duurzame energie/vsk
Gert Harm ten Bolscher
Warmtepompsystemen vereisen andere mindset
Lessen uit warmtepompprojecten
Om een energiezuinige en comfortabele nieuwbouwwoning te realiseren, is de toepassing van warmtepompen een effectieve techniek. In combinatie met zonnecollectoren en een pv-systemen is het mogelijk CO2-neutrale woningen te realiseren. Er zijn verschillende voorbeelden van projecten waarin warmtepompen succesvol zijn toegepast. Maar het gaat niet altijd goed.
De Zutphense nieuwbouwwijk De Teuge kwam medio 2011 uitgebreid in het nieuws. De woningen in deze wijk zijn voorzien van individuele warmtepompen die gekoppeld zijn aan een collectief laagtemperatuurnet dat vanuit open bronnen wordt gevoed. De bewoners klagen over torenhoge energierekeningen, de onbetrouwbaarheid van de warmtepompen en het comfortniveau in de woningen (tussen 2003 en nu zijn in verschillende woningen al nieuwe warmtepompen geplaatst). De ontevreden bewoners hebben zich verenigd en trekken aan de bel, omdat verschillende partijen niet thuis geven. De resultaten van onderzoeken – uitgevoerd op initiatief van de gemeente – kwamen afgelopen zomer naar buiten. Uit de onderzoeken blijkt het volgende: • Het gemiddelde (voor graaddagen gecorrigeerde) elektraverbruik voor de warmtepompen bedraagt ruim 4.800 kWh per woning. Daarnaast gebruikt het collectieve net nog eens ruim 1.300 kWh per woning. • De netbeheerder heeft in het verleden in allerijl een zwaarder elektriciteitsnet aangelegd om in de vraag te voorzien; de capaciteit blijkt regelmatig nog niet voldoende te zijn als in veel woningen elektrisch wordt bijgestookt. • De woningen zijn niet voorzien van de geplande balansventilatiesystemen met wtw, maar van mechanische afzuiging met natuurlijke toevoer (argumentatie tijdens de ontwikkeling: ‘dankzij de warmtepomp wordt de epc toch wel gehaald, dus is balansventilatie niet noodzakelijk’). • De oorspronkelijke geplande isolatiewaarde is (in een deel van de woningen) niet gehaald.
Andere mindset Helaas is De Teuge geen uitzondering die de regel bevestigt. Er zijn meerdere wijken met warmtepompen die niet helemaal volgens verwachting presteren. Daarnaast gebeurt het regelmatig dat problemen met individuele wp-systemen in individuele woningen nog net in het ontwerptraject kunnen worden voorkomen dankzij een second opinion op het ontwerp, of helaas in de gebruiksfase moeten worden opgelost vanwege klachten van bewoners. De ervaring uit de achterliggende maanden leert dat veel
18
partijen uit de bouwkolom de warmtepomp zien als de sleutel om een woning met een epc van 0,6 of lager te realiseren. Er wordt echter vergeten dat een concept met een warmtepomp een totaal andere aanpak vraagt dan een concept waarin de vertrouwde hr-ketel wordt toegepast. De ketel heeft voldoende (over)capaciteit beschikbaar om onvolkomenheden uit het voortraject te compenseren, waarbij de eindgebruiker uiteindelijk alleen maar zal merken dat zijn energierekening iets hoger is dan hij mogelijk zou verwachten. Toepassing van warmtepompen vraagt om een totaal andere mindset bij alle betrokkenen (van opdrachtgever, ontwerpers, uitvoerders en gebruikers).
Zwakste schakel bepaalt prestatie Een wp-systeem bestaat uit een keten van verschillende schakels: bron, warmtepomp, afgiftesysteem, regeling, ventilatiesysteem en kwaliteit van de gebouwschil. Ook hiervoor geldt dat deze keten zo sterk is als de zwakste schakel. Als de bron verkeerd is gedimensioneerd of gerealiseerd, zal de bodem (na verloop van tijd) onvoldoende warmte kunnen leveren. Daardoor neemt de efficiëntie (cop) van de warmtepomp af, wat een hoger elektriciteitsverbruik tot gevolg heeft. Wanneer de combinatie van bron en warmtepomp niet goed is afgestemd op de werkelijke warmtevraag van de woningen, zal de (elektrische) bijverwarming vaker bij moeten springen om de woning warm te houden. Dit draagt ook niet bij aan het in de hand houden van de energiekosten. Voor het afgiftesysteem gelden dezelfde afwegingen. Vervolgens bepalen ook het ventilatiesysteem en de bouwkundige kwaliteit of de energetische en de comforttechnische prestaties worden gehaald. Toepassing van een ventilatiesysteem zonder wtw veroorzaakt een forse toename van zowel het verwarmingsvermogen (en dat heeft weer gevolgen voor bron, warmtepomp en afgiftesysteem) als de warmtevraag, met daaraan gekoppeld het elektriciteitsverbruik. Als de gebouwschil door andere ontwerpkeuzen of door fouten tijdens de realisatie niet de oorspronkelijke prestaties haalt, heeft dat ook effect op zowel het opgestelde vermogen als de totale warmtevraag.
januari 2012
VV01 18-23.indd 18
vv+
11-01-12 13:17
Kortom: aanpassingen in het ontwerp en onvolkomenheden tijdens de realisatie resulteren bijna per definitie in een hoger energiegebruik en een lager comfortniveau. De balans zal dan heel snel omslaan van een hogere investering met lagere exploitatiekosten en een hoog comfortniveau naar een hogere investering met hoge exploitatielasten en een laag wooncomfort. Om een warmtepompsysteem succesvol te ontwerpen en te realiseren, is dus niet alleen kennis van zaken van het eigen vakgebied nodig, maar ook de bereidheid van alle partijen om echt integraal te ontwerpen en te realiseren.
De verticale bodemwarmtewisselaar (of bodemcollector) wordt in het boorgat geplaatst.
Kennis en procesbeheersing Analyse van de verschillende projecten leert dat de meeste problemen ontstaan als in de ontwerp- en realisatiefase onvoldoende aandacht wordt geschonken aan een van de volgende aspecten: • techniek (zowel de afzonderlijke systemen als de samenhang tussen warmtepomp, afgiftesysteem, ventilatiesysteem, warmtapwatersysteem en de bouwkundige kwaliteit); • organisatie (coördinatie tussen de verschillende betrokken disciplines, ofwel integraal ontwerpen en bouwen); • economie (afstemming tussen investeringskosten en de totale exploitatiekosten in relatie tot beheers- en exploitatievormen). Met andere woorden: toepassing van een warmtepomp vraagt om kennis van alle betrokkenen en een optimale beheersing van de ontwerp-, realisatie- en gebruiksfase.
KopStaart-aanpak Door de samenhang tussen warmtepompsysteem en het gebouw is het niet zonder meer mogelijk een warmtepomp in een later stadium toe te voegen aan een eenmaal gekozen woningconcept. Daarnaast vraagt een wp-systeem om een procesmatige integratie tijdens de bouw en ontwikkeling van de woningen. Om het proces te verbeteren (met het oog op een betere bouwkwaliteit), hebben de partners in het Lenteakkoord (Bouwend Nederland, Neprom, nvb en Aedes in samenwerking met Uneto-vni) de KopStaart-aanpak ontwikkeld (zie www.lente-akkoord.nl). Dat is een handreiking voor vooral de opdrachtgever om de kwaliteit op meerdere momenten te borgen: bij het ontwerp, bij aanbesteding, tijdens de uitvoering, bij oplevering en in de gebruiksfase. Deze aanpak is bij uitstek ook bruikbaar om de kwaliteit van een wpsysteem te borgen en fouten te voorkomen. Uneto-vni heeft naar aanleiding van deze KopStaart-aanpak een aanvulling gemaakt, specifiek voor warmtepompprojecten. De werkgroep Warmtepompen van het Lente-akkoord heeft voor
Uit thermografisch onderzoek met een infraroodcamera blijkt dat de isolatie heel gelijkmatig en goed is aangebracht (egaal beeld), de kleuren onder de overstek worden veroorzaakt door reflectie.
warmtepompen in de woningbouw de ‘dos and don’ts’ voor ontwikkelaars in een handzame publicatie op een rijtje gezet. Deze is te vinden op www.lente-akkoord.nl. Alleen door een warmtepomp vanaf de start integraal en goed doordacht mee te nemen, is comfortabele, gezonde en duurzame nieuwbouw mogelijk.
Procesaanpak Stedenbouwkundig ontwerp In het stedenbouwkundig ontwerp worden keuzen gemaakt die betrekking hebben op de oriëntatie van de woningen en de aanleg van een energie-infrastructuur. • De oriëntatie van de woningen is mede bepalend voor de uiteindelijke warmtevraag. • Bij keuze voor toepassing van warmtepompen moet rekening worden gehouden met een zwaarder elektriciteitsnet om te voorkomen dat tijdens een koudeperiode de capaciteit van het elektriciteitsnet bepaalt of de woningen warm blijven of niet. januari vv+
2012
VV01 18-23.indd 19
19 11-01-12 13:17
• Toepassing van een collectief lt-warmtenet in combinatie met open of gesloten bronnen moet worden meegenomen in het ontwerp van de infrastructuur. • De procedure voor vergunningverlening van collectieve open bronnen (en straks ook van collectieve gesloten bronnen) vergt tijd. Daarnaast moet de bodem voldoende geregenereerd worden (bodem thermisch in balans). • Toepassing van individuele gesloten bronnen (bodemcollectoren) in een wijk vraagt om een actieve betrokkenheid van de gemeente wat betreft kwaliteitsborging tijdens de ontwerp- en realisatiefase om te voorkomen dat de individuele bronnen elkaar negatief beïnvloeden (‘ondergronds stedenbouwkundig plan’). Hiervoor moet een protocol (‘bestemmingsplan’) worden opgesteld dat input vormt voor de vervolgfasen. • In deze fase moet ook aandacht worden geschonken aan de investerings- en exploitatiekosten en -vormen van (gedeeltelijk) collectieve systemen. Een businesscase biedt inzicht en vormt het uitgangspunt voor latere keuzen. Programma van Eisen In het Programma van Eisen (pve) moeten de kenmerken van het project worden omschreven, zoals de keuze voor een bepaalde mate van energiezuinigheid met het oog op
CO2-reductie of lage energiekosten, keuze voor passieve koeling, keuze voor een bepaald binnenmilieuprofiel of comfortniveau. De keuze voor een investerings- en exploitatievorm moet in het pve worden opgenomen met de karakteristieken van de businesscase (onder andere de gehanteerde cop’s van de warmtepompen, de bijhorende bronkeuzen en prestatie-eisen aan de bron en de warmtepomp). De kwaliteitseisen moeten zodanig worden geformuleerd dat ze toetsbaar zijn en dat duidelijk is welke partij verantwoordelijk is voor de realisatie van deze eisen. Ontwerp Als op basis van het pve wordt gekozen voor een warmtepomp, dan moet dat een integraal onderdeel van de ontwerpopdracht worden. • Betrek partijen die integraal kunnen en willen ontwerpen (toets of partijen ervaring hebben). • Ontwerp een woning met een goede gebouwschil (zie kader ‘Gebouwschil’). • Voorkom oververhitting (grote glaspartijen op het Zuiden zonder zonwering veroorzaken oververhitting, ook bij passieve koeling). • Voorkom geluidsoverlast (in het Bouwbesluit 2012 zijn eisen opgenomen wat betreft installatiegeluid in de woning;
Gebouwschil cruciaal voor prestatie energiezuinige woning De gebouwconstructie speelt samen met het ventilatiesysteem en het warmteafgiftesysteem een cruciale factor bij de realisatie van een energiezuinige kwaliteitswoning. De belangrijkste basiseisen voor de gebouwconstructie zijn verwoord in het Bouwbesluit. Deze zijn vaak niet afdoende om een comfortabel binnenklimaat te creëren, in combinatie met lt-verwarming. Toepassing van een relatief lage isolatiegraad van de woning (RC = 2,5 m2K/W) maakt de woning minder geschikt voor ltverwarming (met het oog op transmissieverliezen). Daarnaast kan bij (extreem) koude buitencondities thermisch discomfort ontstaan door ‘stralingskoude’ van de gevel of koude luchtstromen door onvoldoende kierdichting. Dezelfde overwegingen gelden bij toepassing van minder goed isolerende beglazing. Het toepassen van een hogere isolatiegraad en een goede luchtdichting in de woning maken effectieve benutting van lt-verwarming en wp-systemen mogelijk. De woning moet aan de volgende eisen voldoen voor toepassing van een wp-systeem: Rcgevel, dak en vloer minimaal 3,5 m2K/W, Uraam maximaal 1,7 W/m2K en een luchtdichtheid (q v;10;kar) van maximaal 0,625 l/s.m2. Let wel: dit zijn onder- dan wel bovengrenzen; hier geldt dat een betere isolatiewaarde en luchtdichtheid een positieve invloed hebben op het op te stellen vermogen, de totale warmtevraag en het comfortniveau. Belangrijk aandachtspunt hierbij is dat de ontwerpwaarden ook daadwerkelijk worden gerealiseerd. Door fouten tijdens de realisatie, die vaak worden veroorzaakt door gebrek aan kennis, wordt de isolatiewaarde of de kierdichtheid niet gehaald. Het gevolg daarvan is dat tijdens de gebruiksfase een bepaalde ruimte niet warm wordt of het totale systeem niet goed functioneert. Een valse spouw van maar 5 mm (de ‘gevelopbouw’ is dan: binnenblad, valse spouw, isolatiemateriaal, luchtspouw en buitenblad) halveert bijvoorbeeld de isolatiewaarde. Het ontbreken van een gedeelte van het isolatiemateriaal heeft niet alleen effect op de transmissieverliezen ter plekke, maar zorgt ervoor dat over een veel groter gedeelte de isolatiewaarde vermindert omdat warmte ‘weglekt’ naar het ongeïsoleerde gedeelte.
20
januari 2012
VV01 18-23.indd 20
vv+
11-01-12 13:17
dit is de ondergrens. Overweeg om aanvullende eisen te stellen voor bepaalde ruimten). • Zorg dat de systemen gedurende minimaal twee jaar op afstand kunnen worden uitgelezen (en data bewaard blijven). • Reserveer een opstellingsruimte op de begane grond en houd bij het ontwerp van de ruimte rekening met het voorkomen van geluidsoverlast. • Kies een ventilatievoorziening die past bij het pve en de andere ontwerpkeuzen (zie het kader ‘ventilatiesysteem’). • Selecteer passende afgiftesystemen en houd rekening met maximale vloer- en wandtemperaturen bij toepassing van vloer- en/of wandverwarming. • Kies een boilerinhoud (voor warm tapwater) die past bij toekomstige gebruikscondities. Bij woningen met meerdere badkamers of voorzieningen die veel warm water vragen, moet de vraag worden gesteld of de warmtepomp geschikt is om in de tapwaterbehoefte te voorzien. • Ontwerp het bronsysteem nadat bovengenoemde aspecten zijn bepaald (conform Isso 73 voor individuele verticale bodemcollectoren en Isso 80 voor collectieve installaties). • Laat het totaalontwerp toetsen door een onafhankelijke partij op basis van het pve (inclusief de onderliggende businesscase). • Zorg voor adequate informatie in de verkoopbrochures; bewoners moeten een reëel beeld krijgen van wat ze kunnen verwachten en wat van hen wordt verwacht (bijvoorbeeld gebruiksmogelijkheden, keuze voor vloerbedekking en specifieke exploitatiekosten als gevolg van het warmtepompsysteem, inclusief looptijd van contracten). Bestek/aanbesteding/contractvorming In deze fase wordt geregeld dat de kwaliteit van het gerealiseerde product gelijk is aan de kwaliteit van het ontwerp. Belangrijk is om partijen te selecteren die ervaring hebben met de realisatie van dergelijke systemen. • Laat één partij verantwoordelijk zijn voor het totaalconcept (bouwkundige en installatietechnisch), zodat deze ook problemen oplost. • Leg de gedefinieerde prestaties vast en vraag aan de uitvoerende partij(en) om prestatiegaranties (inclusief de malus als de prestaties niet gehaald worden). • Leg in de contractstukken vast dat er controle plaatsvindt en geef aan welke aspecten worden gecontroleerd. Overweeg om de uitvoerende partijen zelf te laten meten op deze aspecten en controleer door een steekproef de kwaliteit van de metingen. • Geef ook aan hoe, wanneer en volgens welke criteria wordt
Met de ‘blowerdoor’-meting kan de luchtdichtheid worden bepaald.
Vloerverwarming verdicht gelegd bij een raampartij om koudeval en hogere transmissieverliezen te compenseren.
gecontroleerd. Bij bestek en aanbesteding moeten alle eisen met aannemers, installateurs en leveranciers worden doorgesproken. Daarbij is toezicht op de geleverde kwaliteit cruciaal. In de praktijk kan hier veel mis gaan. • Bij een (gedeeltelijk) collectief systeem: - laat de exploitant een businessplan maken waarin prestaties, tarieven, uitgangspunten richting ontwikkelaar en eindgebruikers, flexibiliteit, onderhoud, service en contracttermijn worden vastgelegd en laat dit plan door een deskundige toetsen; - zorg voor duidelijke protocollen die deel uitmaken van de contractstukken waarin de afspraken tussen de exploitant van het collectieve systeem en de partij die de installaties in de woning realiseert worden vastgelegd. januari vv+
2012
VV01 18-23.indd 21
21 11-01-12 13:17
Uitvoering Als de voorgaande fasen goed geregeld zijn, hoeven in deze fase alleen de gemaakte afspraken te worden gecontroleerd. • Zorg ervoor dat de uitvoerende partijen hun medewerkers informeren over de kwaliteitseisen en dat zij ook begrijpen waarom deze eisen gelden; een groot deel van de bouwfouten wordt namelijk veroorzaakt door gebrek aan kennis en niet door onwil (spreek mensen aan op vakmanschap). • Zorg dat op de juiste momenten de aangekondigde controles/inspecties worden uitgevoerd. • Bij (gedeeltelijk) collectieve systemen: - zorg voor voldoende afstemming tussen de exploitant van de bron en de installateur van de huisinstallaties; - zorg voor afstemming tussen de exploitant van het collectieve systeem en de partij die de installaties in de woning realiseert. Oplevering Bij oplevering volgt een toets van de gedefinieerde uitgangspunten, inclusief de bijbehorende controles. Daarnaast staat de communicatie met de eindgebruikers (bewoners) centraal. • Zorg voor een goede gebruikshandleiding die bedoeld is voor niet-deskundigen. Een interactieve website (of film) kan hierbij een goed hulpmiddel zijn.
• Zorg voor eventuele onderhoudscontracten voor de eindgebruikers. • Organiseer bij de oplevering, na enkele maanden en na een jaar, een bijeenkomst voor de bewoners om de systemen toe te lichten en vragen te beantwoorden. Nog beter is een ‘energiecoach’ die bewoners periodiek persoonlijk informeert. • Bij (gedeeltelijk) collectieve systemen: informeer de bewoners expliciet over de consequenties van het contract met de exploitant (en de wederzijdse verplichtingen). Gebruiksfase Blijf bewoners indien nodig informeren. Evalueer regelmatig de prestaties van de systemen en onderneem tijdig actie als de prestaties niet worden gehaald. Het is beter om proactief te handelen dan te moeten reageren op klachten van bewoners.
Auteur Gert Harm ten Bolscher, dwa installatie- en energieadvies. Fotografie Industrie
Goed ventilatiesysteem voorkomt tochtklachten Natuurlijke toevoer en mechanische afvoer Tochtklachten, veroorzaakt door koudeval, ontstaan vaak wanneer vloerverwarming in combinatie met ongeregelde natuurlijke toevoer wordt toegepast. Koude lucht wordt via roosters boven de ramen toegevoerd en ‘valt’ op enige afstand van de gevel naar beneden, omdat een verwarmingsbron onder de toevoerroosters ontbreekt. De volgende oplossingsrichtingen zijn mogelijk om comfortproblemen zo veel mogelijk te voorkomen. • Toepassing van drukgeregelde (inducerende) toevoerroosters. Uit ervaringen blijkt dat hoe constanter het drukverschil is, hoe minder tochtklachten zullen optreden. • Toepassing van (natuurlijke) toevoerunits die ruimtelucht mengen met ventilatielucht (al dan niet in combinatie met een geschikte lt-radiator) kunnen het probleem waarschijnlijk ook voor een (groot) gedeelte oplossen. Langdurige gebruikservaringen met deze ventilatiesystemen in combinatie met vloerverwarming zijn echter nog niet bekend.
Mechanische toe- en afvoer Om tochtklachten (door binnentredende koude buitenlucht) te voorkomen, heeft het inblazen van verwarmde ventilatielucht de voorkeur, zoals toepassing van ventilatiesysteem D (mechanische toe- en afvoer van ventilatielucht) met warmteterugwinning. Toepassing van dit ventilatiesysteem vraagt om gedetailleerde aandacht bij ontwerp, realisatie en onderhoud, gezien de klachten die gemeld zijn in het belevingsonderzoek en de vele (al dan niet terechte) negatieve publicaties in de pers. Ontwerp, realisatie en onderhoud conform Isso 61, 62 en 63 (vaak worden bezuinigingen doorgevoerd, waardoor het systeem niet meer optimaal functioneert of geluidsoverlast ontstaat).
januari vv+
2012
VV01 18-23.indd 23
23 11-01-12 13:17
