exemplaarnummer Oplage Aantal pagina's Aantal bijlagen Opdrachtgever Projectnaam Projectnummer

35 99 8 Provincie Noord Holland ISOzero Meet-en Demonstratiewoning 006.40166

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, foto-kopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belang-hebbenden is toegestaan. © 2006 TNO

TNO-rapport | 2006-D-R0546/B |

2 / 99

Samenvatting Dit rapport beschrijft de resultaten van een onderzoek in de ISOzero Meet- en Demonstratiewoning in de ‘Stad van de Zon’ te Heerhugowaard. In deze woning is een nieuw en energiezuinig woonconcept met hoog comfort beproefd. Het concept bestaat uit een warmtepomp, een zonnestroomdak en energieopslag in de bodem onder de woning en in de tuin, gecombineerd met een luchtverwarmingsysteem. Daarnaast is de woning een demonstratie object voor kennisoverdracht naar de vele geïnteresseerde partijen (bedrijven, overheids- en onderwijsinstellingen). Het project beoogt kennis te verwerven die nodig is om op termijn een nulenergie woningconcept te realiseren met als randvoorwaarden een goed comfort tegen geringe meerkosten en daarmee bereikbaar te maken voor de seriematige woningbouw. De te verwerven kennis heeft zowel betrekking op de installatie als op de bouwtechniek. Voor de deelnemende partijen is het doel om ervaring met dit woonconcept op te doen en meer bekendheid te geven aan de innovaties die in de ISOzero woning zijn toegepast en onderzocht. De belangrijkste resultaten van dit project zijn: Het comfort in de woonkamer over de winterperiode 2005-2006 is redelijk tot goed. De projectgroep heeft zich hierbij overigens gecommitteerd aan de (strenge) definitie van TNO waarbij lucht- en stralingstemperatuur, luchtsnelheid, temperatuurgradiënt en vloertemperatuur in aanmerking zijn genomen. In de achterslaapkamer (gelegen aan de zuidzijde) is tijdens de nachtverlagingsperiode het comfort goed. Overdag wordt de slaapkamer echter te warm. Hierbij moet worden aangetekend dat wel aan de voorgeschreven verwarmingscapaciteit wordt voldaan. De oorzaak hiervan ligt dan ook niet bij de installatie maar bij de goede isolatie en kierdichting in combinatie met directe zoninstraling en interne warmtestromen naar de slaapkamers. Ondanks het ongebruikelijk lange winterseizoen van 2005-2006 blijkt de brontemperatuur slechts 2 ºC is gedaald ten opzichte van de start van het stookseizoen. Uit de bodemsimulatieberekening is bovendien gebleken dat het temperatuurverloop van de bodem over een periode van 10 jaar al na het eerste jaar stabiel is. Het elektriciteitsverbruik van de ISOzero woning is aan de hoge kant. De oorzaken hiervoor moeten nog nader worden onderzocht . Het zonnestroomsysteem op het dak van de ISOzero woning heeft in 2005 3070 kWh aan elektriciteit geleverd. Dit is iets meer dan verwacht. Hiervan is een groot deel (ruim 2/3) direct aan de woning geleverd en de rest aan het elektriciteitsnet. De koelresultaten in de zomer periode zien er prima uit. De capaciteit van het systeem is ruim voldoende. Zelfs tijdens de hittegolfperiode (van 20 t/m 25 juni 2005) bleek de gemiddelde binnentemperatuur in de ISOzero woning niet boven de 25ºC te komen bij een buitentemperatuur van 33ºC (zonder condensproblemen en zonder gebruik van buitenzonwering). Wel ontstaan er problemen bij directe zoninstraling zoals regelmatig in de achterkamer plaatsvindt. Het elektriciteitsverbruik van koelen via de lucht als via de vloer is vergelijkbaar en ligt op een niveau van gemiddeld 6 à 7 kWh per zomerdag.


3 / 99

Op basis van de tot nu toe opgedane ervaringen met betrekking tot het ISOzero project kunnen de volgende aanbevelingen worden gedaan. Om te voorkomen dat de slaapkamers (ook in de winter) te warm worden is het aan te bevelen een of meer van de volgende maatregelen te nemen: ontwerptemperatuur op 18ºC stellen, zonwerend glas plaatsen aan de zuidoost kant van de woning, standaard buitenzonwering plaatsen en/of woning met overstek ontwerpen om (top)zoninstraling weg te halen en een bypass op de warmteterugwinning uit de ventilatielucht plaatsen (alleen onder zomercondities actief). Door het toepassen van adequate zonwering kan tevens de benodigde koelenergie flink worden gereduceerd. Ook het te installeren koelvermogen kan flink naar beneden (met circa 30%). Wel zal dan in de zomer minder warmte aan de bodem worden toegevoerd waardoor wellicht de bodem niet volledig geregenereerd wordt. De vloertemperatuur in het winterseizoen kan verhoogd worden door de vloerisolatie te verhogen naar Rc=3 of meer. Ook het aanbrengen van vloerbedekking kan enige verbetering brengen. Om zowel in de woonkamer als in de slaapkamers de temperatuur apart te kunnen regelen, verdient het aanbeveling om het luchtverwarmingsysteem in aparte compartimenten (inblaasunits) onder te verdelen. Ook dient dan de woning bouwkundig geheel of gedeeltelijk te worden gecompartimenteerd. Naast een aanzienlijke verbetering van het bewonerscomfort zou dit de ISOzero woning een flinke meerwaarde geven ten opzichte van de woningen die met een reguliere CV-installatie worden verwarmd. Uit de warmtebalansberekening is gebleken dat een bypass op de warmteterugwinning uit de ventilatielucht onder zomercondities een aanzienlijke besparing kan opleveren. Aanbevolen wordt om de effecten van deze maatregel via monitoring in de praktijk daadwerkelijk te onderzoeken Optimalisatie aan de CV- en bronzijdige pomp, regelingen (zowel voor WP als installatie) en de Elan luchtbehandelingsunit kunnen een elektriciteitsbesparing opleveren van circa 950 kWh per jaar. Uit bodemsimulaties is gebleken dat bij de huidige ISOzero woning het temperatuurverloop van de bodem al na het eerste jaar stabiel is. Bij meerdere woningen naast elkaar in gelijke uitvoering zou de bodemtemperatuur niet meer stabiel kunnen zijn maar langzaam tot de kritische bevriezingsgrens kunnen dalen. Een mogelijke oplossing hiervoor is om de bodemwarmtewisselaars om en om in de voortuin en achtertuin aan te brengen. Uitgaande van de toepassing van een actief of passief koelsysteem komen de meerkosten van de W-installatie van de ISOzero woning uit op ruim 12.000 Euro. Hierbij moet bedacht worden dat met de installatie in de ISOzero woning in de zomer gekoeld kan worden hetgeen een extra comfortvoordeel oplevert ten opzichte van een vergelijkbare woning met een reguliere installatie. Bovendien kunnen de meerkosten door een efficiënter ontwerp en montage verder omlaag.


4 / 99

De bij dit project betrokken partijen zijn het erover eens dat de installaties zoals uitgevoerd in de ISOzero Meet- en Demonstratiewoning een hoog comfort kunnen leveren. De van toepassing zijnde meerkosten zijn echter (nog) hoog en verdere optimalisatie van de complete installatie is dan ook noodzakelijk Om tot verdere optimalisatie van het ISOzero-concept te komen is naar aanleiding van dit onderzoek op uitnodiging van VPO op 29 maart 2006 en onder leiding van TNO een groot aantal partijen bij elkaar gekomen om te brainstormen over verdere ontwikkeling van het ISOzero concept. Hieruit is een viertal aantrekkelijke onderzoeklijnen uit de bus gekomen. Rond deze onderwerpen hebben zich groepjes van enthousiaste marktpartijen en onderzoeksinstellingen geformeerd om de aanbevelingen uit dit rapport alsmede deze nieuwe uitdagingen te concretiseren. Tenslotte is er een inventarisatie gemaakt van zogenaamde energieneutrale woningbouwprojecten en hierin voorkomende knelpunten om te komen tot energieneutraliteit. Na analyse van de energiebalans van de ISOzero woning en het doorrekenen van enkele woningvarianten zijn concrete maatregelen voorgesteld om het ISOzero concept richting energieneutraliteit te veranderen. Al deze voornamelijk op vraagreductie gerichte maatregelen samen kunnen een verlaging van het elektriciteitsverbruik opleveren van circa 2250 kWh. De totale jaarlijkse energievraag komt daarmee uit op 4690 kWh. Het grootste deel van deze maatregelen kan worden toegepast met geringe tot zeer geringe meerkosten ten opzichte van het huidige concept. Van deze energievraag wordt 3000 kWh door de PV-panelen geleverd zodat met een restverbruik van 1690 kWh per jaar energieneutraliteit in zicht komt. Het project is financieel ondersteund door de provincie Noord Holland


5 / 99

Inhoudsopgave 1

Inleiding .......................................................................................................................... 7

2 2.1 2.2 2.3

Projectbeschrijving........................................................................................................ 8 Doelstelling...................................................................................................................... 8 Organisatie....................................................................................................................... 8 Onderzoeksperiode .......................................................................................................... 9

3

ISOzero Meet- en demonstratiewoning...................................................................... 10

4

Aanpak en uitvoering van het onderzoek .................................................................. 11

5 5.1 5.2 5.3

Resultaten verwarmingsprestaties ............................................................................. 14 Winter 2004-2005 .......................................................................................................... 14 Winter 2005-2006 .......................................................................................................... 16 Samenvatting ................................................................................................................. 21

6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

Resultaten Koelprestaties............................................................................................ 22 Centraal koelsysteem via lucht ...................................................................................... 22 Centraal koelsysteem via vloer ...................................................................................... 27 Invloed zonwering in achterslaapkamer ........................................................................ 30 Energiegebruik van de koelsystemen............................................................................. 32 Samenvatting ................................................................................................................. 33

7 7.1 7.2

Optimalisatie ................................................................................................................ 34 Warmtebalans ................................................................................................................ 34 Bodemdimensionering ................................................................................................... 35

8 8.1 8.2

Kostenaspecten............................................................................................................. 37 Kosten installaties .......................................................................................................... 37 Elektriciteitsverbruik ..................................................................................................... 38

9 9.1 9.2 9.3

Kennisoverdracht......................................................................................................... 40 Kennisoverdracht naar MKB-bedrijven......................................................................... 40 Kennisoverdracht naar onderwijsinstellingen................................................................ 41 Overige Kennisoverdrachtactiviteiten ........................................................................... 42

10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7

Toekomstverkenning ................................................................................................... 44 Inventarisatie energieneutrale woningen ....................................................................... 44 Knelpunten in bestaande projecten ................................................................................ 46 De energiebalans............................................................................................................ 46 ISOzero concept richting energieneutraal...................................................................... 49 Energieneutrale parkstad in de toekomst ....................................................................... 51 Vervolg op ISOzero project........................................................................................... 52 Informatiebronnen ......................................................................................................... 53

11 11.1 11.2

Conclusies en aanbevelingen....................................................................................... 55 Conclusies...................................................................................................................... 55 Aanbevelingen ............................................................................................................... 57


6 / 99

12

Referenties .................................................................................................................... 60

13

Verantwoording ........................................................................................................... 61 Bijlage(n) A Legenda voor de meetpunten bij de grafieken B Comfortbeoordeling C TNO briefrapport 2005BRR/6: Second opinion warmtepomp systeem ISO-ZERO meet- en demonstratiewoning in de Stad van de Zon D Infraroodopname van de ISOzerowoning E Bijdrage relatieve en absolute vochtigheid F Numerieke simulaties Warmtebalans ISOzero woning G Numerieke simulaties Bodemdimensionering H Lijst met Publicaties over de ISOzero woning


1

7 / 99

Inleiding Dit rapport beschrijft de resultaten van een onderzoek in de ISOzero Meet- en Demonstratiewoning in de ‘Stad van de Zon’ te Heerhugowaard. In deze woning is een nieuw en energiezuinig woonconcept met hoog comfort beproefd (zie figuur 1). Het concept bestaat uit een warmtepomp, een zonnestroomdak en energieopslag in de bodem onder de woning en in de tuin, gecombineerd met een luchtverwarmingsysteem. Met dit systeem is het mogelijk om de overtollige zomerwarmte in de bodem op te slaan. In de winter kan deze opgeslagen warmte nuttig gebruikt worden. En in de zomer wordt hiermee het comfort gediend omdat de woning gekoeld wordt. Hiermee wordt tegemoet gekomen aan de toenemende vraag naar woningkoeling in de zomer. Het toegepaste comfortsysteem is geschikt voor grootschalige toepassing bij seriematige woningbouw. Aan dit verwarming- en koelingsysteem is in de periode van september 2004 tot en met maart 2006 onderzoek verricht. Hierbij zijn zowel de comfortaspecten (bij verwarmen en koelen) bekeken alsook de volledige energiehuishouding van de woning in beschouwing genomen. Daarnaast is de woning een demonstratie object voor kennisoverdracht naar de vele geïnteresseerde partijen (bedrijven, overheids- en onderwijsinstellingen). Het project is financieel ondersteund door de provincie Noord Holland

Figuur 1: ISOzero Meet- en Demonstratiewoning in Heerhugowaard waarin de metingen aan de klimaatinstallatie zijn uitgevoerd


2

Projectbeschrijving

2.1

Doelstelling

8 / 99

Het project beoogt kennis te verwerven die nodig is om op termijn een nulenergie woningconcept te realiseren met als randvoorwaarden een goed comfort tegen geringe meerkosten en daarmee bereikbaar te maken voor de seriematige woningbouw. De te verwerven kennis heeft zowel betrekking op de installatie als op de bouwtechniek. Voor de deelnemende partijen is het doel om ervaring met dit woonconcept op te doen en meer bekendheid te geven aan de innovaties die in de ISOzero woning zijn toegepast en onderzocht. Zie voor een uitvoerige beschrijving de projectaanvraag die is ingediend bij het Provinciaal Afvalstoffenfonds van de Provincie Noord-Holland [1] . 2.2

Organisatie Voor de aansturing en uitvoering van het project is een projectteam samengesteld (zie figuur 2) waaraan de projectpartners VOS’ Projectontwikkeling (VPO), J.en P. Schouten Installatietechniek (JPS), Brink Climate Systems en de onderzoeksinstituten ECN en TNO hebben deelgenomen, met medewerking van de bedrijven Koppen Vastgoed, Nordic Europe en Bodembelang die nauw bij het beheer, de levering en installatie van de toegepaste componenten van de ISOzero woning zijn betrokken. Dit projectteam is in een frequentie van eenmaal per 6 weken bij elkaar gekomen om de stand van zaken van het project te bespreken, de voortgang te controleren en nieuwe afspraken te maken. Het projectteam stond onder voorzitterschap van Willem Koppen namens VPO. Als input voor deze projectbijeenkomsten werd door TNO een rapportage opgesteld van de meetresultaten van de daaraan voorafgaande periode. En de bevindingen en leerpunten die hieruit getrokken konden worden zijn vastgelegd in de Bevindingen- en Aanbevelingenlijst [2]. Op basis hiervan zijn gedurende het project de prestaties van de klimaatinstallatie van de ISOzero op de voet gevolgd en geoptimaliseerd. Bovendien is deze lijst mede benut als basis voor kennisoverdracht van de ervaringen die in dit project zijn opgedaan. Indien gewenst zijn de meetrapporten, overlegverslagen en Bevindingen- en Aanbevelingenlijst op te vragen bij TNO als penvoerder van het project. Daarnaast hebben veelvuldig bilaterale contacten plaatsgevonden tussen de projectpartners om de dagelijkse zaken met betrekking tot de uitvoering van het project te bespreken en in goede banen te leiden.


9 / 99

Figuur 2: Het projectteam bijeen voor overleg 2.3

Onderzoeksperiode Het onderzoek is uitgevoerd in de periode van september 2004 tot en met maart 2006. Aanvankelijk was het de bedoeling om eind december 2005 te stoppen maar omdat er over het winterperiode 2004-2005 onvoldoende representatieve meetresultaten beschikbaar waren is bij de provincie Noord Holland verlenging van de onderzoeksperiode aangevraagd en verkregen [3].


3

10 / 99

ISOzero Meet- en demonstratiewoning In de Stad van de zon” te Heerhugowaard heeft Vos’Projectontwikkeling (VPO) seriematige en energiezuinige nieuwbouwwoningen gerealiseerd. In 2003 is een van deze woningen beschikbaar gekomen als ‘proeftuin’ voor onderzoek aan nieuwe duurzame energietechnieken. Deze proefwoning heeft de naam ISOzero Meet en Demonstratiewoning gekregen (zie figuur 3). Deze woning is uitgevoerd met een voldak zonnestroomsysteem van circa 3400 Wpiek, een indirect gestookte luchtverwarmingsunit en een modulerende, reversibele warmtepomp met een gesloten bodembron voor warmteopslag. De hele klimaatinstallatie wordt aangedreven door elektriciteit uit het zonnestroomsysteem, aangevuld met elektriciteit uit het net. De woning heeft dus geen gasaansluiting. Het unieke van deze woning schuilt in de combinatie van de toegepaste technieken. Via het zonnestroomdak wordt zonlicht omgezet in elektriciteit waarmee, naast de normale huishoudelijke behoefte, ook de warmtepomp wordt aangedreven. Dit warmtepompsysteem haalt in de winter de energie voor luchtverwarming en warmwatervoorziening uit de bodem onder de woning en de tuin en in de zomer doet hij, afgezien van de warmwatervoorziening, juist het omgekeerde, d.w.z. warmte uit de woning wordt met de warmtepomp teruggevoerd naar de bodem (‘regeneratie’). Op deze wijze wordt de woning ‘automatisch’ gekoeld in de zomer. Vooral dit laatste is een aanzienlijke verbetering van het wooncomfort omdat vooral in de huidige goedgeïsoleerde en kierdichte nieuwbouwwoningen de temperatuur in de zomer flink kan oplopen.

Figuur 3: Voor- en achteraanzicht van de ISOzero Meet- en demonstratiewoning in de Stad van de Zon’ te Heerhugowaard


4

11 / 99

Aanpak en uitvoering van het onderzoek Allereerst is door JPS een ontwerp gemaakt van de installatie bestaande uit een Fuerda modulerende warmtepomp (geleverd door Nordic) als het centrale hart van het systeem. Daaraan is een zogenaamde ‘luchtbatterij’ gekoppeld die de geproduceerde warmte overdraagt van water naar de lucht en vervolgens via het luchtverwarmingssysteem (van Brink) de woon- en slaapkamers in wordt geblazen. De warmte die door de warmtepomp wordt geleverd, wordt via een bodemwarmtewisselaar onder de woning en de tuin (6 dubbele U-buizen die tot een diepte van circa 35 meter in de grond zijn gebracht door de firma Bodembelang) aan de grond onttrokken en op het gewenste temperatuurniveau gebracht voor verwarming van de woning in de winter (zie figuur 4 voor schematische voorstelling). In de zomer wordt de warmtepompcyclus omgedraaid en wordt juist warmte aan de woning onttrokken en via de warmtewisselaar toegevoerd aan de bodem. Dit heeft drie voordelen (1) de bodem wordt niet uitgeput maar in de zomer ‘geregenereerd’, d.w.z. weer op ‘normale’ temperatuur gebracht van circa 10ºC gebracht en (2) in de zomer wordt de woning ‘automatisch’ gekoeld waardoor het wooncomfort aanzienlijk toeneemt en (3) er wordt, indien gewenst, warm tapwater aangemaakt. Naar behoefte kan gekozen worden voor ‘vrije’ koeling (rechtstreekse koeling vanuit de bron) of actieve koeling (koeling door/via het warmtepompsysteem). Op deze wijze wordt de woning duurzaam en tegen geringe meerkosten in de zomer gekoeld.

Meet- en regeltechniek J. en P. Schouten Fuerda Integra Warmtepomp

Boiler

Buitenlucht Warmwater

Brink Renovent HR WTW-unit

Koudwater invoer

Warmtepomp

Retourlucht uit keuken, badkamer en toilet

Brink Elan Luchtverhitter

Retourlucht uit woning

Wilo Stratos Circulatiepomp Inblaaslucht woning

Warmtepomp met luchtverwarming en ventilatie met warmteterugwinning. Koelmogelijkheid naar keuze door passieve koeling (zeer energiezuinig) of door actieve koeling (voor optimaal comfort).

Figuur 4: Schematische weergave van installatie van de ISOzero woning De modulerende warmtepomp wordt elektrisch aangedreven en de elektriciteit hiervoor wordt voor een deel geleverd door de zonnestroompanelen die op het dak aan de zuidoost kant van de woning zijn gemonteerd (zie figuur 5). Dit zonnestroomsysteem is


12 / 99

gekoppeld aan het elektriciteitsnet, d.w.z. als er op een zonnige dag meer elektriciteit wordt geleverd dan nodig is, wordt het overschot aan het net afgegeven en kan dus elders worden gebruikt, en als er op een bewolkte dag te weinig elektriciteit beschikbaar is, wordt de ontbrekende elektriciteit door het net geleverd.

Figuur 5: Foto van het zonnestroomdak van de ISOzero woning Om de prestaties van dit nieuwe klimaatsysteem goed te kunnen volgen is door TNO een uitgebreid meetsysteem aangebracht. Dit systeem bestaat uit ruim 80 sensoren waarmee het volledige klimaat in zowel de woonkamer als de slaapkamers continu kan worden gevolgd (zie figuur 6 ). Om ook de complete energiebalans van de woning in kaart te brengen zijn sensoren aangebracht in de opwekking, distributie en afgifte van de installatie. Het complete meetsysteem kan via internet (met een adsl-verbinding) op afstand worden gevolgd door zowel TNO als de partners van het project. Voor TNO is dit een bijzonder project omdat voor het eerst zoveel meet- en comfortgegevens in deze frequentie (iedere 5 minuten nieuwe data) op afstand kunnen worden uitgelezen. De proeven zijn uitgevoerd in een onbewoonde woning. De warmteafgifte van de bewoners is gesimuleerd met warmteproducerende elektrische matjes. Ook het gebruik van warm tapwater is gesimuleerd door volgens een vast ‘normaal gebruik’ patroon de kraan te openen en te sluiten. Ook de kamerthermostaat is voor ‘normaal gebruik’ ingesteld.


13 / 99

Figuur 6: Opstelling in de woonkamer voor meting van het comfort, ook in de slaapkamers is een dergelijke meetopstelling aanwezig De installatie van het hierboven beschreven systeem heeft wat langer geduurd dan oorspronkelijk gepland. Eind december 2004 was de complete installatie en het meetsysteem gemonteerd zodat het systeem kon worden opgestart en de monitoring kon beginnen. Omdat de installatie nog niet voorzien was van een geschikte regeling werd het systeem voorlopig in continu verwarmingsbedrijf gezet en zijn de verwarmingsprestaties in de resterende winterperiode vanaf januari 2005 gemeten. In de daaropvolgende zomerperiode zijn de koelprestaties van de aanwezige koelsystemen in de woning gemeten, t.w. centrale koeling via de lucht en centrale koeling via de vloer in de woonkamer en de badkamer. Deze koelsystemen zijn beproefd in de ‘vrije’ variant (dus rechtstreeks vanuit de bodem). De actieve koelvariant (dus met tussenkomst van de warmtepomp) heeft om technische redenen (nog) niet tot bruikbare resultaten geleid. Dit is overigens ook niet noodzakelijk gebleken omdat in de ‘vrije’ koelstand de prestaties wat comfort en koelcapaciteit betreft al ruim voldoende waren. Vervolgens is met een goede regeling de verwarmingsinstallatie opnieuw in de daaropvolgende winterperiode beproefd. Om met dit goed werkende systeem een hele winterperiode te kunnen monitoren, is de onderzoeksperiode (met toestemming van de Provincie Noord Holland) verlengd tot eind maart 2006.


5

14 / 99

Resultaten verwarmingsprestaties Hier volgen de verwarmingsresultaten van de onderzochte winterperiodes 2004-2005 en 2005-2006 (zie Bijlage A voor legenda van de meetpunten bij de grafieken). Winter 2004-2005 Na het opstarten van de installatie en het meetsysteem eind december 2004 bleek er een aantal technische problemen te moeten worden opgelost zoals de adsl-verbinding die niet door de firewall van TNO kwam, RV-sensoren die defect bleken, een lekkend sifon van het warm tapwatersysteem en de bypass van de warmtepomp die water doorliet. Begin februari waren deze problemen verholpen en kwamen de eerste betrouwbare meetresultaten binnen. Dit resulteerde begin maart in het eerste overzicht van de meetdata over februari 2005. Om met name de comfortresultaten goed te kunnen beoordelen is door TNO een comfortnotitie (zie Bijlage B) opgesteld waarin grenswaarden zijn opgenomen waaraan de luchttemperatuur, luchtsnelheid e.d. moeten voldoen om het vereiste comfortniveau in de woning te halen. De projectgroep heeft zich aan deze (strenge) definitie van het comfort gecommitteerd. Op basis hiervan is een comfortindicator opgesteld die elk moment van de dag een beoordeling van het comfort geeft. De belangrijkste bevindingen uit deze beperkte winterperiode dat het systeem in bedrijf was, zijn: •

De temperatuur van de bodem blijft na een terugval van circa 11 naar 8ºC in begin februari redelijk stabiel. Aan het einde van februari is in korte tijd een snelle terugval waargenomen naar circa 5ºC (zie figuur 7). In de daarop volgende maanden is de temperatuurweer langzaam opgelopen en gestabiliseerd op circa 10ºC. Bron temperatuur februari 12 10 temperatuur

5.1

8 1TT01

6

1TT02

4 2 0 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 dag

Figuur 7: Verloop van brontemperatuur gedurende de maand februari 2005 (op de horizontale as staat de doorlopende dagnummering vanaf 1 januari 2005 weergegeven) •

De slaapkamers blijken te warm te zijn: de temperatuur ligt soms ruim boven de 20ºC terwijl het (winter)comfortgebied hiervoor 16 tot 20ºC is (zie figuur 8). Hierbij moet worden aangetekend dat wel aan de voorgeschreven verwarmingscapaciteit (20ºC in zowel slaapkamer als woonkamer bij een


15 / 99

buitentemperatuur van -10ºC) wordt voldaan. Dit is bestekmatig voorgeschreven en ligt dus niet aan de installatie. Het elektriciteitsgebruik blijkt aan de hoge kant te zijn. Oorzaak hiervan is het feit dat de installatie nog niet goed geregeld wordt (er wordt continu op een vaste retourtemperatuur van de warmtepomp geregeld en de pompen zijn constant ingeschakeld). Bovendien moet de installatie nog geoptimaliseerd worden. Delen van de installatie (vooral de pompen) maken hinderlijk geluid

•

•

Om systematisch aan verbetering van het systeem te kunnen werken zijn deze constateringen opgenomen in een Bevindingen- en Aanbevelingslijst [2] en uitgebreid besproken in het projectgroepoverleg. Veel zaken konden al snel worden verholpen zoals het reduceren van het geluidsniveau. Veel knelpunten konden worden verklaard door het ontbreken van een adequate regeling van het systeem. Met een adequate regeling kan zowel de temperatuur alsook het energiegebruik beter in de hand worden gehouden. Om te controleren of de hoge temperatuur in de slaapkamers veroorzaakt wordt door het verwarmingssysteem is medio maart een proef gehouden met het sluiten van de inblaasroosters in de slaapkamers. Dit bleek nauwelijks effect te hebben op het temperatuurniveau zodat de conclusie gerechtvaardigd is dat niet de installatie maar de goede isolatie en kierdichting in combinatie met directe zoninstraling en interne warmtestromen naar de slaapkamers oorzaken zijn van de hoge temperaturen. Mogelijke oplossingen hiervoor zijn compartimentering van het luchtinblaassysteem in combinatie met koeling en het aanbrengen van zonwering en/of zonwerend glas. Aansluitend moet dan ook de woning worden gecompartimenteerd door het isoleren van de verdiepingsvloeren. dag 58 comfortindicator 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11

12

13

14 15

16

17

18 19

20

21

22 23

24

uur 6S01

Figuur 8: Voorbeeld van het verloop van het comfort in de achterslaapkamer gedurende een dag (27 februari 2005) volgens de comfortindicator (1 is goed, 0 is slecht). Duidelijk is te zien dat tussen 11 en 17 uur het comfort is afgenomen door het (te) hoog oplopen van de luchttemperatuur in de slaapkamer. Dit blijkt het gevolg te zijn van zoninstraling. Een tweede onderzoeksvraag is of de capaciteit van het verwarmingssysteem voldoende is om, ook onder extreme winteromstandigheden, de woning goed te verwarmen. Om dit te controleren is enerzijds een opwarmproef gedaan (woning flink laten afkoelen en


16 / 99

daarna warm stoken) en anderzijds door TNO een Second Opinion Studie uitgevoerd naar de capaciteit van het systeem (zie Bijlage C). De opwarmproef is begin maart uitgevoerd. De proef is gestart bij een buitentemperatuur van circa 6ºC nadat de installatie in de woning gedurende het voorafgaande zeer koude weekend (tot -10 ºC ) is stilgezet. Het resultaat was positief want de woning bleek in 2 uur opgewarmd te zijn tot 20ºC. Bovendien werd hiervan 1 uur vertraging veroorzaakt doordat eerst het warmwatersysteem werd opgewarmd (voorrangspositie). Alleen de vloertemperatuur bleef achter. Oplossing hiervoor is wellicht het aanbrengen van een vloerbedekking en een hogere vloerisolatie van de begane grond (dan de gehanteerde Rc=2,5).

5.2

Winter 2005-2006 Hoewel er in deze winterperiode ook enige problemen zijn geweest met de installatie zijn er voldoende meetgegevens beschikbaar gekomen om een beoordeling te geven van de werking van de installatie. Opmerkelijk hierbij was een koudedip in de luchttemperatuur van de woonkamer die optrad tegen middernacht (inblaastemperatuur circa 12 0C). Het kostte enige moeite om de oorzaak hiervan te vinden en tot een oplossing te komen maar uiteindelijk is het euvel verholpen (zie ook Bijlage D).

Energiemetingen In tabel 1 is een overzicht gegeven van de energieprestaties van de installatie. Deze zijn uitgedrukt in de Performance Factor welke een maat is voor het rendement van de installatie:

PF =

nuttig aangewende energie toegevoerde elektrische energie

Een tweede maatstaf is de Primary Energy Ratio (PER) waarbij de toegevoerde elektrische energie is teruggerekend naar primaire energie (dus inclusief het energieverlies dat optreedt bij de productie van elektriciteit, factor 0,39). De relatie tussen de Performance Factor en de Primary Energy Ratio is: PER=0,39 x PF. In deze energieprestatie indicatoren is overigens geen rekening gehouden met het oplossen van de koudedip. Dit zal naar eerste inschatting een verbetering van de PF en PER geven van 5 à 10 %. In tabel 1 is een overzicht gegeven van de PER en PF waarden voor het stookseizoen (november 2005 t/m maart 2006). Tabel 1: Overzicht PF en PER voor winterperiode 2005-2006 Maanden November 2005 December 2005 Januari 2006 Februari 2006 Maart 2006

PF 2,41 2,21 2,38 2,40 2,27

PER 0,940 0,864 0,930 0,934 0,884

Gemiddelde over winterperiode

2,33

0,909


17 / 99

Voor het gehele stookseizoen komt de PF waarde gemiddeld op 2.33. Omgerekend naar primaire energie resulteert dit in een efficiency van 0.91. Deze lage performance ontstaat door het relatieve hoge elektriciteitsverbruik van de installatie. Circa 10% van het totale elektriciteitsverbruik van de warmtepomp wordt veroorzaakt door de frequentieregelaar van de warmtepomp, de bronpomp neemt ook circa 10% voor zijn rekening en de CV circulatiepomp vraagt circa 7%. Als we dit additionele verbruik voor regeling en pompen in mindering brengen op het totaalverbruik van de WP-installatie, komt de gemiddelde prestatie (ofwel COP waarde) over het stookseizoen van de warmtepomp uit op circa 3,15. Ondanks de ongebruikelijk lange winterperiode blijkt dat de brontemperatuur slechts 2ºC gedaald is ten opzichte van de start van het stookseizoen (starttemperatuur 13ºC en eindtemperatuur na winterperiode circa 11ºC), hoewel de steile daling aan het begin van de winter anders deed vermoeden (zie figuur 9). Als we kijken naar de totale netto hoeveelheid energie over het hele jaar (dus inclusief de koeling in de zomer) is er in de zomerperiode vanuit de installatie te weinig warmte teruggevoerd aan de bron om deze volledig te kunnen regenereren. Op basis van de gerealiseerde brontemperatuur aan het einde van de winter is er overigens geen aanwijzing dat de regeneratie onvoldoende is. Bovendien is nog geen rekening gehouden met de natuurlijke instroom van warmte. Ook de simulatieberekeningen aan de bodemopslagcapaciteit wijzen uit dat er op dat al na een jaar stabilisatie van de bodemtemperatuur optreedt (zie ook Hoofdstuk 7 Optimalisatie). Brontemperaturen en belasting stookseizoen 2005-2006 200.0

14.0

150.0

12.0 11.0

100.0

10.0 50.0

9.0 8.0

belasting[MJ]

temperatuur [C]

13.0

0.0

7.0 6.0 300

-50.0 350

400

450

dagnummer 0TT01

0TT02

1EW01

Figuur 9: Brontemperaturen en belasting over het stookseizoen. Comfortmetingen Als voorbeeld voor het gerealiseerde comfort in de winterperiode 2005-2006 is de maand januari eruit gelicht. Deze maand is representatief voor de betrokken winterperiode met een gemiddelde (dag)buitentemperatuur die uiteenloopt van circa – 2ºC tot +8ºC. Het comfort is over deze periode redelijk tot goed te noemen. Gemiddeld ligt het comfortniveau volgens de indicator op 0,8, met zowel uitschieters naar boven als naar beneden (zie figuur 10).


18 / 99

Comfort Januari 2006 woonkamer 1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2 5S01

31

30

29

27

26

25

23

22

21

19

18

17

15

14

13

11

9

10

7

6

5

3

2

1

0

Figuur 10: Verloop van het comfort in de maand januari 2006. De neerwaartse uitschieters worden voornamelijk veroorzaakt door de grote temperatuurgradiënt die in de woonkamer aanwezig is. De vloer bevindt zich vaak onder de minimale temperatuurgrens van 19ºC terwijl de gradiënt tussen 10 cm en 175 cm boven de vloer vaak meer dan 3ºC bedraagt. Alleen op zonnige dagen stijgt het comfort af en toe naar het maximum (1.0). Figuur 11 laat ter illustratie het verloop van de temperatuur op 27 januari 2006.

0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

temperatuur [C]

40 35 30 25 20 15 0

5

10

15

20

luchtsnelheid [m/s]

Comfort woonkamer dag 27

25

uur h=0.1 m 5TT01

h=0.6 m 5TT02

h=1.0 m 5TT03

h=1.75 m 5TT04

ZB h=1 5TT05

Tinblaas laag

Tinblaas hoog 5TT07

vloer 5TT08

luchtsnelheid h=0.1m 5V01

luchtsnelheid h=1.0 m 5V02

Figuur 11: Het verloop van de temperaturen op 27 januari 2006 in de woonkamer Het comfortverloop op deze dag is weergeven in figuur 12. Hierbij is het comfortverloop vanaf 8.00h van belang omdat daarvoor bewust nachtverlaging is toegepast en de temperaturen dus overwegend onder de comfortgrens vallen. Het comfort komt dus overdag vanwege de hiervoor genoemde effecten niet boven de 0.8.


19 / 99

Alleen op het einde van de dag neemt het comfort toe (zie piekje tussen 19.00 en 20.00h). comfort verloop dag 27 woonkamer 1 0.8 0.6 0.4 0.2

5S01

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Figuur 12: Het comfortverloop op 27 januari 2006 In de achterslaapkamer vallen de temperaturen tijdens de nachtverlagingsperiode binnen de gestelde comfortgrenzen en loopt de comfortindicator op tot een goed niveau van 0.9. Overdag zien we echter hetzelfde patroon als in de voorgaande winter, namelijk dat de slaapkamer te warm wordt (zie figuren 13 en 14). Zoals reeds in voorgaande metingen geconstateerd is dit effect inherent aan de toegepaste bouwwijze en het ontwerp van het verwarmingsysteem (zie ook blz. 13).

Slaapkamer achter dag 27 40

4.50E-03

temperatuur [C]

3.50E-03 3.00E-03

30

2.50E-03 2.00E-03

25

1.50E-03 1.00E-03

20

luchtsnelheid [m/s]

4.00E-03 35

5.00E-04 15

0.00E+00 0

5

10

15

20

25

tijd h=0.1 7TT01

h=0.6 7TT02

h=1.0 7TT03

h=1.7 7TT04

ZB h=1 7TT05

Tinblaas 7TT06

vloer 7TT07

luchtsnelheid 7v01

Figuur 13: temperatuurverloop van de temperaturen in de achterslaapkamer


20 / 99

comfort verloop dag 27 slaapkamer achter 1 0.8 0.6 0.4 0.2

7S01

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Figuur 14: het comfortverloop in de slaapkamer achter. Het verloop in de voorslaapkamer is vergelijkbaar met dat van achter, ’s nachts goed en overdag aan de warme kant. Koudedip Zoals aan het begin van dit hoofdstuk is aangegeven bleek er tegen middernacht koude lucht van circa 12ºC te worden ingeblazen in de woonkamer. Deze koudedip kan de oorzaak zijn van de geconstateerde hoge temperatuurgradiënt en de (te) lage temperatuur van de vloer. Het kostte enige moeite om de oorzaak hiervan te vinden en tot een oplossing te komen. Via onder meer de toegepaste infraroodtechniek zijn de warmtestromen in de woning en installatie in beeld gebracht en dat zette het projectteam op het juiste spoor voor de oplossing (zie Bijlage D). Oorzaak hiervan bleek een ongewenste waterstroom door de bypass van het warmtepompsysteem te zijn. Deze stroming kwam alleen voor als de CV-pomp uitgeschakeld was waardoor dit effect alleen tijdens de nachtverlaging zichtbaar was. Door het plaatsen van een extra klep kon deze ongewenste waterstroom en koudedip worden voorkomen, zie bijvoorbeeld het temperatuurverloop op 23 maart 2006 (figuur 15). Woonkamer dag 82 35 temperatuuur

30 25 20 15 10 0

6

12

18

24

uur 5TT01 h=0.1m

5TT02 h=0.6 m

5TT03 h=1.1m

5TT04 h=1.75 m

5TT05 ZB

5TT06 Tinblaas laag

5TT07 vloer

5TT07 Tinblaas hoog

Figuur 15: Temperatuurverloop in de woonkamer op 23 maart 2006. De koudedip tegen middernacht is geheel verdwenen


5.3

21 / 99

Samenvatting Samenvattend kan voor de opstartfase in de winter 2004-2005 worden gezegd dat door de afwezigheid van een adequate regeling van het systeem, de optredende kinderziektes en de betrekkelijk zachte winter, de resultaten (zowel voor wat betreft het comfort als het energiegebruik) niet representatief zijn voor een winterperiode. Om met een goed geregeld systeem nogmaals een winterperiode te kunnen meten is de onderzoekperiode verlengd met de winterperiode 2005-2006 zodat met een goed geregelde en functionerende installatie getest kon worden. Het comfort (volgens de afgesproken TNO definitie) over deze nieuwe winterperiode is redelijk tot goed te noemen. De neerwaartse uitschieters worden voornamelijk veroorzaakt door de grote temperatuurgradiënt die in de woonkamer aanwezig is en door de (te) lage temperatuur van de vloer. Mogelijke oorzaak hiervoor is de geconstateerde (en inmiddels opgeloste) koudedip tegen middernacht. In de achterslaapkamer vallen de temperaturen tijdens de nachtverlagingsperiode binnen de gestelde comfortgrenzen en loopt de comfortindicator op tot een goed niveau. Overdag zien we echter hetzelfde patroon als in de voorgaande winter, namelijk dat de slaapkamer te warm wordt Hierbij moet worden aangetekend dat wel aan de voorgeschreven verwarmingscapaciteit wordt voldaan. Dit is bestekmatig voorgeschreven en ligt dus niet aan de installatie. Het is dan ook aan te bevelen om bij een nieuw concept een lagere ontwerptemperatuur te kiezen (bijv. 18ºC) en de woning bouwkundig te compartimenteren door de verdiepingsvloer te isoleren. Ondanks de ongebruikelijk lange winterperiode blijkt de brontemperatuur slechts 2ºC gedaald ten opzichte van de start van het stookseizoen. Het elektriciteitsgebruik ten slotte blijkt aan de hoge kant te zijn. Oorzaak hiervan is het feit dat de installatie (in de eerste winterperiode) niet goed was geregeld en de installatie en componenten nog verder geoptimaliseerd en op elkaar moeten worden afgestemd. Aanbevolen wordt om deze optimalisatieslag in een volgend ontwerp uit te voeren.


6

22 / 99

Resultaten Koelprestaties Hier volgen de resultaten van de koelproeven die in de zomer van 2005 zijn uigevoerd. Hierbij zijn twee koelsystemen beproefd, t.w. centrale koeling via de lucht en koeling via de vloer in de woonkamer, beide in de ‘vrije koeling’ mode (dus rechtstreeks vanuit de bodem).

Centraal koelsysteem via lucht Het centrale koelsysteem van de ISOzero woning is beproefd in de periode van 17 juni t/m 7 juli 2005. Dit was een goede testcase voor het systeem omdat deze periode startte met een hittegolf waarbij de buitentemperatuur opliep tot 33ºC. Hier volgen de resultaten van deze proef. In de woonkamer is het comfort een aantal dagen lang redelijk constant binnen de vereiste comfortgrenzen (op ‘1’ dus goed), maar op andere dagen varieert het comfort tussen 0,5 en 1 (zie figuur 16). juni comfortindicator woonkamer

1

0.8

0.6

0.4

0.2 5S01

188

187

186

185

184

183

182

181

181

180

179

178

177

176

175

174

174

173

172

171

0 170

6.1

dagnr

Figuur 16: Het comfort in de woonkamer. De afname van het comfort wordt vooral veroorzaakt doordat ’s nachts de temperatuur te ver daalt. Bij nadere beschouwing blijkt dit veroorzaakt te worden door een verschil in ijking tussen de meetsensoren en de temperatuursinstelling van de regeling. Deze instelling blijkt 1,7ºC lager te liggen dan de werkelijke (door de meetsensoren gemeten) temperatuur. Als de thermostaat juist was ingesteld zou het comfort over nagenoeg de hele meetperiode goed zijn geweest. Omdat dit puur veroorzaakt wordt door een calibratie-afwijking is dit de technische werking van de installatie niet aan te rekenen. We gaan dan ook in de beoordeling van het comfort uit van de prestatie na correctie hiervoor. Verder zien we nog een viertal negatieve uitschieters. Deze worden veroorzaakt door een (te) hoge luchtsnelheid met tocht als gevolg. In de voorslaapkamer voldoet het comfort volledig aan de criteria die hiervoor zijn gesteld (zie figuur 17).


23 / 99

juni comfortindicator slaapkamer voor

1

0.8

0.6

0.4

0.2 6S01

188

187

186

185

184

183

182

181

181

180

179

178

177

176

175

174

174

173

172

171

170

0

dagnr

Figuur 17: Het comfort in de slaapkamer voor. Ook het comfortniveau in de achterslaapkamer is over het algemeen goed, alleen is er af en toe sprake van te hoge (stralings)temperaturen als de zon rechtstreeks binnenschijnt wat een negatief effect heeft op het comfort (zie figuur 18) . juni comfortindicator slaapkamer achter 1

0.8

0.6

0.4

0.2 7S01

188

187

186

185

184

183

182

181

181

180

179

178

177

176

175

174

174

173

172

171

170

0

dagnr

Figuur 18: Het comfort in de slaapkamer achter.

Een warme dag (24 juni 2005) De buitentemperatuur op een hittegolfdag (24 juni 2005) liep op tot 33ºC. Zoals uit figuur 19 blijkt, blijft ook onder deze uitzonderlijke omstandigheden de luchttemperatuur in de woonkamer tussen de 20 en 23°C. Kritisch zijn echter de luchtsnelheden, deze bevinden zich tegen de bovengrens van het comfortgebied (als gevolg van het benodigde koelvermogen).


24 / 99

0.16

31

0.14

29

0.12

27

0.10

25

0.08

23

0.06

21

0.04

19

0.02

17

Luchtsnelheid [m/s]

Temperatuur [°C]

Dag 175 Woonkamer 33

0.00 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Uur h=0.1m (5TT01)

h=0.6m (5TT02)

h=1.1m (5TT03)

h=1.75m (5TT04)

ZB - h=1m (5TT05)

T-inblaas laag (5TT06)

Vloertemperatuur (5TT08)

Luchtsnelheid h=0.1m (5V01)

Luchtsnelheid h=1.1m (5V02)

Dag 175 comfortindicator woonkamer voor 1

5S01

0.8

0.6

0.4

0.2

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Uur

Figuur 19: Het comfort, binnentemperaturen en luchtsnelheden in de woonkamer op een warme dag (24 juni 2005)


25 / 99

Ondanks de zoninstraling in de achterslaapkamer en het feit dat er geen zonwering aanwezig is, blijft de luchttemperatuur binnen de vereiste grenzen (zie figuur 20). Wel neemt rond het middaguur de stralingstemperatuur flink toe waardoor het comfort een halve punt moet inleveren. Dag 175 slaapkamer achter 35

0.009

33

0.008

Temperatuur [°C]

0.006 29 0.005 27 0.004 25 0.003 23

Luchtsnelheid [m/s]

0.007

31

0.002

21

0.001

19

0.000 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Uur h=0.1m (7TT01)

h=0.6m (7TT02)

h=1.1m (7TT03)

h=1.75m (7TT04)

ZB - h=1m (7TT05)

T-inblaas (7TT06)


Tamb(0TT03)

Luchtsnelheid (7V01)

Dag 175 comfortindicator slaapkamer achter 1 7S01 0.8

0.6

0.4

0.2

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Uur

Figuur 20: Het comfort, de temperaturen en luchtsnelheden in de achterslaapkamer op de warme dag


26 / 99

Op de hittegolfdag ziet het zomercomfort in de voorslaapkamer er ook goed uit (zie figuur 21). Aan het eind van de dag zien we een korte verhoging van de binnentemperatuur. Dit wordt veroorzaakt door zoninstraling aan de voorzijde van de woning op het einde van de dag. Dag 175 Slaapkamer-voor 0.06 27 0.05

Temperatuur [°C]

0.04 23

0.03 21

0.02

19

Luchtsnelheid [m/s]

25

0.01

17

15

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Uur h=0.1m (6TT01)

h=0.6m (6TT02)

h=1.1m (6TT03)

h=1.75m (6TT04)

ZB - h=1.1m (6TT05)

T-inblaas (6TT06)


Luchtsnelheid (6V01)

Dag 175 comfortindicator slaapkamer voor 1

6S01

0.8

0.6

0.4

0.2

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Uur

Figuur 21: Het comfort, de temperaturen en luchtsnelheden in de voorslaapkamer op de warme dag.

Vochtigheid Hoe is het tijdens het koelen met de luchtvochtigheid in de woning gesteld? De totale koelinstallatie (ventilatie + luchtbehandeling) blijkt een duidelijke invloed op relatieve luchtvochtigheid (RV) te hebben zoals in figuur 22 is te zien. Deze figuur laat zien • de RV in een ongekoelde woning als buitenlucht wordt toegevoerd (bijv. bij natuurlijke ventilatie)


•

27 / 99

en de RV in de ISOzero woning bij vrije koeling. Relatieve luchtvochtigheid

1

RV [%]

0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

5

10

15

20 dagen

25

30

35

40

RV aanvoer voor wtw RV inblaas na LB

Figuur 22: Verloop relatieve vochtigheid voor passeren wtw-unit en ingeblazen lucht Vanaf het moment dat de vrije koeling werkt (dag nr. 10 in figuur 20a) ligt de relatieve luchtvochtigheid van de ingeblazen lucht veelal boven de RV van de buitenlucht. Wel blijken de RV-pieken in de buitenlucht door het systeem te worden afgevlakt. Het feit dat de RV toeneemt, heeft te maken met de temperatuurdaling door het koelen (zie ook Bijlage E).

6.2

Centraal koelsysteem via vloer Het centrale vloerkoelsysteem is in de periode van 6 september tot 21 september 2005 beproefd. Hierbij wordt de vloer zonder tussenkomst van de warmtepomp (‘vrije’ koeling) met koud water vanuit de bodem gekoeld. De resultaten van deze proef worden weer gepresenteerd aan de hand van de comfortprestatie over de hele meetperiode en het temperatuurverloop in de woning op een warme dag (8 september 2005). Het verschil met de vorige proef (centrale koeling via lucht) is dat alleen de begane grond en de badkamer gekoeld worden aangezien er in de overige vertrekken geen slangennet in de vloer ligt. Verder wordt de woning via het aanwezige balansventilatiesysteem normaal geventileerd en is er geen vloerbedekking aangebracht op de begane grond. Overigens worden via koude-overdracht in de warmteterugwinunit ook de andere ruimten enigszins gekoeld. In figuur 23 zijn de comfortprestaties in de woonkamer en de achterslaapkamer weergegeven. Over de gehele periode is het comfort in de woonkamer goed, echter in de achterslaapkamer treedt het zoninstralingsprobleem in sterke mate op waardoor veel negatieve uitschieters in het comfort aanwezig zijn. Dit is echter het koelsysteem niet aan te rekenen omdat er in de slaapkamers niet gekoeld wordt.


28 / 99

comfortindicator woonkamer en slaapkamer achter 1.2

comfortindex

1 0.8 0.6 0.4 5S01 7S01

0.2 0 248

250

252

254

256

258

260

262

264

266

dag

Figuur 23: Het comfort met vloerkoeling in de woonkamer (rode lijn) en achterslaapkamer (paarse lijn)

Een warme dag (8 september 2005, meetdag 251) Ter illustratie van het temperatuurverloop op een warme dag is 8 september 2005 gekozen, een dag met veel zon en een buitentemperatuur van circa 26ºC. De zoninstraling op de achtergevel, de buitenluchttemperatuur en het comfort in de woonkamer op deze dag zijn weergegeven in de figuren 24 t/m 26 . dag 251 zonbelasting achterzijde 900

30

800

Zoninstraling [W/m2 ]

600

20

500 400

15

300 10

200 100

temperatuur [°C]

25

700

5

0 -100

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0

tijd [uur] temperatuur (0TT03)

zon(0EV02)

Figuur 24: Verloop zoninstraling op achtergevel (paarse lijn) en buitentemperatuur (zwarte lijn) op een warme dag (8 september 2005)


29 / 99

dag 251 comfort woonkamer 30 0.14

28

0.12

temperatuur [°C]

24

0.10

22 0.08

20 18

0.06

16

0.04

luchtsnelheid [m/s]

26

14 0.02

12 10

0.00 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 tijd [uur]

h=0.1m (5TT01)

h=0.6m (5TT02)

h=1.1m (5TT03)

h=1.75m (5TT04)

ZB h=1m (5TT05)

T inblaas(5TT07)

vloertemperatuur(5TT07)

luchtsnelheid h=0.1 (V01)

luchtsnelheid h=1.0(5V02)

Figuur 25: Verloop binnentemperaturen en luchtsnelheden in de woonkamer op een warme dag (8 september 2005)

dag 251 comfortindicator woonkamer 1.2

1

comfort

0.8

0.6 0.4

0.2 5S01 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 12

13 14

15 16 17

18 19

20 21 22

23 24

tijd [uur]

Figuur 26: Comfortbeoordeling in de woonkamer op warme dag Zoals blijkt uit deze figuren is het comfort in de woonkamer goed maar wel valt de gelaagdheid op tussen vloertemperatuur en de luchttemperatuur op een hoogte van 1,75m. Deze loopt op tot een temperatuurverschil van 4°C, maar voldoet nog wel aan de eis (< 3°C tussen 0,1 en 1,1 meter). Bovenin de woonkamer wordt de temperatuur duidelijk bepaald door de ingeblazen lucht. Het is daarom aan te bevelen om zeker bij vloerkoeling de lucht zowel boven als onder in te blazen. Tijdens de proefperiode is geen (gecondenseerd) vocht op de vloer geconstateerd.


Invloed zonwering in achterslaapkamer Aanvullend op de uitgevoerde proeven is ook nog een indicatieve test gedaan naar de invloed van het aanbrengen van (eenvoudige) binnenzonwering in de achterslaapkamer. In figuur 27 is te zien wat er in de achterslaapkamer gebeurt op een warme dag als er niet wordt gekoeld en geen zonwering aanwezig is. De ‘zwarte bol’ temperatuur loopt hoog op tot 38°C (bij een binnenluchttemperatuur van ruim 31°C)! Een en ander komt duidelijk in de comfortindicator tot uiting (zie figuur 28) dag 251 comfort achterslaapkamer 0.05 0.05 0.04

33 31 29

0.04

27 25

0.03

23 21 19

0.02

17 15

0.01

0.03

0.02

luchtsnelheid [m/s]

temperatuur[°C]

39 37 35

0.01

0.00 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 tijd [uur]

h=0.1m (7TT01)

h=0.6m (7TT02)

h=1.1m (7TT03)

h=1.75m (7TT04)

ZB h=1m (7TT05)

T inblaas(7TT06)


inblaas airco(X7TTub)

luchtsnelheid h=0.1 (7V01)

Figuur 27: Temperaturen en luchtsnelheid in de achterslaapkamer op een warme dag. dag 251 comfortindicator achterslaapk amer 1.2 1 temperatuur

6.3

30 / 99

0.8 0.6 0.4 0.2 7S01 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 uur

Figuur 28: Comfort indicator achterslaapkamer dag 251. Om de invloed van een eenvoudige zonwering te kunnen vaststellen is aan het eind van de proeven met de vloerkoeling op een vergelijkbare warme dag (met


31 / 99

buitentemperatuur van circa 27°C) nog een proef uitgevoerd. Hiertoe is in de slaapkamer het raam aan de binnenzijde met een witte doek afgeschermd. In de figuren 29 en 30 zijn de resultaten van deze proef weergegeven. In vergelijking met de onafgeschermde kamer is duidelijk het verschil in het verloop van de luchttemperatuur waar te nemen. De luchttemperaturen blijven nu onder de comfortgrens van 26°C en ook de ‘zwarte bol’ temperatuur ligt beduidend lager (27°C in plaats van 38°C!). Tevens is te zien dat de aanvangstemperatuur aan het begin van de dag lager ligt. Dit komt overeen met de verwachting aangezien door het weren van de zon minder energie de woning binnentreedt en dus minder warmte-accumulatie in de constructie optreedt. dag 266 comfort slaapkamer achter 30 0.14 28

0.12

temperatuur

0.10 26 0.08 24

0.06 0.04

22 0.02 20

0.00 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 uur

h=0.1m (7TT01)

h=0.6m (7TT02)

h=1.1m (7TT03)

h=1.75m (7TT04)

ZB h=1m (7TT05)

T inblaas(7TT06)


luchtsnelheid h=0.1 (7V01)

Figuur 29: Het verloop van binnentemperaturen op een warme dag in de achterslaapkamer waarvan het raam aan de binnenzijde is afgeschermd met een zonwerende doek. De luchttemperaturen blijven onder de comfortgrens van 26 °C.


32 / 99

dag 266 comfortindicator achterslaapk amer 1.2

temperatuur

1 0.8 0.6 0.4 0.2 7S01 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 uur

Figuur 30: Het comfort van de achterslaapkamer met binnenzonwering is goed Een geoptimaliseerd zonnescherm voorzien van een aluminium coating voor stralingsonderdrukking en buitenzonwering zal nog betere prestaties leveren. Ook het aanbrengen van zonwerend glas zou op dit punt verbetering kunnen brengen. Het nauwkeurig aantonen en kwantificeren van de effecten van deze zonweringproducten vergt echter een langere meetperiode en aangepaste meetopstelling.

6.4

Energiegebruik van de koelsystemen Naast een goed comfort is ook het energiegebruik warmee dit comfort gerealiseerd wordt van belang. Tabel 2 geeft een overzicht van het gemiddelde elektriciteitsverbruik per dag van de beide onderzochte koelsystemen

Tabel 2: Elektriciteitsverbruik van de onderzochte koelsystemen Koelsysteem

Elektriciteitsverbruik/dag

Luchtkoeling

kWh/dag 11 (7)

Vloerkoeling

3 (6)

Opmerkingen (..) = Gecorrigeerd voor onnodig verbruik pomp (..) = inclusief slaapkamers (schatting)

Op het eerste gezicht lijkt het vloerkoelingsysteem de meest zuinige manier van koelen. Hier is echter nogal wat op af te dingen want in dit geval werden alleen de begane grond en badkamer gekoeld. Als ook de slaapkamers hierbij komen zal uitgaande van ongeveer een verdubbeling van de te koelen ruimten, ook het elektriciteitsverbruik ruwweg verdubbelen en uitkomen op circa 6 kWh per dag. Bovendien blijkt bij nadere beschouwing van het verschil tussen binnen- en buitentemperatuur gedurende de proefperioden (= een maat voor te leveren koelprestatie) de vloerverwarming gemiddeld ruim 2 graden minder behoefde te koelen dan de andere opties. Voor de luchtkoeling is per dag circa 11 kWh nodig. Na de proef bleek echter de CV-pomp onnodig gedraaid te hebben. Als we hiervoor corrigeren komt het dagverbruik uit op circa 7 kWh. Als we


33 / 99

alle plussen en minnen van deze twee opties meewegen kunnen we per saldo stellen dat het energiegebruik van deze 2 koelsystemen vergelijkbaar is.

6.5

Samenvatting De koelresultaten in de zomer periode zien er prima uit. Tijdens de hittegolfperiode (van 20 t/m 25 juni 2005) bleek de gemiddelde binnentemperatuur in de ISOzero woning niet boven de 25ºC te komen bij een buitentemperatuur van 33ºC (zonder condensproblemen en zonder gebruik van buitenzonwering). Dit valt binnen de comfortgrenzen die voor de zomerperiode acceptabel zijn (volgens de afgesproken TNO definitie). Wel ontstaan er problemen bij directe zonnestraling zoals regelmatig in de achterkamer plaatsvindt. Dan kan de temperatuur tot boven de comfortgrenzen oplopen. Bij vloerkoeling kan nog worden aangetekend dat er in de te koelen ruimte een verticaal temperatuurverschil ontstaat van circa 4ºC maar dit voldoet nog wel aan de comforteis (<3°C tussen 0,1 en 1,1 meter). Bovenin de woonkamer wordt de temperatuur duidelijk bepaald door de ingeblazen lucht. Het is daarom aan te bevelen om zeker bij vloerkoeling de ventilatielucht zowel boven als onder in te blazen. Tijdens de proefperiode is geen (gecondenseerd) vocht op de vloer geconstateerd. De negatieve invloed van de zoninstraling is te ondervangen met een goedwerkend zonweringsysteem. Ook het aanbrengen van zonwerend glas zou op dit punt verbetering kunnen brengen. Het nauwkeurig aantonen en kwantificeren van de effecten van deze zonweringproducten vergt echter een langere meetperiode en aangepaste meetopstelling. Het elektriciteitsverbruik van de beide koelsystemen is vergelijkbaar en ligt op een niveau van gemiddeld 6 à 7 kWh per zomerdag. Vanaf het moment dat de vrije koeling werkt ligt de relatieve luchtvochtigheid van de ingeblazen lucht veelal boven de RV van de buitenlucht. Wel blijken de RV-pieken in de buitenlucht door het systeem te worden afgevlakt. Door de bezoekers van de ISOzero woning werd de luchtkoeling overigens meer als koeling 'gevoeld' dan de vloerkoeling. Omdat het hier om incidentele en subjectieve indrukken gaat is dit niet meegenomen in de beoordeling van het comfort.


7

34 / 99

Optimalisatie Om tot een verdere optimalisatie van de klimaatinstallatie in de ISOzero woning te komen is een simulatie uitgevoerd van de warmtebalans en de bodemdimensionering.

7.1

Warmtebalans Met het programma TRNSYS (versie 16) is een simulatie uitgevoerd van de warmtebalans in de ISOzero woning gedurende een referentie klimaatjaar. Een uitgebreide beschrijving hiervan is te vinden in Bijlage F. Onder de gedane aannames berekent het model een netto behoefte aan ruimteverwarming van 11,7 GJ/jaar. Dit is overigens exclusief het tapwaterverbruik. Voor het warm tapwaterverbruik zal uitgaande van een gemiddeld gezin ongeveer 11 GJ/jaar extra nodig zijn. Voor koeling is circa 7,5 GJ nodig. Naast deze ‘referentie situatie’ is met het model een aantal varianten doorgerekend. In tabel 3 zijn de resultaten hiervan weergegeven. Tabel 3: Effect varianten op warmtebalans Varianten Verwarming GJ/jaar Referentie (huidige ISOzero 11,7 woning) Zonwerend/extra isolerend glas 13,6 overal Zonwerend/extra isolerend glas 13,3 alleen aan tuinzijde Volledige bypass van de 11,8 Warmteterugwinning onder zomercondities Nachtverlaging (setpoint van 11,1 21 naar 15 ºC) Extra isolatie vloer (Rc 3,5) 11,0

Koeling GJ/jaar 7,5

Totaal GJ/jaar 19,2

% tov ref

3,8

17,4

- 9,4

4,4

17,7

- 7,8

4,6

16,4

-14,6

7,4

18,5

-3,6

8,3

19,3

+0,5

Hieruit kunnen we de volgende conclusies trekken: • Zonwerend/extra isolerend glas in heel de woning geeft een aanzienlijke verlaging van de koellast en een beperkte verhoging van de energiebehoefte voor verwarmen (door het minder benutten van de zoninstraling). Per saldo levert dit een reductie op in de energiebehoefte van de woning van 1,8 GJ. (= 9,4%). Bovendien zorgt afscherming van de directe zoninstraling voor een positief effect op het wooncomfort. • Een bypass op de warmteterugwinning uit ventilatielucht onder zomercondities levert een besparing in de energiebehoefte op van 2,8 GJ (= 14,6 %). • Minder effect hebben het toepassen van nachtverlaging en isoleren van de vloer; dit levert respectievelijk een besparing op van 3,5% en zelfs een kleine toename van 0,5%.


35 / 99

Van deze opties zijn dus het toepassen van zonwerend glas (of zonwering) en een bypass op de wamteterugwinning onder zomercondities de meest interessante. Door het aanbrengen van zonwering kan het benodigde energiegebruik flink worden gereduceerd doordat in de zomer de zon niet rechtstreeks kan instralen. Ook het te installeren koelvermogen kan flink naar beneden (van 2,7 kW naar 1,9 kW, ofwel circa 30%). Wel zal dan in de zomer minder warmte aan de bodem worden toegevoerd waardoor wellicht de bodem niet volledig geregenereerd wordt. Door de bypass op de warmteterugwinning in de zomer wordt geen warmte meer overgedragen aan de frisse buitenlucht, zodat er minder gekoeld hoeft te worden.

7.2

Bodemdimensionering Er zijn met betrekking tot de bodemdimensionering drie simulaties (over 10 jaar) uitgevoerd (zie voor meer informatie Bijlage G):. 1) Uitgaande van de huidige vraag van de ISOzero woning en het huidige bodemwisselaarsysteem (6 dubbele U-buizen tot 35 meter diep). 2) Uitgaande van de energievraag zoals deze in de in de voorgaande warmtebalansimulatie (zie paragraaf 7.1) is berekend met 4 enkele buis bodemwarmtewisselaars tot 50 meter diep met voor-, zij- en achterburen met dezelfde woningen en bodemwarmtewisselaars (een ‘veld’ van 40 woningen) 3) Uitgaande van de energievraag zoals deze in de in de voorgaande warmtebalansimulatie (zie paragraaf 7.1) is berekend met 4 enkele U-buis bodemwarmtewisselaars tot 50 meter diep met alleen zijburen met dezelfde woningen en bodemwarmtewisselaars (een ‘oneindige’ rij woningen)

Bij de berekeningen is uitgegaan van de warmte/koude- en warmtapwatervraag zoals in tabel 4 is aangegeven. Tabel 4: Uitgangspunten warmte/koude- en warmtetapwatervraag Nr. Simulatie Verwarming Koeling Warmtapwater 1)

1 2 3

Huidige ISOzero woning Referentiewoning 40 woningen per ha Referentiewoning Één rij woningen

GJ/jaar 23,5 13,6

GJ/jaar 14,9 3,8

GJ/jaar 11,4 11,4

13,6

3,8

11,4

1) zonder bufferverlies

De resultaten per situatie zijn als volgt: Simulatie 1: Huidige ISOzero woning Uit het temperatuurverloop van de bodem over een periode van 10 jaar blijkt dat deze al na het eerste jaar stabiel is. De laagst voorkomende watertemperatuur is 1,3ºC (eind januari/begin februari). Dit levert bevriezingsproblemen op zodat hiervoor een


36 / 99

maatregelen moeten worden getroffen zoals glycol aan het water toevoegen of een temperatuurbeveiliging aanbrengen zodat de warmtepomp op tijd uitgeschakeld wordt). Simulatie 2: Referentiewoning/40 woningen per ha De gemiddelde temperatuur daalt en is na 10 jaar nog niet stabiel. Dit wordt veroorzaakt door de grote onbalans in warmte-onttrekking en warmtetoevoer aan de bodem en door de dichte ‘bebouwing’ met bodemwarmtewisselaars. De minimum temperatuur is het 10de jaar is gezakt tot 3ºC. Dit kan tot kritische situaties in de verdamper met betrekking tot bevriezingsgevaar leiden. Simulatie 3: Referentiewoning/een ‘oneindige’ rij woningen De resultaten wijken mariginaal af van simulatie 2. Het maakt dus nauwelijks verschil of een rij woningen of een heel ‘veld’ woningen van een bodemwarmtewisselaar wordt voorzien. Voor een rij woningen is een mogelijke oplossing hiervoor om de bodemwarmtewisselaars om en om in de voortuin en achtertuin aan te brengen.


8

Kostenaspecten

8.1

Kosten installaties

37 / 99

De kosten van de installaties die in de ISOzero woning zijn aangebracht zijn op een rij gezet (zowel voor actieve als passieve koeling en gecombineerd, zie tabel 5) en vergeleken met de kosten van een standaard luchtverwarmingssysteem (LV) in een vergelijkbare woning (zonder koeling, zie tabel 6). Hierbij is uitgegaan van een project van 40 woningen in een optimale situatie. De genoemde bedragen zijn inclusief advisering, engineering, instructie en oplevering, en exclusief BTW en opslagen van de aannemer, uitgaande van een optimale situatie.

Tabel 5: Kosten huidige installatie ISOzero woning (met koeling) Onderdeel installatie Kosten Koelsysteem

Bronsysteem in de bodem Fuerda Warmtepomp Elan Luchtverwarmer B25WW (indirect gestookt) WTW-unit met by-pass Kanalen Hydraulisch leidingwerk Hydraulisch deel vrije koeling Regeling Arbeidsloon Begeleiding Elektrische voeding WP en kkokaansluiting Lepehoek in 2 trappen + aftimmering Sparing in beganegrondvloer voor leidingen e.d. Totaal

Actief + Passief Euro 4256 6160 1288 773 1557 1439 1065 840 1755 270 incl. 1000 500 20903

Actief

Euro 4256 6160 1288 773 1557 1439 0 840 1755 270 incl. 1000 500 19838

Tabel 6: Kosten standaard LV-installatie, WTW-unit en geiser (zonder koeling) Onderdeel installatie Elan luchtverwarmer B10 (direct gestookt) WTW-unit met bypass Kanalen Arbeidsloon Geiser + schoorsteen Aanleg gasleiding Huisaansluiting gas (vaste lasten 140 Euro per jaar) Totaal

Kosten Euro 5250 incl. incl. incl. 1025 300 574 7149

Passief

Euro 4256 5040 1288 773 1557 1439 1065 840 1755 270 incl. 1000 500 19783


38 / 99

In tabel 7 zijn de meerkosten van de installatie in de ISOzero woning weergegeven. Uitgaande van een actief of passief koelsysteem komen de meerkosten voor de Winstallatie uit op ruim 12.000 Euro. Hierbij moet bedacht worden dat met de installatie in de ISOzero woning in de zomer gekoeld kan worden wat een extra comfortvoordeel oplevert ten opzichte van een vergelijkbare woning met een reguliere installatie. Tabel 7: Meerkosten ISOzero installatie t.o.v. woning met standaard LV Type installatie Meerkosten Euro Met actieve en passieve koeling 13754 Met alleen actieve koeling 12689 Met alleen passieve koeling 12634 De meerprijs voor een appartementengebouw kan lager uitvallen en komt ruw geschat uit op circa 8500 Euro per appartement (uitgaande van centrale systemen en vloerverwarming). De volgende maatregelen kunnen een kostenbesparing opleveren. Hoe groot deze kostenbesparing is, is op dit moment moeilijk te becijferen. • Het plaatsen van de warmtepomp en luchtverwarmer direct bij de bodembron. • Het splitsen van warmtepomp en boiler in 2 aparte toestellen. • Beperken van de condensafvoerleidingen van 3 naar 2 (of zelfs 1). • De regeling van de warmtepomp (inclusief het hydraulisch deel) geheel door pompleverancier laten uitvoeren. • Het boren/installeren van 1 grote bron in plaats van 6 kleine bronnen. • Het toepassen van 1 lepehoek in plaats van 2. • Plaats van schoorsteen optimaliseren.

8.2

Elektriciteitsverbruik Zoals reeds hiervoor is aangeven is het elektriciteitsverbruik van de (huidige als 1ste prototype uitgevoerde) klimaatinstallatie aan de hoge kant. Daarom is door het projectteam besloten een analyse van het elektriciteitsverbruik uit te voeren zodat op basis hiervan onderzocht kan worden wat de oorzaken hiervan zijn en waar de besparingsmogelijkheden liggen. In tabel 8 is het gemeten elektriciteitsverbruik over het jaar 2005 weergegeven. Omdat hierbij ook het verbruik van meetapparatuur, elektrische matjes e.d. is meegenomen is hiervoor een correctie uitgevoerd omdat deze verbruikers in een normale woning niet voorkomen (= circa 1/3 van totaal). Ook is aangegeven wat de zonnestroomsysteem op het dak heeft opgeleverd en hoeveel hiervan direct in de woning is benut en aan het elektriciteitsnet is afgegeven. Tabel 8: Jaarverbruik elektriciteit van de ISOzero woning over 2005 Gecorrigeerd 2) Totaal 1) Zonnestroominstallatie totaal woning net Totaal jaarverbruik

kWh

kWh

kWh

kWh

kWh

9855

6848

3070

2135

935

1) Totaal aan kWh dat door de woning is gebruikt 2) Totaal verbruik minus verbruik meetapparatuur, elektrische matjes e.d. (ofwel totaal gebouwgebonden)


39 / 99

Zoals uit de tabel 8 blijkt is er voor de woning na correctie voor het verbruik van de meetapparatuur 6848 kWh aan elektrische energie verbruikt. Daarvan is bijna de helft (direct of indirect) geleverd door het zonnestroomsysteem. Ook is apart het verbruik voor verwarming/koeling en warm water over 2005 gemeten. Hiervoor heeft de warmtepomp (incl. pompen e.d.) totaal 5548 kWh aan elektriciteit nodig gehad. Hierbij moet in aanmerking worden genomen dat de klimaatinstallatie van de ISOzero woning niet het hele jaar door in bedrijf is geweest, maar ook dat installatie van de ISOzero woning nog verder geoptimaliseerd moet worden. Bovendien levert de ISOzero woning als extra een comfortabel koelklimaat in de zomer.

Zonnestroomsysteem Het zonnestroomsysteem op het dak van de ISOzero woning heeft in 2005 3070 kWh aan elektriciteit geleverd. Hiervan is een groot deel (ruim 2/3) direct aan de woning geleverd en de rest aan het elektriciteitsnet. Dit is meer dan verwacht want de geprognotiseerde opbrengst van het systeem onder gemiddelde Nederlandse klimaatomstandigheden is 2977 kWh. Uitgaande van een Wpiek vermogen van het systeem van 3400 W (maximaal vermogen onder ideale omstandigheden) is de opbrengst dus 0,9 kWh per Wpiek (of circa 90 kWh per m2). Besparingsmogelijkheden Bij nadere analyse van het verbruik van de installatie is er energiebesparing mogelijk bij de volgende componenten: CV- en bronzijdige pomp: In het leidingsysteem waarin de pompen zijn gemonteerd zijn ook volumestroommeters geplaatst om de energiestromen van de installatie te kunnen monitoren. Deze meters geven nogal wat extra weerstand in het leidingcircuit. Om deze weerstand te kunnen overbruggen zijn de pompen in het systeem groter dan normaal en verbruiken meer dan in een niet-bemeterd systeem. Als we met deze effecten rekening houden bij een nieuw ontwerp zonder bemetering kan dit naar schatting circa 50% elektriciteitsbesparing op de pompen opleveren, ofwel op jaarbasis circa 600 kWh. Regelingen (zowel voorwarmtepomp als installatie): Een geoptimaliseerde regeling voor zowel de warmtepomp als de installatie zal naar eerste inschatting een besparing opleveren van 20% op het energiegebruik (ofwel circa 200 kWh per jaar) Elan Luchtbehandelingsunit (circa 500 kWh per jaar): De nieuw ontwikkelde, gecompartimenteerde luchtbehandelingsunit (Elan 10 en 25) heeft zowel lucht- als waterzijdig een lagere interne weerstand. Dit resulteert in circa 30% lager elektriciteitsverbruik (ofwel een besparing van 150 kWh per jaar). Als de hierboven genoemde besparingsmogelijkheden in een nieuw concept worden opgenomen levert dit in totaal een besparing op van circa 950 kWh per jaar.


9

Kennisoverdracht

9.1

Kennisoverdracht naar MKB-bedrijven

40 / 99

In het kader van kennisoverdracht naar MKB-bedrijven heeft er op 10 maart 2005 een workshop plaatsgevonden. Doel van deze workshop -die als titel droeg: ‘Zomerkoeling voor de sociale woningbouw’- was om de opzet en ervaringen met de ISOzero Meet- en demonstratiewoning over te brengen aan een groot aantal geïnteresseerde MKBbedrijven uit de regio Noord-Holland. Deze workshop is georganiseerd door Syntens Noord-Holland en inhoudelijk verzorgd door de partners van het ISOzero project en Professor Wim Zeiler van het Kenniscentrum Building & Systems, een samenwerkingverband van TNO en de TU Eindhoven.

Figuur 31: Willem Koppen van Vos’Projectontwikkeling bijt de spits af bij de presentaties bij de MKB-workshop “Zomerkoeling voor de sociale woningbouw” Het programma bestond uit een viertal presentaties waarbij de ISOzero woning vanuit verschillende invalshoeken werd belicht. Willem Koppen stelde namens VOS’ Projectontwikkeling het ontwerp van de ISOzero woning aan de orde (zie figuur 31). De toegepaste installatietechniek werd door Wim Hijmissen van Brink Climate Systems en Coos Schouten van J. en P. Schouten Installatietechniek toegelicht. Wouter Borsboom van TNO gaf een presentatie over de wijze van beoordeling van het comfort en energiegebruik en belichtte de toegepaste meettechnieken in de ISOzero woning. Professor Wim Zeiler legde de gedachte achter Integraal Ontwerpen uit als input voor de aansluitende workshop Woning Ontwerpen. De deelnemers kregen hierbij de opdracht om met het ISOzero concept in gedachte een nieuw ontwerp voor een woning


41 / 99

van vergelijkbare grootte te maken met daarin opgenomen een warmtepomp en luchtverwarming. Hierbij dienden de installatie en de woning optimaal op elkaar te worden afgestemd (zie figuur 32).

Figuur 32: Professor Wim Zeiler evalueert een woningconcept dat door een van de workshopgroepen is gepresenteerd Aan de workshop namen circa 40 bedrijven deel waaronder veel MKB-bedrijven, architecten, aannemers e.d.. Uit het enthousiasme waarmee de ontworpen woningconcepten werden gepresenteerd kon worden afgeleid dat de workshop erg werd gewaardeerd. Het verslag waarin deze woningconcepten worden beschreven is opvraagbaar bij TNO [3]. Naast deze workshop is tijdens het Symposium “Nieuwe Energie in Uitvoering” (3 november 2004) dat door de gemeente Heerhugowaard is georganiseerd en een landelijke uitstraling had, door Berrie van Kampen van TNO een presentatie gegeven over het onderwerp Innovaties in Duurzame Ontwikkeling, waarbij de Stad van de Zon als emissieneutrale wijk centraal stond [4]. Tijdens deze presentatie is ook ruimschoots aandacht besteed aan de ISOzero woning als voorbeeld van een innovatief en duurzaam project.

9.2

Kennisoverdracht naar onderwijsinstellingen Ook is een plan gemaakt voor kennisoverdracht naar de verschillende onderwijsinstellingen zowel in de regio Noord Holland als landelijk instellingen, zoals: • 1

Duente Noord-Holland 1

Het Horizon College heeft per schrijven d.d. 27 juni 2005 medegedeeld dat het project Duente NH beëindigd is.


• • • •

42 / 99

KCBS samenwerking TNO-TU/e Saxion Hogeschool (lector Duurzame Energie: Wim Gilijamse) Hogeschool InHolland (Alkmaar) Hogeschool Arnhem & Nijmegen

Studenten namen hierbij kennis van het project en enkele achtergronden door middel van rondleidingen en presentaties of konden ook actief participeren door deelvragen uit het project op te pakken als stage- of afstudeeropdracht of als klein project voor een groepje studenten. Een aantal van bovenstaande contacten heeft de volgende resultaten opgeleverd:

9.3

•

Er is contact gelegd met Hogeschool InHolland over stage- en afstudeeronderwerpen voor studenten. Er zijn 2 projecten gedefinieerd die in september 2005 van start zijn gegaan. Een van deze projecten is reeds afgerond en gaat over het reduceren van het energiegebruik. Hiertoe zijn drie woonconcepten, t.w. een standaard Bouwbesluit woning, een Passief Huis en de ISOzero woning met elkaar vergeleken [5].

•

Mike de Groot van JPS zal binnenkort een afstudeerproject afronden (naar verwachting in september 2006) over regeling van complexe installatiesystemen zoals bij de ISOzero woning is toegepast.

Overige Kennisoverdrachtactiviteiten Naast deze doelgerichte benadering van MKB-bedrijven en onderwijsinstellingen vonden regelmatig (kosteloze) rondleidingen plaats in de ISOzero woning voor geïnteresseerde bedrijven en particulieren (de potentiële bewoners). Bij deze rondleiding werd eerst een presentatie gegeven over het ISOzero project en werden vervolgens de bezoekers rondgeleid in de woning zelf. De geïnteresseerde bezoekers kwamen uit diverse geledingen zoals gemeente, journalisten, CO2-Servicepunt, wetenschappen, installateurs, fabrikanten, onderwijs, aannemers, projectontwikkelaars, woningbouwcorporaties en architecten. Deze bezoeken zijn vastgelegd in het logboek van de ISOzero woning [6]. Wat betreft de kennisoverdracht naar en via het CO2-Servicepunt hebben er reeds enkele gesprekken/vergaderingen plaatsgevonden in de ISOzero Meet- en demonstratiewoning in het kader van een op handen zijnde ‘Nieuwbouwakkoord’. Het concept alsmede de (tussentijdse) meetresultaten van de Meet- en demonstratiewoning zijn hierbij uiteengezet. De werkgroep bestaande uit projectontwikkelaars, aannemers en woningbouwcoöperaties, onder leiding van het CO2-Servicepunt is het eens geworden dat de uitgangspunten van de ISOzero Meet- en demonstratiewoning een uitermate goed voorbeeld is hoe er in de toekomst gebouwd moet worden. Het doel van het ‘Nieuwbouwakkoord’ is om meer comfortabele woningen in Noord-Holland te realiseren. Ook zijn er in diverse dagen tijdschriften flink wat publicaties verschenen over de ISOzero woning. Bijgaand treft u hiervan een overzicht aan (zie Bijlage I). Deze publicaties zijn niet op initiatief van de projectgroep tot stand gekomen. Binnen de projectgroep is namelijk afgesproken dat we zelf pas naar buiten treden als de definitieve resultaten beschikbaar zijn. De officiële door de projectgroep geïnitieerde publicaties zullen dus in de komende periode volgen.


43 / 99

Tenslotte is er vanaf 2004 een website over de ISOzero woning beschikbaar (www.isozero.nl) waarop actuele informatie over het project is te vinden.


10

44 / 99

Toekomstverkenning Onderdeel van het project ‘ISOzero meet- en demonstratiewoning’ is een toekomstverkenning naar energieneutrale woningconcepten. In de toekomstverkenning wordt uitgegaan van een energieneutraal concept met als randvoorwaarden seriematige bouw, comfort en geringe meerkosten. Deze verkenning zal bestaan uit twee paden: 1. Een verkenning van de mogelijkheden om in de nabije toekomst (<2010) de huidige ISOzero woning te veranderen richting een energieneutraal concept. Hierbij zal gebruik gemaakt worden van de bevindingen uit de lopende metingen. 2. Een verkenning van de mogelijkheden om op de langere termijn (>2010) woningen energieneutraal te maken. Hierbij wordt uitgegaan van het parkstad woningsegment (vooral rijtjeswoningen). Onder ‘energieneutraal’ (of ‘energienul’) wordt verstaan dat er over een jaar gezien netto geen primaire energie wordt gebruikt voor dekking van de gebouwen gebruikersgebonden energievraag, omdat duurzame energie opwekking het gebruik compenseert. Energie-uitwisseling met de omgeving (bijvoorbeeld teruglevering aan het elektriciteitsnet) is daarbij toegestaan. In diverse projecten zijn energieneutrale woningconcepten ontworpen, soms is ook de werkelijke prestatie gemonitord. Ervaringen over waar de grootste obstakels zitten om te komen tot een energieneutrale woning zouden dus reeds aanwezig moeten zijn. De aanpak is dan ook dat begonnen met een inventarisatie en karakterisering van een aantal bestaande (bijna) energieneutrale woningen. Daarna wordt bepaald wat de grootste knelpunten zijn om te komen tot energieneutrale woningen, waarna concepten worden voorgesteld die (mogelijk) een oplossing bieden voor deze knelpunten. Zie voor informatieverwijzingen paragraaf 10.7 Informatiebronnen aan het einde van dit hoofdstuk.

10.1

Inventarisatie energieneutrale woningen Het rapport ‘Evaluatie energienulwoningen’ [2] geeft een goed beeld van 10 bestaande energienul projecten, die in 2001 middels subsidieaanvragen bij SenterNovem bekend waren. Uit deze en andere bronnen blijkt een grote diversiteit in benaming, o.a.: Energienul Energieneutraal Energie-balans Energie-indifferent CO2-balans Energie-evenwicht Duurzaam droomhuis Zoals deze naamgeving al doet vermoeden, is er ook diversiteit in de invulling van de ambitie van energieneutraliteit. Voor deze 10 projecten konden niet alle details worden achterhaald, maar duidelijk is wel dat er per project verschillen kunnen optreden in energiestromen die meegenomen worden in de energiebalans (vooral wel of geen


45 / 99

huishoudelijk elektriciteitsgebruik), in berekening van deze energiestromen en in vergelijking van de verschillende energiedragers. Bewijzen of garanties dat energieneutraliteit wordt bereikt, zijn niet voorhanden. Ook is niet altijd duidelijk onder welke gebruiks- en klimaatcondities de energieneutraliteit op papier bereikt wordt. Alle woningen zijn voorzien van een gebouwschil die qua kierdichting en isolatie (dichte delen gemiddeld RC 5 m2.K/W) aanzienlijk beter is dan het bouwbesluit voorschrijft. Ook zijn alle woningen voorzien van PV-panelen (gemiddeld 4,9 kWp) en van hoogrendement warmteterugwinning uit ventilatielucht. Alle projecten hebben lage temperatuur warmteafgifte, waarvan één via lucht als medium. Wat de bijdrage van passieve zonne-energie betreft, varieert de aanpak van ‘maximaal benutten’ tot ‘maximaal weren’. Zeven van de 10 projecten maken gebruik van thermische zonnecollectoren, variërend van 3 tot 12 m2 collector per woning. Zes van de 10 projecten zijn uitgerust met een elektrische warmtepomp (waarvan één collectief, allen met bodembron), één met een collectieve gasabsorptie warmtepomp, HR-ketel en twee met warmtelevering (stadsverwarming). Drie projecten zijn uitgevoerd met koeling, dit betreft echter alleen 2/1-kap en vrijstaande woningen [2] [4]. De geanalyseerde 10 projecten betreffen in totaal 104 woningen, waarvan twee projecten met in totaal 23 rijtjeswoningen (rest vrijstaand of 2/1-kap). Dit betreft de projecten “CO2-balansstraat Pieter-Christiaan Park” en “Energieneutrale woningen Havankpark”, beide in Leeuwarden en beide opgeleverd in 2001. Beide projecten zijn voorzien van een collectieve warmtepomp (één elektrisch, één gasabsorptie), aangevuld met 5 m2 zonnecollector per woning. In het eerstgenoemde project is 4,6 kWp PV per woning toegepast, in het tweede 3,1 kWp. Het project “Energieneutrale woningen Havankpark” is relatief uitgebreid gemonitord, o.a. door metingen tijdens de gebruiksfase en interviews met bewoners. In aanvulling op bovengenoemd rapport uit 2001 is nog een aantal recente projecten gevonden. Hier volgt een korte inventarisatie: “In goede aarde” te Boxtel. In 2005 zijn de eerste 16 van 46 energienul rijtjeswoningen opgeleverd [10]. De woningen zijn voorzien van individuele bodemgekoppelde warmtepompen, aangevuld met zonneboiler en van 5,9 kWp PV. Als ambitieniveau wordt vermeld EPC = 0. “Nulenergie woning” te Duiven, gerealiseerd in 2004 [11]. De vrijstaande woning is voorzien van een warmtepomp met ventilatielucht als bron, met zonneboiler plus een afvalhoutgestookte centrale tegelkachel en 56 m2 PV. “Energieneutraal Schoenmakershoek” te Etten-Leur [12]. Dit nieuwbouwplan van totaal 1400 woningen wordt uitgevoerd van 2006 t/m 2009, en heeft als ambitie EPL = 10. De woningen worden voorzien van bodemgekoppelde warmtepompen en op wijkniveau worden windmolens geplaatst. “CO2-neutrale wijk Stad van de Zon” in Heerhugowaard. Een nieuwbouwplan met veel rijtjeswoningen, die compact en zongericht gebouwd worden en voorzien van PV. Langs de rand van de wijk staan 3 windturbines gepland. Elementen die veelvuldig voorkomen in deze projecten zijn warmtepompen (collectief en individueel), PV-panelen, zonnecollectoren, en vergaande vraagreducerende maatregelen (schilisolatie, kierdichting, hoog rendement warmteterugwinning uit ventilatielucht).


10.2

46 / 99

Knelpunten in bestaande projecten In vier van de 10 geëvalueerde energieneutrale projecten [2] zijn gebruikerservaringen geanalyseerd. Het comfort in die projecten werd door de bewoners over het algemeen als (zeer) positief ervaren. Of energieneutraliteit in deze projecten wordt gehaald, is bij gebrek aan monitoring gegevens niet bekend. Wel is duidelijk dat de prestaties aanzienlijk beïnvloed worden door verschillen tussen berekeningen en praktijk op het gebied van prestaties van componenten in het concept, technische uitvoering van het concept (bouwkundig en installatietechnisch), klimaat en gebruikersgedrag in de praktijk. Er worden verschillende knelpunten genoemd [2] [5]: In enkele gevallen leverden opstartproblemen door niet functionerende warmtepompen hogere energiegebruiken op dan gewenst omdat in plaats daarvan elektrische weerstandsverwarming is gebruikt. In enkele gevallen kenden warmtepompsystemen opstartproblemen of bleken prestaties (tijdelijk) lager dan verwacht. In enkele gevallen is het huishoudelijk elektriciteitsgebruik fors hoger dan aangenomen in de berekeningen. Gedetailleerde metingen in het project Havankpark laten ook een aanzienlijke spreiding zien in elektriciteitsgebruik per huishouden [5]. Zo laat de ‘piekmaand’ december in 2002 een spreiding zien van 160 tot 380 kWh, bij een gemiddelde van 290 kWh. Tegenvallende opbrengsten van zonnecollectoren, door onjuiste werking, onjuiste technische realisatie of niet optimale regeling. Er worden nog significante verbeteringen gezien door verbetering van de regeltechniek (intelligentere regelingen). Genoemd zijn o.a. verbetering van stratificatie in grote buffers, het uitschakelen van circulatiepompen in collectieve systemen op momenten dat er geen vraag is, en schakeling van de zonnecollectoren. Onjuist gebruik van zonwering en serre, indien aanwezig. Het uitvallen van één of meerdere strings PV-panelen.

10.3

De energiebalans Op basis van huidige nationale trends en inzichten wordt verwacht dat de komende jaren de vraag naar elektriciteit voor huishoudelijke toepassingen zal blijven stijgen. Met name als gevolg van toenemend apparaatbezit en –gebruik. Daarnaast neemt het elektriciteitsgebruik voor koeling in woningen naar verwachting fors toe, hoewel het aandeel op het totaal elektriciteitsgebruik in woningen beperkt zal blijven [13]. Het aardgasgebruik voor ruimteverwarming zal naar verwachting verder afnemen, enerzijds door continue verbetering van het woningbestand, anderzijds door toename van de gemiddelde buitentemperatuur. Op nationaal niveau compenseren deze ontwikkelingen ruimschoots voor veranderend stookgedrag (meer ruimtes verwarmen) en het steeds groter worden van nieuwbouw woningen. Het aardgasgebruik voor warm tapwater neemt naar verwachting iets af per woning de komende jaren, vooral omdat het gemiddeld aantal personen per woningen iets lager wordt.


47 / 99

De publicatie “Referentieraming energie en emissies 2005-2020” [13] geeft voor verschillende economische scenario’s getalsmatige voorspellingen bij deze ontwikkelingen. Op basis van het bovenstaande zal de directe CO2-uitstoot (uitstoot op niveau van woningen) afnemen en de indirecte uitstoot (uitstoot voor centrale elektriciteitsproductie voor huishoudens) toenemen. In 2000 was het totaal van directe en indirecte emissies voor huishoudens circa 29 Mton. In 2020 is dit naar verwachting gestegen tot 30 à 34 Mton (voor respectievelijk het Global Economy scenario met sterke groei en het Strong Europe scenario met middelmatige groei). Op basis van de ISOzero meet- en demonstratiewoning, met een EPC lager dan 0,40, kan in meer detail naar de jaarlijkse energiestromen gekeken worden. Omdat reeds duidelijk is geworden dat de prestatie van het warmtepompsysteem verder verbeterd kan en moet worden, is gerekend met ‘good practise’ waarden, zoals gehanteerd voor de bodemdimensionering (zie paragraaf 7.2), waarbij de COP (Coëfficiënt of Performance) met 10% wordt gecorrigeerd (verlaagd) om hulpenergie te verrekenen. Energieproductie Het voldak PV-systeem levert onder gemiddelde klimaatomstandigheden naar verwachting circa 3000 kWh aan elektriciteit. In 2005 is een productie van 3070 kWh gemeten, ofwel het systeem presteert naar verwachting. Energiegebruik Voor huishoudelijke apparatuur wordt in dit concept gerekend met 2800 kWh elektriciteit. Dit is gebaseerd op het gemiddelde gebruik volgens BEK 2000 (3500 kWh per jaar min 20% gebouwgebonden elektriciteit) [14]. Met numerieke simulaties (zie paragraaf 7.1) is de jaarlijkse netto vraag naar ruimteverwarming bepaald op 11,7 GJ ofwel 3250 kWh thermisch. Bij een SPF (Seasonal Performance Factor) van 3,6 (COP 4 min 10% hulpenergie) betekent dit circa 900 kWh elektriciteit. Met de numerieke simulaties (zie paragraaf 7.1) is tevens een jaarlijkse netto vraag naar ruimtekoeling bepaald van 7,5 GJ ofwel 2080 kWh thermisch. Bij actieve koeling met een SPF van 4,5 (COP 5 min 10% hulpenergie) betekent dit circa 460 kWh elektriciteit. Het gehanteerde tappatroon voor warm water resulteerde in 32 MJ warmte, ofwel 3250 kWh thermisch per jaar dat aan het buffervat werd onttrokken. Behalve deze afname moet de warmtepomp ook de warmteverliezen vanuit het buffervat compenseren, welke worden ingeschat op 100 W, ofwel circa 880 kWh thermisch per jaar. Bij een SPF van 2,2 (COP 2,5 min 10% hulpenergie) betekent dit circa 1880 kWh elektriciteit (3250+880/2,2). Andere elementen van gebouwgebonden elektriciteit zijn de luchtbehandeling en ventilatie unit, beide voorzien van ventilatoren. Het jaarlijks elektriciteitsgebruik wordt ingeschat op respectievelijk 5002 en 4003 kWh, ofwel totaal 900 kWh elektriciteit4. In tabel 9 worden deze getallen voor energieaanbod en –vraag op woningniveau samengevat.

2

= 4336 uur verwarmen (simulatie) x 39W (meting) + 3023 uur koelen (simulatie) x 110 W (meting) 2 ventilatoren, totaal 46W x 8760 uur 4 Dit is hiermee meer dan de 700 kWh (20% van 3500 kWh), waarmee in BEK 2000 wordt gerekend. 3


48 / 99

Tabel 9: Energievraag en – aanbod op woningniveau Energieproductie PV-panelen

3000 kWhe

Totaal

3000 kWhe

zon actief

Energiegebruik Ruimteverwarming Warm tapwater Ruimtekoeling Ventilatie + luchtbehandeling Huishoudelijke apparaten Totaal

360 ventilatie

PV-panelen

3000

2260 WP

4780 zon passief

900 kWhe 1880 kWhe 460 kWhe 900 kWhe 2800 kWhe 6940 kWhe

Elan

1310 infiltratie

wtw

verwarmen / koelen & ventileren warm tapwater 1880

775 personen 2800 elektriciteit

vat 8330 transmissie

huishoudelijke apparaten

3940

bodem warmt

4040

warmte overschot

2670

water restwarmte water aanvoer

>1620

Figuur 33: Overzicht van de energiestromen in het huidige ISOzero concedpt bij een ‘gemiddeld gebruik’ met kWh elektriciteit (blauw) en kWh thermisch (rood) Figuur 33 geeft een overzicht van de energiestromen in de huidige ISOzero woning en is vooral bedoeld als indicatie, de balans is niet helemaal sluitend. Dit komt o.a. omdat in de numerieke simulatie gerekend is met een ‘gemiddelde’ interne warmtelast terwijl in bovenstaand figuur boilerverliezen, extra gebouwgebonden energie en leidingverliezen van warm tapwater daarbij opgeteld worden. Dit heeft invloed op alle energiestromen. In deze configuratie is de opbrengst van het voldak PV-systeem onvoldoende om de gebouwgebonden elektriciteit te dekken. De opbrengst is wel voldoende om het aangenomen huishoudelijk elektriciteitgebruik te dekken.


10.4

49 / 99

ISOzero concept richting energieneutraal Met het verkregen inzicht in de energiestromen van het huidige ISOzero concept kunnen maatregelen geïdentificeerd worden die het concept energieneutraal kunnen (helpen) maken. Hierbij worden de stappen van de Trias Energetica gevolgd: 1. Reduceren van de vraag 2. Inzetten van duurzame energie 3. Efficiënt omgaan met fossiele energie De grootste posten in elektriciteitsgebruik zijn warm tapwater (27% van totaal) en huishoudelijke apparatuur (40% van totaal). Vraagreductie warm tapwater Met waterbesparende douchekoppen en zo kort mogelijke, goed geïsoleerde leidingen kan de energievraag voor warm tapwater mogelijk nog iets worden gereduceerd. Omdat dit maar beperkt zal zijn, is het interessanter om te kijken naar terugwinning van warmte uit gebruikt warm water. Dit kan bijvoorbeeld door toepassing van een douche warmtewisselaar die inmiddels in verschillende uitvoeringen verkrijgbaar is. Voor een buis-in-buis warmtewisselaar die verticaal onder de doucheruimte wordt geplaatst, kan zo circa 1000 kWh warmte teruggewonnen worden. Dit betekent een maximale besparing van 450 kWh elektriciteit voor de warmtepomp (1000 kWh / SPF 2,2). In de praktijk zal de besparing lager zijn doordat een deel van de 1000 kWh warmte verloren gaat door leidingverliezen en stilstandverliezen in het buffervat. Isolatie buffervat warm tapwater Bij het aangenomen tappatroon moet de warmtepomp circa een kwart meer energie leveren dan de werkelijke warm tapwater afname, als gevolg van bufferverliezen. Door deze buffer verder te isoleren, kan deze verliespost gereduceerd worden. Een reductie van 20 à 30% lijkt zondermeer mogelijk. Dit betekent een besparing van circa 100 kWh elektriciteit voor de warmtepomp (25% x 880 kWh met SPF 2,2). Vraagreductie huishoudelijke apparatuur In het project Havankpark bleken de woningen gemiddeld 2375 kWh te gebruiken, met name voor huishoudelijke apparatuur (warmtevoorziening is collectief). Hoewel hoger dan verwacht (er was gerekend op 2000 kWh) is dit een aanzienlijke reductie ten opzichte van het landelijk gemiddelde. Met bijzondere aandacht voor voorlichting op het gebied van apparaataanschaf en –gebruik, en voor reductie van standby gebruik kan mogelijk de in dat project beoogde 2000 kWh inderdaad gehaald worden, hetgeen een besparing is van 800 kWh elektriciteit. Reductie koellast Middels numerieke simulaties is het effect van een aantal maatregelen op de warmtebalans bekeken (zie Bijlage F). Het toepassen van zonwerend glas op het zuidoosten bleek de koellast met ruim 40% te reduceren. Het is de verwachting dat met buitenzonwering, als alternatief voor zonwerend glas, een reductie van ruim 50% haalbaar is, zonder nadelige gevolgen voor de vraag naar ruimteverwarming (door een lagere zonbijdrage in de winter, zoals het geval is bij zonwerend glas). Dit betekent een reductie van circa 230 kWh elektriciteit voor de koelfunctie van het warmtepompsysteem. Daarbij komt ook een besparing van circa 160 kWh elektriciteit voor de luchtbehandeling, die minder draaiuren maakt voor koeling.


50 / 99

Daarnaast kan ook het setpoint voor de koeling worden verruimd. Nu is een vrij laag setpoint van 23°C gehanteerd, maar dit zou (zeker bij echt hoge buitentemperaturen) 1 à 2°C verhoogd kunnen worden, waardoor de koellast afneemt. Ook kan een bypass worden toegepast op de ventilatie unit, die warmteterugwinning onder zomercondities voorkomt. Indien deze maatregelen gecombineerd worden (zonwerend glas of equivalente zonwering5, setpoint koeling +1°C en bypass op warmteterugwinunit) dan berekent het simulatiemodel een koellast van 330 kWh koude, een totale reductie van 670 kWh elektriciteit. Reductie vraag ruimteverwarming Wat de vraag naar ruimteverwarming betreft, zijn er nog enkele maatregelen mogelijk die relatief eenvoudig kunnen worden uitgevoerd (in tegenstelling tot bijvoorbeeld het verhogen van de thermische weerstand van de dichte schil). Voor de slaapkamers en woonkamer kan het setpoint met 1°C verlaagd worden (naar 20°C, badkamer blijft 21°C). Voor de slaapkamers kan de temperatuur eventueel nog lager worden ingesteld. Daarnaast kan de vloer extra geïsoleerd worden en kunnen geïsoleerde kozijnen worden toegepast. Deze varianten worden beschreven in Bijlage F. Het simulatiemodel berekent dan een vraag naar ruimteverwarming van 2440 kWh thermisch (ook neemt hierdoor de koellast toe met 300 kWh). Dit betekent een besparing van 230 kWh elektriciteit (hierbij is geen rekening gehouden met toename van de koellast). Ook is het effect van de vorstbeveiliging op de warmteterugwinunit bekeken. Het simulatiemodel berekent een besparing van 30 kWh warmtevraag indien er geen rendementsverlies door vorstbeveiliging zou optreden (in het referentie klimaatjaar). Dit is een relatief kleine besparing. Er lijken weinig mogelijkheden voorhanden te zijn om de elektriciteitsproductie van de PV-panelen te vergroten. Het beschikbare dakoppervlak is reeds benut. Het vergroten van duurzame energie productie op woningniveau lijkt daarmee niet eenvoudig. Wat efficiënte inzet van fossiele energie betreft (in dit geval elektriciteit, afkomstig van de centrale) kan gedacht worden aan rendementsverbetering van de warmtepomp. Het is echter niet eenvoudig om de aangenomen jaargemiddelde waarden significant te verbeteren, zeker niet voor warm tapwater bedrijf (grotere post dan ruimteverwarming). Overzicht maatregelen Douche warmtewisselaar Isolatie buffervat Reductie huishoudelijke apparatuur (Zonwerend glas aan ‘zonzijde’ woning Zonwerend glas, setpoint +1°C, bypass wtw Vloerisolatie, setpoint -1°C, geïsoleerde kozijnen Totaal

Besparing op elektriciteit 450 kWh 100 kWh 800 kWh 390 kWh) 670 kWh 230 kWh 2250 kWh

Met deze maatregelen die in de huidige ISOzero woning genomen kunnen worden, komt de totale jaarlijkse vraag naar elektriciteit op 6940 - 2250 = 4690 kWh. Het grootste deel van deze maatregelen kan toegepast worden met geringe tot zeer geringe meerkosten ten opzichte van het huidige concept. Grootste posten blijven ook na deze maatregelen huishoudelijke apparatuur en warm tapwater. Van deze vraag wordt 3000 kWh door de PV-panelen geleverd. Hiermee wordt in ieder geval de gebouwgebonden 5

Zonwering heeft voorkeur omdat hiermee de zonbijdrage in de winter niet gereduceerd wordt.


51 / 99

vraag gedekt en zelfs nog een deel gebruikergebonden vraag. Netto inkoop is dus 4690 – 3000 = 1690 kWh elektriciteit per jaar. Daarmee is het woningconcept na deze maatregelen ‘minder dan 20 m2 PV’ verwijderd van volledige energieneutraliteit.

10.5

Energieneutrale parkstad in de toekomst Uit bovenstaande analyse van energiestromen blijkt dat voor energieneutraliteit alle energiestromen aangepakt moeten worden, het is niet mogelijk om met slechts enkele maatregelen dit doel te bereiken. Reductie van de energievraag is de eerste logische stap. Wat de gebouwschil betreft kan gebruik gemaakt worden van het zogenaamde passiefhuis concept, een woningconcept met een zeer goed geïsoleerde en kierdichte gebouwschil [11]. Dit concept krijgt in Nederland steeds meer belangstelling en verschillende marktpartijen zijn met (voorbereidingen op) deze toepassing bezig, mede naar aanleiding van successen in het buitenland. Harde eis aan dit concept is een maximum energievraag voor ruimteverwarming van 15 kWh/m2 per jaar. Voor een parkstad woning van 90 m2 betekent dit maximaal 1350 kWh per jaar (circa 40% van het huidige ISOzero concept). Door o.a. toepassing van externe zonwering en de juiste ventilatiestrategieën hoeft deze schilisolatie niet ten koste te gaan van het zomercomfort. Een andere eis aan het passiefhuis concept is een maximaal totaal energiegebruik6 van 120 kWh primaire energie per jaar per vierkante meter. Uitgaande van een ‘all electric’ concept betekent dit een jaarlijks elektriciteitsgebruik van circa 4200 kWh per jaar7 voor een parkstad woning van 90 m2. Lokale productie van duurzame energie bij parkstad nieuwbouw woningen kan gerealiseerd worden met bijvoorbeeld voldak PV-systemen of kleine windturbines. Voor beide opties mag verwacht worden dat op termijn de vraag van 4200 kWh op jaarbasis geproduceerd kan worden, waarmee de parkstad woning volledig energieneutraal is. Ook de toepassing van thermische zonne-energie is een interessante optie. Een voldak systeem met hoogrendement zonnecollectoren kan in principe meer dan voldoende warmte leveren om de behoefte van het huidige ISOzero concept te dekken. Probleem is dat de vraag naar warmte en aanbod van zon over het jaar gezien niet samenvallen. Een 100% dekking van de vraag met zonnewarmte is dan ook alleen mogelijk met voldoende opslagcapaciteit. Op dit moment is opslag in water de meest gangbare techniek, maar voor seizoensopslag leidt dit tot grote buffervolumes. Op termijn komen naar verwachting opslagtechnieken beschikbaar met een aanzienlijk hogere energiedichtheid, zoals bijvoorbeeld thermochemische warmteopslag. Hierdoor kunnen de benodigde volumes voor seizoensopslag dermate gereduceerd worden dat integratie op woningniveau mogelijk is. Uiteraard gaat het plaatsen van zonnecollectoren ten koste van het beschikbaar oppervlak voor PV-panelen. Een alternatief is de toepassing van zogenaamde PVThermische panelen of collectoren, een combinatie van een PV-paneel en zonnecollector. Deze panelen produceren gelijktijdig warmte en elektriciteit. Deze panelen kunnen bijvoorbeeld toegepast worden in combinatie met een warmtepomp systeem [15] waarbij de warmtepomp met name voor warm tapwater minder in bedrijf komt en de elektriciteit voor de warmtepomp door de PVT-collectoren wordt geleverd. 6 7

Dit is inclusief gebruikersgebonden energiegebruik (huishoudelijke apparatuur, verlichting) 120 kWh/m2 per jaar x 90m2 x 39% centralerendement = 4212 kWh/jaar elektriciteit op woningniveau.


52 / 99

De opbrengst van zonnecollectoren wordt normaalgesproken gebruikt worden voor warm tapwater en ruimteverwarming. Een nieuwe ontwikkeling is kleinschalige zongedreven koeling, op basis van sorptiekoeling. Het principe van sorptiekoeling was al langer bekend en wordt reeds toegepast in kantoren en industrie. Nieuw is de ontwikkeling van kleinere vermogens geschikt voor woningen. Vacuümbuis zonnecollectoren kunnen deze kleinschalige sorptiekoelers aandrijven. Met deze techniek kan op een duurzame manier actieve koeling worden geleverd. De dominante post in de energiebalans voor nieuwbouw woningen is het gebruikersgebonden elektriciteitsgebruik. De huidige trend is dat dit energiegebruik elk jaar toeneemt. Maatregelen op dit gebied spelen dan ook een belangrijke rol bij het realiseren van volledige energieneutraliteit. Maatregelen die bij het ontwerp van een woning kunnen worden meegenomen zijn bijvoorbeeld warmteterugwinning uit warm water afkomstig uit bijvoorbeeld wasmachines en vaatwassers, en reductie van stand-by gebruik door het afschakelen van (de stopcontacten van) inactieve apparaten. Er zijn uiteraard nog veel meer technologieën die een rol (kunnen) spelen bij het energieneutraal maken van woningen. Building Future, een samenwerkingsverband tussen ECN en TNO, is momenteel bezig met een inventarisatie van de technologieën en de ontwikkeling van woningconcepten, passend binnen de visie van een energieneutrale gebouwde omgeving medio deze eeuw. Behalve energie spelen ook comfort, gezondheid, economie en milieu hierbij een rol. Voor de nieuwbouw woningen wordt bij de conceptontwikkeling uitgegaan van netto energieproductie (dus een stap verder dan energieneutraal) om zo netto energiegebruik in de bestaande bouw te kunnen compenseren [16].

10.6

Vervolg op ISOzero project Op uitnodiging van VPO en onder leiding van TNO is op 29 maart 2006 een groot aantal partijen bij elkaar gekomen om te brainstormen over verdere ontwikkeling van het ISOzero concept [9]. Er was een groot aantal marktpartijen aanwezig, uit verschillende branches (bouwdelen, isolatie, warmtepompen, installatietechniek, etc), en enkele onderzoekspartijen. Door VPO en TNO is een introductie gegeven van het ISOzero concept en de monitoring resultaten tot nu toe. Vervolgens is er groepsgewijs nagedacht over de (van te voren vastgestelde) onderwerpen bouwkundige verbeteringen, klimatisering, vraaggestuurde minimale installatie, en interactie installatie-gebruiker. Alle ideeën uit deze vier groepen zijn verzameld en vervolgens door alle deelnemers beoordeeld op technologie- en marktattractiviteit. Tevens kon worden aangegeven welke ideeën als ‘goed idee voor de toekomst’ werden gezien. Uit deze beoordeling kwamen 4 concepten naar voren die als meest interessante vervolg ontwikkeling werden gezien door de aanwezigen. Deze concepten zijn in een tweede ronde met de aanwezigen nader uitgewerkt. Hierbij mocht een ieder zelf de keuze maken aan welk concept hij/zij wilde bijdragen.


Naam concept 1. Climahuis

2. B-therm

3. Vernieuwend comfort 4. Energy in the air

53 / 99

Trefwoorden Gebruiksvriendelijk systeem: goede locatie, weinig ruimtebeslag, weinig geluid, integrale regeling. Compartimentering van woning en klimaatinstallatie. Verbetering gebouwschil: kierdichting, toepassing reflecterende materialen, reductie foutkansen door slimmere details. Combinatie van verschillende isolatie materialen, equivalente dunnere isolatie. Optimaal benutten passieve mogelijkheden in en om het gebouw, op het gebied van verwarmen, koelen, zonweren, ventileren. Lucht als energiebron, lucht als afgiftemedium. Lucht gebruiken van onder PV-panelen. Warmtepomp met directe expansie.

Voor elk van de concepten zijn er geïnteresseerde partijen die aan de uitwerking willen bijdragen. Er is enthousiast gereageerd op de mogelijkheid uitwerking van deze concepten concreet vorm te geven in de ISOzero woning, die nog tot eind 2009 beschikbaar is. In april en mei 2006 zijn de partijen door VPO wederom uitgenodigd, om concrete invulling te geven aan deze concepten. Op het moment van schrijven van dit rapport is deze nadere invulling nog gaande. 10.7

Informatiebronnen 1) 2) 3) 4) 5) 6)

7) 8)

9) 10) 11) 12) 13)

“Comfortabel wonen met energierekening op nul”, Duurzame Energie, december 2003. “Evaluatie energienulwoningen”, H. Hoiting e.a., W/E Adviseurs duurzaam bouwen, rapportnummer 5789, Gouda, augustus 2001. www.autarkie.nl, met o.a. het document ‘gereedschapskist_energie.pdf’. “Energienulwoningen – de balans opgemaakt”, Novem brochure, 2.DEN-02.04, 2002. “Evaluatie Energieneutrale woningen Havankpark Leeuwarden”, L. Kleingris, D. Maas, E. Vrins, rapportnummer 5750, W/E adviseurs, Tilburg, januari 2004. “Gebruikerservaringen Voorbeeldprojecten Duurzaam & Energiezuinig bouwen – Woningbouw”, H. van der Heijden e.a., RIGO Research en Advies, rapportnr. 79120/w, Amsterdam, maart 2002. “Elektriciteitsbesparing als alternatief voor de bouw van nieuwe centrales”, M. Harmelink en K. Blok, Ecofys, Utrecht, juli 2004. “Zon op de daken, zonnige gezichten?”, A. Kets, M. Menkveld, W.G. van Arkel, rapport ECN-C--05-002, Energieonderzoek Centrum Nederland, Petten, januari 2005. Workshop ISOzero “Gezondheid & Comfort”, verslag brainstorm vervolg ontwikkelingen, initiatief van VPO, d.d. 29 maart 2006 in Delft. http://www.dubocomfort.nl/dubobv/news/article.php?number=79, mei 2006. http://www.passiefhuis.nl/, mei 2006. http://www.senternovem.nl/mmfiles/Poster%20nr%2E%2020_tcm24-182560.pdf, mei 2006. “Referentieramingen energie en emissies 2005-2020”, A.W.N. van Dril, H.E. Elzenga, e.a., ECN, MNP en RIVM, rapport ECN-C--05-018, januari 2005.


54 / 99

14) “Basisonderzoek Elektriciteitsverbruik Kleinverbruikers BEK 2000”, EnergieNed, Arnhem, april 2002. 15) “Performance and costs of a roof-sized PV/thermal array combined with a ground coupled heat pump”, M. Bakker et al., ECN publicatie RX--05-079, maart 2005. 16) “Building Concepts for a mid-century energy-neutral society”, I.J Opstelten et al., paper voor SET 2006 conferentie, Italy, 30 augustus - 1 september 2006.


11

Conclusies en aanbevelingen

11.1

Conclusies

55 / 99

De conclusies die uit de ervaringen met het ISOzero project kunnen worden getrokken, luiden als volgt: Verwarmen 1) Door de afwezigheid van een adequate regeling van het systeem, de optredende kinderziektes en de betrekkelijk zachte winter, zijn de resultaten van de eerste winterperiode (2004-2005, zowel voor wat betreft het comfort als het energiegebruik) niet representatief voor een winterperiode. Om met een goed ingeregeld systeem nogmaals een winterperiode te kunnen meten is de onderzoekperiode verlengd met de winterperiode 2005-2006 zodat met een goed ingeregelde en functionerende installatie getest kon worden. 2) Het comfort in de woonkamer over de winterperiode 2005-2006 is redelijk tot goed. De projectgroep heeft zich hierbij overigens gecommitteerd aan de (strenge) definitie van TNO waarbij lucht- en stralingstemperatuur, luchtsnelheid, temperatuurgradiënt en vloertemperatuur in aanmerking zijn genomen. De neerwaartse uitschieters in het comfort worden voornamelijk veroorzaakt door de grote temperatuurgradiënt die in de woonkamer aanwezig is door de (te) lage temperatuur van de vloer (die overigens niet voorzien was van vloerbedekking). Mogelijke oorzaak hiervoor is de geconstateerde koudedip tegen middernacht. 3) In de achterslaapkamer (gelegen aan de zuidzijde) vallen de temperaturen tijdens de nachtverlagingsperiode binnen de gestelde comfortgrenzen en is dus het comfort goed. Overdag zien we echter hetzelfde patroon als in de voorgaande winter, namelijk dat de slaapkamer te warm wordt. Hierbij moet worden aangetekend dat wel aan de voorgeschreven verwarmingscapaciteit wordt voldaan. De oorzaak hiervan ligt dan ook niet bij de installatie maar bij de goede isolatie en kierdichting in combinatie met directe zoninstraling en interne warmtestromen naar de slaapkamers. 4) Ondanks het ongebruikelijk lange winterseizoen van 2005-2006 blijkt dat de brontemperatuur slechts 2 ºC is gedaald ten opzichte van de start van het stookseizoen. Uit bodemsimulaties is bovendien gebleken dat bij de huidige ISOzero woning het temperatuurverloop van de bodem over een periode van 10 jaar al na het eerste jaar stabiel is. Bij meerdere woningen naast elkaar is de bodemtemperatuur niet stabiel maar daalt langzaam tot de kritische bevriezingsgrens. Een mogelijke oplossing hiervoor om de bodemwarmtewisselaars om en om in de voortuin en achtertuin aan te brengen. 5) Het elektriciteitsverbruik van de ISOzero woning is aan de hoge kant. De oorzaken hiervoor moeten nog nader worden onderzocht. Hier moet en kan nog een flinke verbeterslag worden gemaakt. In de paragraaf 11.2 wordt hiervoor een eerste aanzet gegeven.


56 / 99

6) Het zonnestroomsysteem op het dak van de ISOzero woning heeft in 2005 3070 kWh aan elektriciteit geleverd. Hiervan is een groot deel (ruim 2/3) direct aan de woning geleverd en de rest aan het elektriciteitsnet. Dit is meer dan verwacht want de geprognotiseerde opbrengst van het systeem onder gemiddelde Nederlandse klimaatomstandigheden is 2977 kWh.

Koelen 7) De koelresultaten in de zomer periode zien er prima uit. De capaciteit van het systeem is ruim voldoende. Zelfs tijdens de hittegolfperiode (van 20 t/m 25 juni 2005) bleek de gemiddelde binnentemperatuur in de ISOzero woning niet boven de 25ºC te komen bij een buitentemperatuur van 33ºC (zonder condensproblemen en zonder gebruik van buitenzonwering). Dit valt ruim binnen de comfortgrenzen die voor de zomerperiode acceptabel zijn. Overigens is het om gezondheidsredenen aan te bevelen het temperatuurverschil tussen binnen- en buitenlucht niet verder op te laten lopen dan 3 à 5ºC. 8) Wel ontstaan er problemen bij directe zonnestraling zoals regelmatig in de achterkamer plaatsvindt. Dat kan de luchttemperatuur tot boven de comfortgrenzen doen oplopen. 9) Bij koeling via de vloer kan nog worden aangetekend dat er in de te koelen ruimte een verticaal temperatuurverschil ontstaat van circa 4°C maar dit voldoet nog wel aan de comforteis (<3°C tussen 0,1 en 1,1 meter). Bovenin de woonkamer wordt de temperatuur duidelijk bepaald door de ingeblazen lucht. Het is daarom aan te bevelen om zeker bij vloerkoeling de lucht zowel boven als onder in te blazen. 10) Vanaf het moment dat de vrije koeling werkt ligt de relatieve luchtvochtigheid van de ingeblazen lucht veelal boven de RV van de buitenlucht. Wel blijken de RVpieken in de buitenlucht door het systeem te worden afgevlakt. Tijdens het koelen is geen condens waargenomen op de vloer. 11) Door de bezoekers van de ISOzero woning werd de luchtkoeling overigens meer als koeling 'gevoeld' dan de vloerkoeling. Omdat het hier om incidentele en subjectieve indrukken gaat is dit niet meegenomen in de beoordeling van het comfort. 12) Het elektriciteitsverbruik van de beide koelsystemen is vergelijkbaar en ligt op een niveau van gemiddeld 6 à 7 kWh per zomerdag.

(Meer)kosten 13) Uitgaande van de toepassing van een actief of passief koelsysteem komen de meerkosten van de W-installatie van de ISOzero woning uit op ruim 12.000 Euro. Hierbij moet bedacht worden dat met de installatie in de ISOzero woning in de zomer gekoeld kan worden hetgeen een extra comfortvoordeel oplevert ten opzichte van een vergelijkbare woning met een reguliere installatie. Bovendien kunnen de meerkosten door een efficiënter ontwerp en montage verder omlaag. .


11.2

57 / 99

Aanbevelingen Op basis van de tot nu toe opgedane ervaringen met betrekking het ISOzero project kunnen de volgende aanbevelingen worden gedaan. 1) Om te voorkomen dat de slaapkamers (ook in de winter) te warm worden is het aan te bevelen een of meer van de volgende maatregelen te nemen: - ontwerptemperatuur op 18°C stellen - Zonwerend glas plaatsen aan de zuidoost kant van de woning - Standaard buitenzonwering plaatsen - Woning met overstek ontwerpen om (top)zoninstraling weg te halen 2) Door het toepassen van adequate zonwering kan tevens de benodigde koelenergie flink worden gereduceerd. Ook het te installeren koelvermogen kan flink naar beneden (met circa 30 %). Wel zal dan in de zomer minder warmte aan de bodem worden toegevoerd waardoor wellicht de bodem niet volledig geregenereerd wordt. 3) Uit de warmtebalansberekening is gebleken dat een bypass op de warmteterugwinning uit de ventilatielucht onder zomercondities een aanzienlijke besparing kan opleveren. Aanbevolen wordt om de effecten van deze maatregel via monitoring in de praktijk daadwerkelijk te onderzoeken. 4) De vloertemperatuur in het winterseizoen kan verhoogd worden door de vloerisolatie te verhogen naar Rc=3 of meer. Ook het aanbrengen van vloerbedekking kan enige verbetering brengen. 5) Om zowel in de woonkamer als in de slaapkamers de temperatuur apart te kunnen regelen, verdient het aanbeveling om het luchtverwarmingsysteem in aparte compartimenten (inblaasunits) onder te verdelen. Ook dient dan de woning bouwkundig geheel of gedeeltelijk te worden gecompartimenteerd. Naast een aanzienlijke verbetering van het bewonerscomfort zou dit de ISOzero woning een flinke meerwaarde geven ten opzichte van de woningen die met een reguliere CVinstallatie worden verwarmd. 6) De volgende maatregelen worden aanbevolen om het elektriciteitverbruik te verlagen: CV- en bronzijdige pomp: Bij een nieuw ontwerp zonder bemetering kan de verlaging van de capaciteit van de pompen naar schatting circa 50% elektriciteitsbesparing opleveren, ofwel op jaarbasis circa 600 kWh. Regelingen (zowel voor WP als installatie): Een geoptimaliseerde regeling voor zowel de warmtepomp als de installatie zal naar eerste inschatting een besparing opleveren van 20% op het energiegebruik (ofwel circa 200 kWh per jaar) Elan Luchtbehandelingsunit: De nieuw ontwikkelde, gecompartimenteerde luchtbehandelingsunit (Elan 10 en 25) heeft een circa 30% lagere elektriciteitsverbruik (ofwel een besparing van circa 150 kWh). Totaal kunnen deze maatregelen een besparing opleveren van circa 950 kWh per jaar. 7) Uit bodemsimulaties blijkt dat bij de huidige ISOzero woning het temperatuurverloop van de bodem al na het eerste jaar stabiel is. Bij meerdere


58 / 99

woningen naast elkaar in gelijke uitvoering zou de bodemtemperatuur niet meer stabiel kunnen zijn maar langzaam tot de kritische bevriezingsgrens kunnen dalen. Een mogelijke oplossing hiervoor om de bodemwarmtewisselaars om en om in de voortuin en achtertuin aan te brengen. 8) Door plaatsing van het elektrische element op 1/3 hoogte van de tapwaterboiler is gevaar voor legionella niet denkbeeldig. Aanbevolen wordt daarom het elektrische element onderin de boiler te plaatsen. 9) Uitgaande van de toepassing van een actief of passief koelsysteem komen de meerkosten van de installatie van de ISOzero woning uit op ruim 12.000 Euro. Hierbij moet bedacht worden dat met de installatie in de ISOzero woning in de zomer gekoeld kan worden hetgeen een extra comfortvoordeel oplevert ten opzichte van een vergelijkbare woning met een reguliere installatie. Bovendien kunnen de meerkosten door een efficiënter ontwerp en montage verder omlaag. 10) De bij dit project betrokken partijen zijn het erover eens dat de installaties zoals uitgevoerd in de ISOzero Meet-en Demonstratiewoning een hoog comfort kunnen leveren. De van toepassing zijnde meerkosten zijn echter (nog) hoog en verdere optimalisatie van de complete installatie is dan ook noodzakelijk 11) Om tot verdere optimalisatie van het ISOzero-concept te komen is naar aanleiding van dit onderzoek op uitnodiging van VPO op 29 maart 2006 en onder leiding van TNO een groot aantal partijen bij elkaar gekomen om te brainstormen over verdere ontwikkeling van het ISOzero concept. Als meest aantrekkelijk lijnen voor toekomstig onderzoek zijn de volgende onderwerpen uit de bus gekomen. Rond deze onderwerpen hebben zich groepjes van enthousiaste marktpartijen en onderzoeksinstellingen geformeerd om de aanbevelingen uit dit rapport alsmede deze nieuwe uitdagingen te concretiseren.

Naam concept

Trefwoorden

Climahuis

Gebruiksvriendelijk systeem: goede locatie, weinig ruimtebeslag, weinig geluid, integrale regeling. Compartimentering van woning en klimaatinstallatie. Verbetering gebouwschil: kierdichting, toepassing reflecterende materialen, reductie foutkansen door slimmere details. Combinatie van verschillende isolatie materialen, equivalente dunnere isolatie. Optimaal benutten passieve mogelijkheden in en om het gebouw, op het gebied van verwarmen, koelen, zonweren, ventileren. Lucht als energiebron, lucht als afgiftemedium. Lucht gebruiken van onder PV-panelen. Warmtepomp met directe expansie.

B-therm

Vernieuwend comfort

Energy in the air


59 / 99

12) Tenslotte is er een inventarisatie gemaakt van zogenaamde energieneutrale woningbouwprojecten en hierin voorkomende knelpunten om te komen tot energieneutraliteit. Na analyse van de energiebalans van de ISOzero woning en het doorrekenen van enkele woningvarianten zijn concrete maatregelen voorgesteld om het ISOzero concept richting energieneutraliteit te veranderen. Deze maatregelen hebben met name betrekking op vraagreductie zoals een douche warmtewisseleaar, betere isolatie van het buffervat, zuiniger huishoudelijke apparatuur, zonwerend glas aan de zuidzijde e.d. Al deze maatregelen samen kunnen een verlaging van het elektriciteitsverbruik opleveren van circa 2250 kWh . Met deze maatregelen die in de huidige ISOzero woning genomen kunnen worden, komt de totale jaarlijkse vraag naar elektriciteit uit op 4690 kWh. Het grootste deel van deze maatregelen kan toegepast worden met geringe tot zeer geringe meerkosten ten opzichte van het huidige concept. Van deze energievraag wordt 3000 kWh door de PV-panelen geleverd zodat met een restverbruik van 1690 kWh per jaar energieneutraliteit in zicht komt.

.


12

60 / 99

Referenties

1) Projectvoorstel ISOzero meet- en demonstratiewoning (dd 06-05-2004). 2) ISOzero Bevindingen- en Aanbevelingenlijst, update 13 januari 2006) 3) Brief provincie Noord Holland met toestemming om het onderzoek met 3 maanden te verlengen (24 november 2005, kenmerk 2005-55819). 4) SYNTENS BouwInnovatieKring Noord-Holland: Verslag Bijeenkomst ISOzero Meet- en demonstratiewoning: ‘Zomerkoeling voor de sociale woningbouw’,10 maart 2005. 5) Stad van de Zon: Innovaties in Duurzame Ontwikkeling; Naar een emissieneutrale woonwijk presentatie tijdens Symposium Nieuwe Energie in Uitvoering op 3 november 2004 te Heerhugowaard. 6) Onderzoek 3 woonconcepten (InHolland Afstudeerproject B47 Installatietechniek, Freek Boon, Niels van den Berg en Michiel Smit, 14 december 2005). 7)

Logboek van bezoeken die aan de ISOzero woning zijn gebracht


13

61 / 99

Verantwoording Naam en adres van de opdrachtgever:

Provincie Noord Holland

Namen en functies van de projectmedewerkers:

Ir. B.J.M. van Kampen

Ondertekening:

Goedgekeurd door:

Ir. B.J.M. van Kampen Auteur

Ir. L.J.W.M. Krosse Plv. Hoofd Afdeling Koude, Warmte en Installaties


A

62 / 99

Legenda voor de meetpunten bij de grafieken Legenda meetpunten demonstratiewoning

ISOZERO

Meet-

en

TNO-29082005

Code

Meting

Eenheid

Luchttemperatuur op 0,1 meter hoogte Luchttemperatuur op 0,6 meter hoogte Luchttemperatuur op 1,1 meter hoogte Luchttemperatuur op 1,75 meter hoogte Temperatuur zwarte bol op 1 meter hoogte Luchttemperatuur inblaaspunt laag Luchttemperatuur inblaaspunt hoog Vloertemperatuur Luchtsnelheid op 0,1 meter hoogte Luchtsnelheid op 1,1 meter hoogte Comfort indicator (min 0 – max 1) Temperatuur aanzuiglucht mobiele koeler Temperatuur uitblaaslucht mobiele airco

o

Woonkamer 5TT01 5TT02 5TT03 5TT04 5TT05 5TT06 5TT07 5TT08 5V01 5V02 5S01 5TTaz 5TTub

Slaapkamer voor 6TT01 6TT02 6TT03 6TT04 6TT05 6TT06 6TT07 6V01 6S01 6TTub

Luchttemperatuur op 0,1 meter hoogte Luchttemperatuur op 0,6 meter hoogte Luchttemperatuur op 1,1 meter hoogte Luchttemperatuur op 1,75 meter hoogte Temperatuur zwarte bol op 1,1 meter hoogte Luchttemperatuur inblaaspunt Vloertemperatuur Luchtsnelheid op 1,1 hoogte Comfort indicator (min 0 – max 1) Temperatuur uitblaaslucht mobiele airco

Slaapkamer achter 7TT01 7TT02 7TT03 7TT04 7TT05 7TT06 7TT07 7V01 7S01 7TTub

Luchttemperatuur op 0,1 meter hoogte Luchttemperatuur op 0,6 meter hoogte Luchttemperatuur op 1,1 meter hoogte Luchttemperatuur op 1,75 meter hoogte Temperatuur zwarte bol Luchttemperatuur inblaaspunt Vloertemperatuur Luchtsnelheid op 1,1 meter hoogte Comfort indicator (min 0 – max 1) Temperatuur uitblaaslucht mobiele airco

Warmtepomp/bodemopslag 1TT01

Watertemperatuur bron aanvoer

C C o C o C o C o C o C o C m/s m/s o C o C o

o

C C o C o C o C o C o C m/s o C o

o

C C o C o C o C o C o C m/s o C o

o

C


1TT02 1V01 1F01 1QW01 1EW01 1TT03 1TT04 1V02 1F02 1TT05 1TT07 1TT08 1QW02 1EW02 1EE01 1S01 1SV01 1SV02 1SV03 1SV04

63 / 99

Watertemperatuur bron retour Volume flow bron Waterdebiet bron Vermogen WP waterzijdig bron Energie WP waterzijdig bron Temperatuur afgifte lucht aanvoer Temperatuur afgifte lucht retour Volume waterzijdig lucht unit Debiet waterzijdig warmtelevering lucht Luchttemperatuur zolder Temperatuur opslagvat Luchttemperatuur opslagvat WP kast Vermogen WP waterzijdig lucht Energie WP waterzijdig lucht Elektrische energie WP Status warmtelevering + tapwater Statusmeting signaal verwarming + tapwater Statusmeting tapwater Statusmeting koelen actief Statusmeting koelen passief

Warm Tapwater 2TT01 2TT02 2V01 2F01 2S01 2QW01 2EW01 2S01 simuur simtyd simQtp simvta sktap sttap

C L L/s W MJ o C o C L L/s o C o C o C W MJ kWh s

o

Temperatuur tapwater warm Temperatuur aanvoer koud water Volume tapwater Debiet tapwater Status Vermogen tapwater Energie tapwater Status bijverwarmen tapwater Stuurklok Sturing in uren Gewenste tapwarmte Gewenste bijbehorende taphoeveelheid Gemeten taphoeveelheid Status tapprogramma

C C L L/s S W MJ s

Temperatuur buitenlucht (achtergevel) Zoninstraling/verticaal (achtergevel) Zoninstraling/horizontaal (achtergevel) Temperatuur luchtrecirculatie douche/keuken RV retour lucht Temperatuur retour lucht RV toevoer lucht Temperatuur toevoer lucht RV aanvoer lucht Temperatuur aanvoer lucht RV buitenlucht

o

Overig 0TT03 0EV02 0EH01 3TT05 3RV01 3TT01 3RV02 3TT02 3RV03 3TT03 3RV04

o

o

MJ L L

C MJ/m2 MJ/m2 o C/m

o

C

o

C

o

C


3TT04 3P01 3E01 4TT01 4TT02 4V01 4F01 4S01 4QW01 4EW01 4S01 4S02

64 / 99

Temperatuur buitenlucht Drukmeting aanvoer Elektrische energie bijstook Temperatuur afgifte koeling Temperatuur warm koeleing Volume flow koeling Debiet flow Status? Vermogen koeling Energie koeling Status signaal koeling actief Status signaal koeling passief

o

C Pa kWh o C o C L L/s s? W MJ


B

65 / 99

Comfortbeoordeling De comfortbeoordeling is gebaseerd het temperatuurniveau, tocht (luchtsnelheid), temperatuurgradiënt en vloertemperaturen wordt op de volgende wijze bepaald. Bij overschrijding van de grenswaarden8 worden strafpunten toegekend die verwerkt worden in de comfortindicator (max 1 en min 0) als maatstaf voor de comfortkwaliteit. Temperatuurniveau - Berekening gemiddelde luchttemperatuur in verblijfszone uit gemeten temperatuur op 0,1m; 0,6; 1,1 en 1,7 m hoogte - Berekening van operatieve temperatuur als gemiddelde van (gemiddelde) luchttemperatuur (zie vorige stap) en globetemperatuur - Berekening score temperatuurniveau: Comfortabel (score 1) indien: o Woonkamer: - Winter: temperatuur tussen 20 en 22°C - Zomer: temperatuur tussen 20 en 26°C o Slaapkamer: - Winter: temperatuur tussen 16 en 20°C - Zomer: temperatuur tussen 16 en 26°C Anders score 0 (nul) Opmerking 1: Onder de zomerperiode vallen de maanden juni, juli en augustus Opmerking 2: verschillen tussen winter en zomer in verband met verschillen in kledingweerstand c.q. isolatie van beddengoed Tocht: - Bepaling score tocht: o bij luchttemperatuur van 20°C en lager: luchtsnelheid lager dan 0,15 m/s, dan comfortabel (score = 1) o bij luchttemperatuur van 25°C, luchtsnelheid lager dan 0,18 m/s (score = 1) o bij luchttemperatuur van 28°C, luchtsnelheid lager dan 0,25 m/s (score = 1) o tussenliggende waarden: interpolatie; Temperatuurgradiënt: - Bepaling score gradiënt: comfortabel (score 1) indien temperatuurverschil tussen 1,7 m en 0,1m en temperatuurverschil tussen 1,1 m en 0,1 m kleiner dan 3K Vloertemperatuur: - Bepaling score: comfortabel (score 1) indien vloertemperatuur tussen 19 en 26°C Totaalscore: 0,5 x score temperatuurniveau + 0,3 x score tocht + 0,1 x score temperatuurgradiënt + 0,1 x score vloertemperatuur 8

De grenswaarden zijn gebaseerd op NEN-EN-ISO 7730 en de conceptnorm ‘Criteria for the Indoor Environment

including thermal, indoor air quality, light and noise’ in het kader van de EPBD.


C

66 / 99

TNO briefrapport 2005BRR/6: Second opinion warmtepomp systeem ISO-ZERO meet- en demonstratiewoning in de Stad van de Zon 1 Hoofdconclusies 1. Het opgestelde vermogen is lager dan het ontwerpvermogen zonder opwarmtoeslag 2. Ten aanzien van de omschakeling van warmtelevering naar koudelevering dient zowel speciale aandacht geschonken te worden aan de selectie van de wisselkleppen als aan de regelstrategie. 3. Vanwege de te hoge plaatsing van het elektrisch element in de warmtapwaterboiler is deze niet legionellaveilig

2 Achtergrond Het project Stad van de Zon omvat meerdere woningbouw deelprojecten. Een van die projecten betreft het toepassen van warmtepompen voor ruimteverwarming in de vorm van luchtverwarming (eventueel gecombineerd met vloerverwarming). Het concept wordt eerst in de ISO-ZERO meet- en demonstratiewoning beproefd. Dit memo betreft een tweede beoordeling van dit concept. Een eerdere beoordeling vond plaats in juli/augustus 2004. Daarna is het systeem ontwerp gewijzigd voornamelijk vanwege de keuze van de warmtepomp. Het systeem is inmiddels gerealiseerd.

3 Uitgangspunten De uitgangspunten met betrekking tot de woning (o.m. energievraag) zijn niet gewijzigd. Voor de volledigheid worden deze hieronder vermeld conform de eerder uitgebrachte second opinion in augustus 2004.

4 Benodigde Vermogens De warmtebehoefte ten gevolge van transmissie, infiltratie en ventilatie is volgens opgave JPS berekend op 6,2 kW. Daarnaast is er een opwarmtoeslag van 1 kW bepaald (uitgaande van 2,5 W/m2); het totaal benodigd vermogen bedraagt 7,2 kW. Hierbij is rekening gehouden met een verlaging van het warmteterugwinrendement van 95 naar 45% bij -10 °C buitentemperatuur. Het beoogde warmtepompvermogen bedraagt 6 kW, dit komt (vrijwel) overeen met het benodigde vermogen voor transmissie en ventilatie zonder opwarmtoeslag.

5 Opgesteld vermogen 5.1 Warmtepomp 1. Bedrijfsomstandigheden waarbij de leverancier het vermogen opgeeft: Volgens de specificatie van Fuerda levert de warmtepomp een vermogen van 5,65 kW (6 kW was beoogd bij het ontwerp) bij een condensatietemperatuur van 54,4 °C en een verdampingstemperatuur van 7,2 °C.


67 / 99

Ervan uitgaande dat dit de interne temperaturen zijn, betekent dit een condersoruittrede/cv-aanvoertemperatuur van circa 50 °C en een verdamperintrede/brontemperatuur van circa 12 °C. 2. Bedrijfsomstandigheden conform het systeemontwerp: Wanneer geen antivries wordt toegepast in het systeem bedraagt de laagst mogelijke bronaanvoer temperatuur circa 6 °C, de gewenste cv-aanvoertemperatuur is 45 °C. Onder deze condities zal de warmtepomp circa 4,5 kW condensorvermogen leveren. Dit is minder dan het gewenste vermogen van 6 kW. Hiermee kan echter wel circa 95% van de jaarlijkse warmtebehoefte worden geleverd.

5.2 Antivries Normaal gesproken is het gebruik van antivries bij bodemwarmtewisselaars aan te bevelen vanwege de hogere prestaties die het bodemsysteem bij lagere temperaturen kan leveren. Bij het voorliggende systeemontwerp op basis van de Fuerda warmtepomp betekent dit echter dat het complete systeem (bodem, vloerverwarming, luchtbehandeling en de warmtapwaterverwarming) met antivries gevuld zijn. Afgezien van de mogelijke problemen om aan de scheidingseisen bij de warmtapwatervoorziening te voldoen, betekent dit ook dat bij elke reparatie of onderhoud aan het systeem, water met antivries opgevangen, weer bijgevuld en gecontroleerd moet worden. Wanneer wél antivries wordt toegepast betekent dit dat de verdampertemperatuur lager wordt hetgeen ook gevolgen heeft voor het condensorvermogen: vanwege de slechtere stofeigenschappen daalt dit verder naar circa 3,5 kW; daarmee kan circa 90% van de jaarlijkse warmtebehoefte worden geleverd. Hierna zullen we ervan uitgaan dat er geen antivries wordt toegepast. 5.3 Bronsysteem Het gerealiseerde bronsysteem bestaat uit zes verticale bodemwarmtewisselaars van het type “enkele U-buis” van elk 35 m (boorgat)lengte. De bodemwarmtewisselaars zijn opgesteld in een onregelmatig patroon dat enigszins lijkt op een lijnopstelling. De gemiddelde onderlinge afstand is 3,75 m; vanwege de onregelmatigheid wordt in de controle berekening een afstand van 3 m aangehouden. Het te leveren vermogen bedraagt maximaal 0,76 * 4,53 kW = 3,45 kW bij een COP van 4,2 voor ruimteverwarming (voor warmtapwaterproductie wordt een COP van 3,5 aangehouden). Deze COP’s zijn een inschatting op basis van de leveranciersgegevens, echter uitgaande van een bronaanvoertemperatuur van 6 °C (3 °C retour) en een cvaanvoertemperatuur van 45 °C bij ruimteverwarming, en 55 °C bij tapwaterproductie. Bij een lagere COP wordt minder energie van de bron gevraagd. De (theoretisch) benodigde lengte van de bodemwarmtewisselaars is met het bodemwarmteprogramma EED berekend. Daarbij zijn de volgende uitgangpunten gehanteerd: • Piekvermogen: 4.53 kW (condensorzijdig) • Jaarlijkse warmtevraag: 7760 kWh netto voor ruimteverwarming (voor circa 92% door de warmtepomp geleverd) en 3650 kWh voor warmtapwater (voor 80% door de warmtepomp geleverd). Bij een COP van 4,5 voor ruimteverwarming en 3,5 voor tapwater betekent dit een bodemwarmtebehoefte van 7510 kWh per jaar. In het geval koeling wordt toegepast, wordt geschat dat maximaal circa 3800 kWh


• • • • •

68 / 99

kan worden geregenereerd (gebaseerd op een jaarlijks verbruik aan elektriciteit van 3600 kWh en een setpoint van 24 °C bij ruimtekoeling). Opstellingsvorm: lijn, 6 stuks Onderlinge afstand: 3 m Type: enkele U-buis Warmtegeleiding bodem 1,8 W/m.K Warmtecapaciteit bodem: 2,2 MJ/m3.K

De werkelijk benodigde (theoretische) lengte van de bodemwarmtewisselaars, onder de omstandigheden zoals vermeld bij het opgestelde warmtepompvermogen en dekking van circa 95% van de totale warmtevraag aan de bodem (waarin de warmtapwatervraag voor 80% is opgenomen), is 48 m bij een aanvoer van 6°C en een retour temperatuur van 3°C. Dit is meer dan de aanwezige lengte van 35 m per bodemwarmtewisselaar. Uitgaande van de beschikbare 35 m per bodemwarmtewisselaar zal de laagste medium temperatuur circa 4°C/ 1°C (aanvoer/retour bodem) bedragen. Deze temperatuur is te dicht bij het vriespunt. Bevriezing van de verdamper levert in de meeste gevallen een onherstelbaar beschadigde warmtepomp op. Het is dan ook sterk aan te bevelen de beveiliging waarop de warmtepomp moet stoppen minimaal op circa 3°C in te stellen (T-verdamper-uit). Vanwege de modelbenaderingen in de berekeningen (en de bijbehorende onzekerheden in de uitgangspunten) zal in de praktijk moeten blijken hoe vaak deze beveiliging aanspreekt. 5.4 Bijstook De warmtebehoefte (zonder opwarmtoeslag) is circa 6,2 kW. Optioneel is in het nieuwe concept een elektrisch bijstook element voor ruimteverwarming opgenomen van 1,4 kW (optie bij de luchtverwarmer). Dit vermogen is naar verwachting zeker nodig omdat de warmtepomp onder ontwerpcondities circa 4,5 kW levert. Omdat de warmtepomp kan afschakelen als gevolg van te lage temperaturen in het bronsysteem is het plaatsen van een (elektrische) bijstook voorziening ter grootte van het volledige vermogen nodig. Conclusie opgesteld vermogen Het beschikbare vermogen (4,5 kW, eventueel aangevuld met 1,4 kW) is dus kleiner dan het ontwerpvermogen onder stationaire omstandigheden (6,2 kW excl. opwarmvermogen). Daarnaast is het bronsysteem te klein om het corresponderende verdampervermogen bij dit lagere condensorvermogen (4,5 kW) aan het eind van de winter (februari) gedurende langere tijd (bijv. 24 uur) te leveren bij een veilige brontemperatuur (6°C verdamper-in, 3 °C verdamper-uit). Wanneer de warmtepomp moet afschakelen (bijvoorbeeld als gevolg van de beveiliging tegen bevriezing) dient de bijstookvoorziening het volledige vermogen te kunnen dekken.

6 Besturingstrategie Omdat het systeem zowel de koeling als de verwarming kan verzorgen staan beide zijden van het systeem met elkaar in verbinding. Ongewenste menging tussen de koude (verdamper) en warme (condensor) zijde van het systeem kan leiden tot aanzienlijke verliezen (zowel qua vermogen als rendement) en dient te worden voorkomen. Hiertoe


69 / 99

is het van belang dat speciale “hermetische” kleppen worden toegepast. Alternatief (hierbij zal het lekverlies ongeveer halveren, dit is dus slechts een beperking van het probleem) kunnen ook dubbele kleppen worden toegepast (zowel de aanvoer als de retourleiding worden afgesloten). Op het principeschema zijn deze kleppen wel getekend, het is niet duidelijk of ze ook beide worden aangestuurd. Bij het omschakelen van warmtelevering naar koudelevering is het van belang een dode zone van voldoende grootte in te bouwen; bij snelle omschakeling treden aanzienlijke systeemverliezen op zeker als dit meerdere malen per dag zou gebeuren. We adviseren om zowel in de temperatuur (setpoint ruimte) als in de tijd een dode zone te programmeren. Bijvoorbeeld: • Setpoint ruimteverwarming: 20 °C, setpoint ruimtekoeling 24 °C (minimaal 4 K verschil). • Bij koelvraag mag de warmtepomp de afgelopen 4 – 6 uur niet voor ruimteverwarming in bedrijf zijn geweest en vice versa.

7 Legionellabestrijding De warmtepomp kan het warmtapwater in de boiler opwarmen tot circa 50°C. Uit oogpunt van legionella bestrijding dient de gehele watervoorraad in de boiler periodiek (één keer per week) tot een temperatuur te worden verwarmd waarbij eventueel aanwezige legionella bacteriën worden gedood (bijv. minimaal 20 minuten op 60°C); zie hiervoor de LegionellaCode voor Woninginstallaties: ISSO-Uneto-VNI richtlijn 30.5. Het elektrisch element waarmee de inhoud van de boiler wordt verhit is geplaatst op 1/3 van de hoogte van de boiler vanaf de bodem. Het onderste deel van de boiler wordt op deze manier niet boven de legionella-veilige temperatuur gebracht. Dit kan dus tot onveilige situaties leiden. Het wordt daarom zeer sterk aanbevolen het elektrisch element en de temperatuurvoeler helemaal onderin de boiler te plaatsen, beiden zover mogelijk uit elkaar. Indien de temperatuurvoeler niet op de gevaarlijkste plaats (= lokatie met de laagste temperatuur) aangebracht kan worden dient een onzekerheid van 5 K aangehouden te worden (bijv. minimaal 20 minuten op 65°C).


D

70 / 99

Infraroodopname van de ISOzerowoning

Infraroodmeting Warmtepomp installatie Meet- en Demonstratiewoning

Datum meting: Datum verslag: Update: Rapportnummer: Status: Verslag:

07 februari 2006 16 februari 2006 16 maart 2006 IR-2006-01 Definitief Daan van Nieuwmegen (Koppen Vastgoed) Mike Groot (J. en P. Schouten)


71 / 99

Inleiding: Bij het analyseren van metingen is gebleken dat de warmtepomp kortstondig koelt, als de installatie warmtapwater gaat produceren tijdens nachtverlaging. Het vermoeden was ontstaan dat de kleppen D3 en D4 (zie onderstaand schema) zichzelf openden op het moment dat dit niet mocht gebeuren. Door deze te openen ontstaat een ‘kortsluiting’ tussen de bron en de warmtewisselaar van de Elan. Middels een infrarood meting is getracht dit vermoeden te bevestigen.

Schema WP installatie 1. Projectgegevens De metingen zijn op 7 februari 2006 uitgevoerd in de Meet- en Demonstratiewoning te Heerhugowaard. Metingen betreffen een kwalitatieve meting, emissiviteit van de materialen zijn niet gecorrigeerd. Temperatuur schaal naast de infrarood foto’s zijn indicatief. Binnentemperatuur: Brontemperatuur:

circa 20°C circa 8°C

Meting: De infraroodmetingen zijn verricht en geanalyseerd door een level I gecertificeerde thermograaf, welke opgeleid is bij het Institute of Infrared Thermography (IRT). Meetapparatuur: De metingen zijn verricht met een NEC Thermo Tracer met de navolgende specificaties: Resolution: 0.1°C (at 30°C, 60Hz)


Spectral range: Thermal image pixels:

72 / 99

8 to 14µm 320 (H) x 240 (V) pixels

2. Infraroodmetingen Om 14:20 uur is aangevangen met de werkzaamheden. De warmtepomp was op dit moment in normaal bedrijf de woning aan het verwarmen.

D3

D4

D3

D4

Situatie in normaal bedrijf, temperatuur aan de buitenkant van de leidingen van D3 en D4 zijn circa 23°C. Door de klok van de regelaar te verzetten naar 23:00 uur wordt nachtverlaging gesimuleerd. Op dit tijdstip stopt de WP/LV met verwarmen van de woning. In de regeling van TNO staat om 23:00 uur een groot tapdebiet voor warmtapwater, om dit te simuleren is de warmwaterkraan in de badkamer opengezet.

D3

D4

Tussenstand na uitschakeling van de verwarmingsituatie (simulatie 23:00 uur). Temperatuur leiding D3 en D4 blijft ongewijzigd t.o.v. normaal bedrijf.

D3 Tussenstand na uitschakeling van de verwarmingsituatie en inschakeling warmtapwater (simulatie 23:10 uur). Temperatuur leiding D3 en D4 blijft ongewijzigd t.o.v. normaal bedrijf.

D4


73 / 99

Na inschakeling van de nachtventilatie zijn de toevoerleidingen naar de LV-installatie gemeten. Ter plaatse van een beschadiging van de isolatie om de toevoerleiding naar de LV-installatie is een ‘koude spot’ gemeten. Temperatuur van de aanvoerleiding is circa 10°C.

Een klein stukje isolatie is open gemaakt om de temperatuur van de bypass leiding te controleren. Uit de ‘blauwe spot’ blijkt dat de temperatuur circa 8°C bedraagt. Deze bypass wordt gebruikt voor vrije koeling in de zomer en wordt aangestuurd vanuit de klimaatregelaar (dus niet vanuit de warmtepomp).


74 / 99

Buitenzijde van de aanvoerleiding van de LV-installatie is na de bypass aansluiting aanmerkelijk kouder dan ervoor.

Indien er geen koelvraag is dient de temperatuur in de bypass leiding vanaf bronaanvoer naar LV-aanvoer stil te staan, en temperatuur dus gelijk te zijn aan de omgeving. Uit de infrarood foto blijkt dat de temperatuur in de leiding aanmerkelijk lager is.


75 / 99

3. Analyse en conclusie Voor aanvang van de metingen was het vermoeden dat de kleppen D3 en D4 in de warmtepomp worden geopend bij warmtapwater productie tijdens nachtverlaging. Uit de infraroodmetingen blijkt de temperatuur in de leidingen vanaf D3 en D4 constant te blijven, hieruit kan geconcludeerd worden dat de kleppen gesloten blijven. Werking is dus correct. Uit nadere infraroodmetingen aan de installatie blijkt wel de toevoertemperatuur naar de LV-installatie afgenomen te zijn naar circa 10°C en de temperatuur in de bypass leiding circa 8°C te zijn. Naar alle waarschijnlijkheid betekent dit dat de klep in de bron aanvoerleiding niet correct werkt, ondanks dat de meetrapporten van J. en P. Schouten laten zien dat de aansturing van de klep wel correct is. De klep wordt dus wel aangestuurd maar werkt waarschijnlijk niet. 4. Acties - J. en P. Schouten controleert of de klep in de bronaanvoer leiding correct werkt.

-

Tijdens de metingen zijn in de warmtepomp meerdere sporen van lekkage gevonden. Tevens is achter de isolatie van de leiding van het expansievat vocht geconstateerd. Nadere inspectie van Nordic is op korte termijn wenselijk.


76 / 99

5. Update 16 maart 2006: Van: Mike Groot [mailto:[email protected]] Verzonden: donderdag 16 maart 2006 14:19 Aan: Willem Koppen; Wim Hijmissen; Coos Schouten; Ernst-Jan Bakker; Reinout Alberts; Borsboom, Wouter; Kampen, Berrie van Onderwerp: ISO-Zero | Gereedmelding werkzaamheden Heren, Onze heer Nico Sijm is zoals afgesproken gisteren in de woning geweest om de nieuwe klep in de bypass te bouwen. Ik heb enkele afdrukjes toegevoegd uit ons meetsysteem. Daarin is te zien dat de inblaastemperatuur en de watertemperaturen geen dip meer vertonen rond middernacht. Het probleem is dus opgelost. Om dit te bevestigen heb ik een afdruk van de inblaastemperatuur toegevoegd van een aantal dagen geleden, waar deze dip nog wel te zien is. Met vriendelijke groet, Mike Groot Werkvoorbereider Meet- en Regeltechniek Doorkies. 0229-291576 Mobiel. 06-51 118 816 E-mail. [email protected]

J. en P. Schouten Installatietechniek BV Noorderdracht 2 - 1696 AD Oosterblokker Postbus 10 - 1695 ZG Blokker Tel.: +31 229 291500 Fax: +31 229 261841 Internet: www.jpschouten.nl


77 / 99


78 / 99


79 / 99


E

80 / 99

Bijdrage relatieve en absolute vochtigheid Tijdstap meetdata: 5 min. Vanaf 17 juni 2005 (dag 168) vrije koeling via lucht actief. Relatieve vochtigheid (RV) De aangevoerde ‘verse’ buitenlucht komt eerst langs de warmteterugwin (wtw) unit. De warmteterugwinning heeft invloed op de relatieve vochtigheid van de aanvoer lucht. Deze RV is gemeten zowel voor als na de ventilatie unit, zie onderstaand figuur. 1

RV [%]

0.8 0.6 0.4 0.2

0 155

160

165

170

175

180

185

190

195

200

dagen RV aanvoer voor wtw RV aanvoer na wtw

Na de ventilatie unit wordt de aangevoerde lucht gemengd met recirculatie lucht uit de woning en verwarmd of gekoeld (luchtbehandeling LB) alvorens de woning ingeblazen 1

RV [%]

0.8

0.6

0.4

0.2

0 155

160

165

170

175

180

185

190

195

dagen RV aanvoer na wtw RV inblaas na LB

te worden. Onderstaand figuur geeft de bijbehorende RV weer. De figuur laat duidelijk zien dat na activering van de vrije koeling de relatieve luchtvochtigheid van de ingeblazen lucht aanzienlijk hoger is dan de RV van de ‘luchtaanvoer na wtw’. Dit heeft uiteraard te maken met het feit dat de lucht wordt afgekoeld tussen deze twee meetpunten.

200


81 / 99

Er wordt geen relatieve luchtvochtigheid gemeten in de lucht die door de wtw unit wordt afgezogen uit de badkamer/keuken en in de recirculatie lucht die vanaf zolder wordt aangezogen. De totale installatie (ventilatie + luchtbehandeling) heeft dus een duidelijke invloed op relatieve luchtvochtigheid. Onderstaand figuur laat zien - welke RV in de woning komt als buitenlucht wordt toegevoerd (bijv. bij natuurlijke ventilatie) - en welke RV in de woning komt in de ISOzero woning bij vrije koeling. 1

RV [%]

0.8

0.6

0.4

0.2

0 155

160

165

170

175

180

185

190

195

200

dagen RV aanvoer voor wtw RV inblaas na LB

Vanaf het moment dat de vrije koeling werkt (dag nr. 168 in bovenstaande figuren) ligt de relatieve luchtvochtigheid van de ingeblazen lucht veelal boven de RV van de buitenlucht. Verder blijkt dat de RV-pieken in de buitenlucht door het systeem afgevlakt worden. Het feit dat de RV toeneemt, heeft te maken met de afname in temperatuur door het koelen (vanaf dag 168), zoals weergegeven in onderstaand figuur. 50

temperatuur [°C]

40

30

20

10

0 155

160

165

170

175

180

185

190

195

dagen T aanvoer voor wtw T inblaas na LB

Om te kunnen bepalen wat het (verkoelend?) effect van eventuele ontvochtiging in de Elan unit is, is het noodzakelijk de absolute luchtvochtigheid te bekijken (i.p.v. de relatieve). Op basis van enkele vereenvoudigingen wordt deze absolute vochtigheid (AV) afgeleid uit de RV. Eerst wordt voor de gemeten temperaturen de verzadigingsdruk bepaald. Deze druk, samen met de gemeten RV wordt omgerekend naar de partiële dampspanning. Via de ideale gaswet wordt deze partiële dampspanning omgerekend naar de concentratie waterdamp in de lucht (gram water per kg lucht). Onderstaand

200


82 / 99

figuur geeft het resultaat weer. Gezien de meetnauwkeurigheden en toegepaste rekenslagen, moet er rekening gehouden worden met een zekere onnauwkeurigheid in de uitkomsten. 16

absolute luchtvochtigheid [gr/kg]

14

12

10

8

6

4 155

160

165

170

175

180

185

190

195

200

dagen AV aanvoer voor wtw AV aanvoer na wtw AV inblaas na LB

i

Het verschil tussen de AV van de buitenlucht (‘aanvoer voor wtw’) en de gekoelde inblaaslucht is relatief klein. Er lijkt weinig ontvochtiging plaats te vinden. Voor ontvochtiging is het nodig dat met temperaturen beneden de dauwpunt temperatuur wordt gekoeld. Om dit te controleren, is op basis van de eerder berekende partiële dampspanning de dauwpunt temperatuur van de lucht na de wtw berekend en vergeleken met de beschikbare ‘koeltemperatuur’ (temperatuur van flow vanuit de bron 25

temperatuur [°C]

20

15

10

5

0 155

160

165

170

175

180

185

190

195

dagen Tdauwpunt-na_wtw Tbron_LB_in

naar de luchtbehandeling). De dauwpunt temperatuur ligt veelal onder de aangeleverde ‘koeltemperatuur’, waaruit volgt dat ontvochtiging veelal niet kan plaatsvinden. Er zijn echter ook momenten waarop ontvochtiging mogelijk zou kunnen zijn, bijvoorbeeld rond dag 175. De grafiek met absolute luchtvochtigheid laat echter geen duidelijke ontvochtiging zien rond deze dag.

200


83 / 99

Uit de meetdata blijkt geen duidelijke reden voor het uitblijven van ontvochtiging op de momenten dat de koeltemperatuur (temperatuur van flow vanuit de bron naar de LB) lager is dan de dauwpunt temperatuur. Mogelijk loopt de koeltemperatuur na het meetpunt ‘Tbron_LB_in’ nog iets op (leidingverliezen?, circulatiepomp die continu draait?), mogelijk is het een effect van de (niet gemeten) vochtigheid van de gerecirculeerde lucht van zolder. Op basis van de beschikbare data kan dit niet eenduidig worden vastgesteld.


84 / 99

F

Numerieke simulaties Warmtebalans ISOzero woning

F.1

Aanpak Met als doel inzicht te krijgen in de warmtebalans is een numeriek simulatiemodel gemaakt van de woning. Via de project partners is de benodigde input verzameld voor het model over bouwkundige en installatietechnische eigenschappen van de woning. Hiermee is vervolgens de warmtebalans berekend. Omdat er vrijwel altijd rekening gehouden moet worden met onzekerheden in modellen is vervolgens een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd: in verschillende parameters zijn variaties aangebracht en het effect op de warmtebalans is bekeken. Daarna zijn een aantal varianten gedefinieerd voor het ISOzero woningconcept, waarvan het effect op de warmtebalans is berekend met het model.

F.1.1

Het model Voor de simulaties is TRNSYS (Transient Systems Simulation, versie 16) [2] gebruikt, een dynamisch rekenpakket waarmee het thermisch gedrag van gebouwen en installaties kan worden gesimuleerd. Het in Amerika ontwikkelde pakket wordt voornamelijk voor wetenschappelijk onderzoek gebruikt en in geringe mate voor advieswerk. Een van de kenmerken van het pakket is de open structuur, waardoor de gebruiker de mogelijkheid heeft eigen routines en componenten in te voeren en koppelingen te maken met andere (open) programma’s. Het pakket bevat standaard echter al modellen van veel voorkomende componenten. TRNSYS bestaat al sinds 1975, heeft een goede reputatie als simulatieomgeving en wordt nog steeds actief verder ontwikkeld. Het geïntegreerde gebouwmodel van TRNSYS wordt algemeen beschouwd als een zeer goed model, mede vanwege de over het algemeen goede score van het model in validatieprojecten. ECN maakt al bijna 10 jaar gebruik van TRNSYS voor gebouwsimulaties en heeft inmiddels ruime ervaring opgebouwd. Zo is recentelijk (succesvol) meetdata uit de ECN onderzoekswoningen vergeleken met simulatieresultaten voor deze woningen, ter validatie van de modellen [3]. In dit project is voornamelijk gebruik gemaakt van het gebouwmodel. De modelinvoer bestaat o.a. uit bouwkundige gegevens (afmetingen, materiaalgegevens, ed.), gebruikersinstellingen (gewenste temperaturen, interne warmte, aanwezigheid, ed.) en meteogegevens. Wat betreft de ramen in de gebouwschil wordt gebruik gemaakt van een gedetailleerde bibliotheek, die is samengesteld op basis van berekeningen met het programma Window. De gebruiker kan zelf kiezen in hoeveel thermische zones het gebouw moet worden ingedeeld. Bovenstaande gegevens worden per zone opgegeven. Ook kunnen installaties worden toegevoegd. Hiermee rekent het programma dan dynamisch (met een instelbare tijdstap) de warmtebalans uit per tijdstap en sommeert deze over de simulatieduur. Onderdelen van deze balans zijn: • Ventilatieverliezen • Infiltratieverliezen • Transmissieverliezen • Buffering van energie in gebouwmassa • (Passieve) Zonbijdrage


• •

85 / 99

Interne warmte bijdrage Ruimteverwarming / -koeling

Wat betreft de output kan de gebruiker kiezen uit een groot aantal variabelen (lucht- en massatemperaturen, energiestromen, luchtvochtigheid, ed.), die opgeslagen worden. Zo ontstaat een gedetailleerd beeld van het thermisch gedrag van een gebouw. In dit project zijn de TRNSYS simulaties uitgevoerd met een tijdstap van 1 uur (voldoende nauwkeurig voor jaarlijkse warmtebalans), gedurende een kalenderjaar (januari t/m december). Daarnaast zijn de simulaties beperkt tot de netto energiebehoefte om de thermische zones op temperatuur te houden, ofwel opwek- en systeemrendementen van verwarming en warm tapwater zijn niet meegenomen.

F.2

Uitgangspunten en input model

F.2.1

Woning algemeen Uitgangspunt voor de woning is de ISOzero meet- en demonstratiewoning (status 2005) in Heerhugowaard. Dit is een tuinkamer eengezinswoning met 3 bouwlagen. De totale luchtinhoud is 314 m3 verdeeld als volgt: begane grond 121 m3, eerste verdieping 123 m3 en zolder 70 m3. De tuin (en het PV-dak) is zuid-oost georiënteerd. In het model worden de volgende ‘thermische zones’ onderscheiden: woonkamer ( inclusief open keuken), hal, trap, 2 slaapkamers, overloop, badkamer en zolder. Aanname is dat de aangrenzende woningen (aan west-zijde alleen 1e bouwlaag, zie foto) identieke temperaturen hebben. Dit betekent geen warmtetransport van of naar de buren.

F.2.2

Verwarming De woonkamer (inclusief open keuken), slaapkamers en badkamer worden verwarmd middels lucht. Het setpoint voor ruimteverwarming is 21°C, waarbij geen nachtverlaging wordt toegepast. In het model is altijd voldoende vermogen beschikbaar om aan de momentane vraag te voldoen. Hierdoor volgt uit de simulatie het benodigde piekvermogen. Gezien het warmteafgifte systeem in de woning is gerekend met 100% convectieve warmteoverdracht (geen stralingscomponent) van de ruimteverwarming.

F.2.3

Koeling De woonkamer (inclusief open keuken), slaapkamers en badkamer worden gekoeld middels lucht. Gekoelde zones zijn de woonkamer, slaapkamers en badkamer. Het setpoint voor koeling is 23°C. Net als bij verwarming is er in het model altijd voldoende vermogen beschikbaar om aan de momentane vraag te voldoen. Er wordt geen rekening gehouden met ontvochtiging of bevochtiging.

F.2.4

Ventilatie De woning is voorzien van mechanische balansventilatie met HR warmteterugwinning, waarvoor een temperatuurrendement van 95% geldt. De unit heeft geen bypass. Om te voorkomen dat de warmtewisselaar in de unit bevriest (en daardoor beschadigt), is er een vorstbeveiliging. De toegepaste unit controleert bij lage buitentemperaturen


86 / 99

weerstand verandering door condensatie en reageert bij bevriezingsgevaar door traploos en modulerend de toevoer terug te toeren. In overleg met de leverancier is in het model de volgende versimpeling van deze regeling aangehouden: voor –7°C ≤ Tbuiten < –4°C wordt het rendement met 25% verlaagd en voor Tbuiten < -7°C met 50% 9. Het nominale debiet verse lucht is 150 m3/uur (stand 2), waarvan 40% naar de woonkamer gaat, 20% naar beide slaapkamers en 20% naar de badkamer. Het bijbehorende ventilator vermogen (2 x 20W) is niet opgenomen in het model. Er wordt geen rekening gehouden met ontvochtiging of bevochtiging, of met extra ventilatie door geopende ramen en deuren. F.2.5

Infiltratie Volgens opgave van Vos Project Ontwikkeling (EPC-berekening) is de luchtdoorlatendheid (Qv;10) van de schil 48,56 dm3/s. Dit getal wordt volgens de formules in NEN 2687 omgerekend naar infiltratievoud. Hierbij is de luchtdoorlatendheid naar rato van geveloppervlak verdeeld over ruimten die grenzen aan de schil.

F.2.6

Bouwkundige details De woning is ‘kruipruimte-loos’ gebouwd, met een fundering met ribcassette vloeren. Onder de begane grond vloer is door inklinking van de grond en opbouw van de vloer een luchtruimte aanwezig. De ruimte onder de vloer wordt geventileerd middels muurroosters in de voor- en achtergevel. De kruipruimte is geen onderdeel van het gebouwmodel. In het model grenst de begane grond vloer aan een constante temperatuur van 10°C. Onderstaande tabel geeft de typen glas weer die in de woning toegepast zijn, met daarbij de ‘best match’ voor deze typen uit de beschikbare modelbibliotheken. Type glas in woning Woning, behalve achterdeur (spouw 15 mm) Achterdeur (spouw 12mm)

SG Climaplus N G HR++ U-waarde 1,1 W/m2.K ZTA 63% SG Climaplus N G HR++ U-waarde 1,3 W/m2.K ZTA 63%

‘best match’ in modelbibliotheek SG Climaplus Futur Ar U-waarde 1,1 W/m2.K ZTA 61%. SG Climaplus Futur Ar U-waarde 1,4 W/m2.K ZTA 61%

Het raamkozijn is gemaakt van 67 bij 114 mm hout, het deurkozijn van 90 bij 114 mm hout. Het aandeel van het kozijn op het totale raamoppervlak is per raam bepaald. Voor het hout is een U-waarde van 2,27 W/m2.K gehanteerd. Zie onderstaande tabel voor de warmteweerstanden van de verschillende wanden. In het model zijn deze wanden gedetailleerder ingevoerd volgens de werkelijke wandopbouw (de verschillende materialen laag voor laag, met bijbehorende eigenschappen).

9 Voor de simulaties is het Test Referentie Klimaatjaar gebruikt als bron voor meteodata. In dit klimaatjaar is de minimum temperatuur –10°C.


87 / 99

Wand RC [m2.K/W] Voor- en achtergevel 4 Dak 4 Zijgevel (west) * 3,5 Paneeldelen gevel 3 Vloer begane grond 2,5 Voordeur (geïsoleerd) 0,8 Binnenwanden 0,3 Vloer eerste verdieping / zolder 0,2 Woningscheidende muur 0,2 Binnendeur / achterdeur 0,2 * ter hoogte van eerste verdieping en zolder F.2.7

Klimaat en omgeving Voor klimaatgegevens is uitgegaan van het Test Referentie Klimaatjaar, een ‘standaard’ jaar dat veel in simulaties wordt ingezet. Voor de locatie van de woning geldt een latitude van 52°. Beschaduwing van de woning door omliggende bebouwing wordt niet meegenomen. Voor grondreflectie van zoninstraling wordt de default waarde 20% verondersteld.

F.2.8

Interne warmte Het weekpatroon voor de interne warmtelast van apparaten, personen en verlichting is gebaseerd op NEN 5128 [1], zie onderstaande tabel. Dit weekpatroon wordt toegepast in de woonkamer (39,74m2), slaapkamers (22,7 + 14,18m2) en badkamer (4,73m2). De verhouding convectie – straling is 50%-50% verondersteld. Tijd

Woonzone

Slaapzone

[uur]

[W/m2] 7 dagen 8,0 20,0 2,0 9,0

[W/m2] 2 dagen 5 dagen 2,0 1,0 4,0 1,0 6,0 6,0 3,8 2,7

07:00 - 17:00u 17:00 - 23:00u 23:00 - 07:00u Etmaalgemiddeld

Verwarmde zone gemiddeld [W/m2] 7 dagen 4,6 10,9 4,0 6,0

F.2.9

Niet in model Een aantal aspecten van de woning zijn niet in model opgenomen: • Vaste overstek bij eerste verdieping (beperkte overstek voor 2 ramen). • Luchttransport tussen zones. (De afzuigpunten bevinden zich in de badkamer, wc en keuken, hier wordt lucht afgezogen die in andere ruimtes wordt ingeblazen. Daarnaast komt er aanzuiglucht voor de luchtverwarmer via deurspleten, overloop en trapopgang naar zolder.) • De dakkapel aan straatzijde (niet representatief voor huizen in blok.). • PV-panelen op dak (effect op thermische balans naar verwachting zeer klein).

F.3

Simulatieresultaten De resulterende jaarlijkse warmtebalans, berekend door TRNSYS, wordt weergegeven door de onderstaande twee figuren. De jaarlijkse netto behoefte aan ruimteverwarming is 11,7 GJ en ruimtekoeling 7,5 GJ. Omdat in het model de gevraagde verwarmings- en


88 / 99

koelvermogens altijd geleverd kunnen worden, vallen de binnentemperaturen altijd binnen de opgegeven setpoints.

ENERGIE IN

verwarming 27%

zonbijdrage (passief) 39%

interne warmte 34%

ENERGIE UIT

koeling 17%

infiltratie 11% ventilatie 3%

transmissie 69%

Onderstaand figuur geeft de berekende jaarbelastingduurkromme weer voor ruimteverwarming en –koeling. Deze kromme geeft aan hoeveel uren in het jaar het gevraagde vermogen (voor verwarmen of koelen) boven een bepaalde waarde uitkomt. Het vermogen dat 0 uren in het jaar wordt overschreden is het benodigde piekvermogen. Voor verwarmen is dat hier 2,8 kW, voor koelen 2,7 kW.


89 / 99

6.0

jaarbelastingduurkromme

5.0

[kW]

4.0

verwarming

3.0

koeling

2.0 1.0 0.0 0

730

1460

2190

2920

3650

4380 [uur]

5110

5840

6570

7300

8030

8760

Uit de jaarbelastingduurkromme valt ook af te leiden dat het stookseizoen van de woning circa 4336 uur duurt en het koelseizoen 3023 uur. In onderstaande figuur zijn de vraag naar ruimteverwarming en –koeling uitgezet tegen de buitentemperatuur. Uit deze figuur valt op te maken dat, bij aangenomen interne warmtelast en berekende zonbijdrage, er geen vraag naar ruimteverwarming meer is bij buitentemperaturen boven de 13°C. De vraag naar koeling begint al bij buitentemperaturen vanaf 6 à 7°C en er is dus een temperatuurgebied waarin koeling en verwarming samen voorkomen. Behalve door zonbijdrage en buitentemperatuur wordt dit figuur sterk beïnvloed door het aangenomen patroon voor interne warmtelast (verlichting, apparaten en personen).

12000

verwarming

energie [kJ/uur]

10000

koeling

8000 6000 4000 2000 0 -15

F.4

-10

-5

0

5 10 15 buitentemperatuur [°C]

20

25

30

35

Gevoeligheidsanalyse Bij het modelleren van gebouwen moet altijd rekening gehouden worden met onzekerheden. Zo zijn er onzekerheden bij het omzetten van tekeningen naar het model, het modelleren van luchtdichtheid en isolatiewaarden van de schil, en onzekerheden in gedrag / prestatie in de praktijk, zoals temperatuur setpoint (verwarmen / koelen), interne warmtelast, klimaat (temperatuur en zoninstraling), rendement warmteterugwinning ventilatie en ventilatiedebiet. Voor elk van deze onzekerheden is bekeken hoe groot de invloed is op de warmtebalans van deze woning, door een zekere variatie op te leggen in het model. Onderstaande tabel geeft een overzicht van de opgelegde variaties (minimum – referentie –


90 / 99

maximum) en het berekende effect op de jaarlijkse vraag naar ruimteverwarming (w) en ruimtekoeling (k). Variant Ref Referentie case 3 - Infiltratie Qv;10 dm /s 48,56 - Rc dak en gevel W/m2.K 4,0 - Setpoint CV °C 21 - Setpoint koeling °C 23 - Interne warmtelast W/m2 100% - Buitentemperatuur °C ref - Zoninstraling W/m2 ref - Rendement wtw % 95 3 - Ventilatiedebiet m /uur 150

Min [GJ w] [GJ k] Max [GJ w] [GJ k] 11,7 7,5 11,7 7,5 40 11,2 7,6 60 12,5 7,2 3,5 12,3 7,3 4,5 11,3 7,6 20 10,0 7,3 22 13,9 7,8 22 12,1 9,1 24 11,6 6,1 75% 13,6 5,9 125% 10,0 9,2 -1°C 13,2 6,4 +1°C 10,4 8,5 -10% 12,2 6,5 +10% 11,0 8,7 85 13,0 7,0 125 11,6 7,5 175 11,9 7,4

GJ/jaar

Onderstaande figuren laten de spreidingen zien ten opzichte van de referentie, zoals hierboven bepaald. Voor verwarming zijn het temperatuur setpoint en interne warmtelast, bij gekozen variaties, het meest bepalend. Zo bespaart een 20°C instelling circa 50 m3 a.e. ten opzichte van 21°C. Ook bij koeling zijn de thermostaat instelling en interne warmtelast het meest bepalend. De aangenomen variaties voor thermostaat instelling en interne warmtelast zijn geenszins overdreven, in de praktijk komt men dergelijke verschillen zeker tegen.

16 14 12 10 8 6 4 2 0

Ruimteverwarming

referentie

l) V st w iet el ur ng 10 Q v; en gev t poin t C t k oel i rmt ela p erat u (gl obaa ent wt tie deb e i t a a n w t r a c da k Se t em ing end em V en til poi In fil S et In terne B ui ten ins tral R R n Zo

GJ/jaar

Ruimtekoeling 16 14 12 10 8 6 4 2 0

referentie

l) V w st iet el ur ng 10 Q v; en gev t poin t C t k oel i rmt ela p erat u (gl obaa ent wt tie deb e i t a a n m l i a w tr Se t em ing end e V en ti po da k In fil S et In terne B ui ten ins tral Rc R n Zo


91 / 99

De dakkapel van de woning is voorzien van hetzelfde glas als de rest van de woning en van 120 mm minerale wol. Uit het voorgaande blijkt dat de gevoeligheid voor variatie in RC van de dichte schil relatief gering is. Het niet modelleren van de dakkapel heeft dan ook naar verwachting een relatief gering effect op de energievraag.

F.5

Varianten Nu de warmtebalans van de huidige woning bepaald is, kan het model gebruikt worden om het effect van bouwkundige of installatietechnische varianten te bekijken. Mede op basis van meetresultaten in de ISOzero woning zijn de volgende varianten gedefinieerd: zonwerend glas, bypass op de warmteterugwinning uit ventilatielucht, nachtverlaging van thermostaat setpoint, isolatie van begane grond vloer en beter kozijn.

F.5.1

Zonwerend glas Er zijn twee varianten zonwerend glas gesimuleerd: - “Climaplus 4S #2 Ar” glas: U-waarde 1,1, ZTA 43% en LTA 72% (4-16-4 mm) of - “Climaplus 4S #2 Kr” glas: U-waarde 0,9, ZTA 43% en LTA 72% (4-12-4 mm), ofwel toegepast in de hele woning, ofwel alleen aan tuinzijde (zuid-oost). De variant met Krypton is toegevoegd omdat hiermee mogelijk een lagere zonbijdrage (als gevolg van lagere ZTA) deels gecompenseerd wordt door lagere warmteverliezen (lagere U-waarde) zodat het effect op de ruimteverwarming beperkt is. Onderstaande tabel bevat de resultaten, zoals berekend met TRNSYS. Variant

Verwarming|

Koeling

Koeling piek

Referentie Climaplus 4S #2 Ar aan tuinzijde, rest ref. Climaplus 4S #2 Ar overal Climaplus 4S #2 Kr aan tuinzijde, rest ref. Climaplus 4S #2 Kr overal

GJ/jaar 11,7 13,3 13,6 13,0 13,2

GJ/jaar 7,5 4,4 3,8 4,5 4,0

kW 2,7 2,1 1,9 2,1 1,9

Het zonwerend glas heeft een aanzienlijk effect op de gevraagde koeling (reductie van 43% tot 50% op jaarlijkse koelbehoefte). Bij alle varianten neemt de verwarmingsvraag toe, als gevolg van een afname in zonbijdrage in de winter. De variant met Krypton vulling compenseert dit, zoals verwacht, deels door een lagere warmteverlies. F.5.2

Bypass warmteterugwinning In het model is ingesteld dat de warmteterugwinning uit ventilatielucht volledig wordt uitgeschakeld indien (standaard instelling toegepast apparaat, volgens leverancier) - de binnentemperatuur boven 22°C is en - de buitentemperatuur boven 10°C is en - de buitentemperatuur lager is dan de binnentemperatuur. De berekende jaarlijkse vraag naar ruimteverwarming daalt hierdoor naar 11,8 GJ/jaar en koeling naar 4,6 GJ/jaar. Het aantal uren dat koeling nodig is, daalt naar 2049.

F.5.3

Nachtverlaging Bij nachtverlaging is aangenomen dat het temperatuur setpoint voor ruimteverwarming van 21 naar 15°C verlaagd wordt gedurende de nacht (23:00 tot 07:00u). De berekende jaarlijkse vraag naar verwarming is dan 11,1 GJ/jaar (piek 5,2 kW) en naar koeling 7,4


92 / 99

GJ/jaar (piek 2,7 kW). Onderstaande jaarbelastingduurkromme laat verder ook zien dat het aantal uren dat er verwarming gevraagd wordt met circa 1/3 afneemt. 6.0

jaarbelastingduurkromme

5.0

[kW]

4.0

verwarming

3.0

koeling

2.0 1.0 0.0 0

730

1460

2190

2920

3650

4380 [uur]

5110

5840

6570

7300

8030

8760

F.5.4

Vloerisolatie In de huidige ISOzero woning is de begane grond vloer geïsoleerd met RC 2,5 m2.K/W. Het effect van RC 3,5 is dat de ruimteverwarming daalt naar 11,0 GJ/jaar en koeling naar 8,3 GJ/jaar. Het piekvermogen voor zowel verwarming als koeling wordt 2,8 kW. Ofwel een duidelijk effect. Er zijn geen effecten op de oppervlakte temperatuur van de vloer zichtbaar in het model, omdat het model veronderstelt dat de beschikbare ruimteverwarming effectief naar alle wanden wordt overgedragen.

F.5.5

Geïsoleerd kozijn In de referentie wordt met standaard houten kozijnen gerekend. Er zijn verschillende producten verkrijgbaar met een betere warmteweerstand. Als voorbeeld is het effect bekeken van U-waarde 1,5 W/m2.K. De vraag naar ruimteverwarming daalt naar 10,9 GJ/jaar en koeling stijgt naar 7,8 GJ/jaar. Het piekvermogen voor verwarming en koeling is 2,7 kW.

F.5.6

Overzicht varianten Onderstaande tabel geeft een overzicht van de bovenstaande varianten. Per variant is aangegeven of er een significante (>5%) verandering in energievraag is ten opzichte van de referentie. De laagste totale energievraag (verwarming + koeling) wordt bereikt door de variant met bypass op warmteterugwinning, gevolgd door zonwerend glas. Variant

F.6

Verwarming

t.o.v. referentie

Koeling

GJ/jaar Referentie 11,7 Zonwerend glas * 13,3 ↑ Bypass wtw 11,8 Nachtverlaging CV 11,1 Vloerisolatie 11,0 ↓ Geïsoleerd kozijn 10,9 ↓ * Climaplus 4S #2 Argon aan tuinzijde, rest referentie

GJ/jaar 7,5 4,4 4,6 7,4 8,3 7,8

t.o.v. referentie ↓ ↓ ↑ -

Bronnen [1]

“NEN 5128 Energieprestatie van woonfuncties en woongebouwen – Bepalingsmethode”, NEN 5128:2004, Nederlands Normalisatie-instituut, Delft, maart 2004.


[2] [3]

93 / 99

http://sel.me.wisc.edu/trnsys/, mei 2006. “Ecobuild Research: full-scale testing of innovative technologies for energy efficient houses”, E.J. Bakker, RX--04-005, ECN, Petten, januari 2004.


G

94 / 99

Numerieke simulaties Bodemdimensionering

Bodemberekeningen Er zijn drie situaties doorgerekend: 1. benadering van de huidige vraag van de ISOzero woning 2. een veld van 40 woningen per ha 3. een “oneindige rij” woningen. Voor ale situaties is gerekend met de volgende COP’s: o Ruimteverwarming: COP = 4 o Warmtapwaterproductie: COP =2,5 o Koeling: COP = 5 Bij deze berekeningen is gebruik gemaakt van het referentie klimaatjaar 1964/1965 Ad 1: Voor de benadering van de huidige vraag zijn de volgende uitgangspunten aangehouden: De warmte- en koudevraag voor ruimteconditionering van de referentiewoning is aangepast aan de huidige situatie. Dit is gedaan door het standaard vraagpatroon met een factor twee te vermenigvuldigen en de warmtapwatervraag toe te voegen. Er is niet gerekend met bijstookwarmte: m.a.w. de volledige warmtevraag voor ruimteverwarming en warmtapwater wordt door de warmtepomp geleverd. Voor het tapwater is gerekend zonder warmteverlies van een buffervat. Conform de eerdere simulaties is gerekend met 6 VBWW,s van elk 35 m lengte op een onderlinge afstand van 3,00m. Ad2: Hiervoor is als uitgangspunt een bodemsysteem genomen bestaande uit 4 verticale bodemwarmtewisselaars (VBWW) van elk 50 lang bestaande uit enkele U-buis. De onderlinge afstand tussen de VBWW is 3,00m aangehouden; plaatsing in één rij in het midden van de tuin (de benodigde tuinlengte is dan circa 10,00m). Voor de zijburen is dezelfde maatvoering aangehouden. Het beschikbare oppervlak per woning is op 250 m2 gesteld (40 woningen per ha). Bij een perceelbreedte van 5,50m betekent dit dat op circa 45 m afstand (h.o.h.) een volgende rij woningen aanwezig is met bodemsysteem. Voor de energievraag is het patroon van de referentiewoning van ECN aangehouden, echter met toepassing van zonwerend glas; tevens is de warmtapwatervraag toegevoegd. Ook hier is uitgegaan van een monovalent systeem (de afwezigheid van een bijstookvoorziening). Ad 3: Deze simulatie is gelijk aan de vorige, echter hier is uitgegaan van slechts één rij woningen met een bodemsysteem. Dus wel zijburen, maar geen voor en achterburen met een bodemwarmtepomp. Alle simulaties zijn tien jaar doorgerekend.


Huidige modelwoning Referentiewoning 40 won. per ha Referentiewoning Één rij woningen

95 / 99

Ruimteverwarming

Ruimtekoeling

Warmtapwater (zonder bufferverlies) GJ/jaar 11,4

Bodemsysteem

GJ/jaar 23,5

GJ/jaar 14,9

13,6

3,8

11,4

4 * 50m

13,6

3,8

11,4

4 * 50m

6 * 35 m

Resultaten Simulatie 1: Huidige modelwoning Huidige situatie

dagelijks gemiddelde van de gemiddelde (aanvoer/retour) medium-temperatuur in het bodemsysteem gedurende 10 jaar

20

[°C]

15 jaar 1 jaar 2 jaar 3 jaar 4 jaar 5 jaar 6 jaar 7 jaar 8 jaar 9 jaar 10

10

5

0 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 dagnr. (1 = 1 april)

Uit het temperatuurverloop over een periode van 10 jaar blijkt dat de mediumtemperatuur na het eerste jaar stabiel is. Dit komt met name doordat de warmteonttrekking en warmtelevering aan de bodem slechts een kleine onbalans vertoont. De verschillende jaarlijnen zijn overigens niet te onderscheiden omdat ze samenvallen.


Huidige situatie

96 / 99

dagelijks max, min en daggemiddelde van de mediumtemperatuur bodem-systeem 10e jaar (T-gemiddeld van aanvoer en retour)

25

20

15 [°C]

max gemidd. min 10

5

0 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 Dagnr. (1 = 1 april)

De laagste mediumtemperatuur is 1,3 °C (gemiddelde van aanvoer en retour; dag 3334). Dit levert bevriezingsproblemen op in de verdamper van de warmtepomp.

Simulatie 2: referentiewoning/vraagpatroon (incl. warmtapwater) 40 woningen per ha.

Ref-woningen 40/ha


12

11


[°C]

9

8

7

6

5

4 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 dagnr. (1 = 1 april)


97 / 99

De gemiddelde temperatuur daalt, en is na 10 jaar nog niet stabiel. Dit wordt veroorzaakt door de relatief grote onbalans in warmte-onttrekking en warmtetoevoer aan de bodem en aan de dichte “bebouwing” met bodemwarmtewisselaars. dagelijks max, min en gemiddelde van de medium-temperatuur bodem-systeem 10e jaar

Ref-woningen 40/ha

(T-gemiddeld van aanvoer en retour)

12

10

[°C]

8

max gemidd. min

6

4

2

0 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 Dagnr. (1 = 1 april)

De minimumtemperatuur in het 10e jaar is 3 °C (betekent: aanvoer: 1 tot 1,5 °C; retour: 4,5 tot 5 °C). Dit kan tot kritische situaties in de verdamper leiden m.b.t. bevriezingsgevaar.

Simulatie 3: referentiewoning/vraagpatroon (incl. warmtapwater) enkele rij. De resultaten hiervan wijken marginaal af van die in simulatie 2: het maakt dus nauwelijks verschil wanneer slechts één rij woningen van VBWW wordt voorzien. Een mogelijke oplossing hiervoor om de bodemwarmtewisselaars om en om in de voortuin en achtertuin aan te brengen.


Ref-woningen enkele rij

98 / 99


12

11


[°C]

9

8

7

6

5

4 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 dagnr. (1 = 1 april)

Ref-woningen enkele rij

dagelijks max en min van de medium-temperatuur bodem-systeem 10e jaar (T-gemiddeld van aanvoer en retour)

12

10

[°C]

8

max gemidd. min

6

4

2

0 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 Dagnr. (1 = 1 april)


H

99 / 99

Lijst met Publicaties over de ISOzero woning

Datum Maart 2004 April 2004 03-12-2004 27-04-2004

Tijdschrift Duurzame Energie Puur bouwen Stromen Stadsnieuws Heerhugowaard Noord-Hollands dagblad

Titel Innovaties in de Stad van de Zon Grootschaligheid Isozerowoning focust op comfort Heerhugowaard geeft duurzaam voorbeeld 11-12-2004 ‘Aircowoning’ experiment voor comforttabel wonen 25-01-2005 Noord-Hollands dagblad Landelijke interesse voor ‘aircowoning’ Maart 2005 Nieuwsblad gebouw Stad van de Zon duurzaam toonaangevend! 16-03-2055 Noord-Hollands dagblad Koeling en comfort van een bijzonder huis 23-06-2005 Noord-Hollands dagblad Heerlijk koel in woning met airco 29-06-2005 Website Nationaal Dubo Meten en demonstreren met de Centrum Isozerowoning in Stad van de Zon Juli/augustus Verwarming en ISOzero: een “cool’ concept 2006 Ventilatie Plus

ISOzero Meet- en Demonstratiewoning

Recommend Documents