Naar een energieneutrale woning

Naar een energieneutrale woning

Project: Masterproject 1 Code: 7YS15 Opleiding: TU/e Building Services Begeleider: Prof. ir. P.G.S. Rutten Student: Mark Niesen Studentnummer: 0550419

Samenvatting Om een oplossing te vinden voor de uitputting van de fossiele energiebronnen en de te hoge uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen is het belangrijk om het energiegebruik op lokaal niveau (woningniveau) te minimaliseren. Sterker nog de woning moet zo ontworpen worden dat de mogelijkheden voor toekomstige generaties niet benadeeld worden. Om hieraan te voldoen zal de woning energieneutraal moeten zijn. Energieneutraliteit betekent in dit rapport dat de woning over een heel jaar gezien evenveel energie opwekt als gebruikt. De woning is niet autonoom, in de zomer bijvoorbeeld kan er elektriciteit teruggeleverd worden aan het net en in de winter kan de woning dan elektriciteit opnemen. De gehele energievoorziening van de woning zal meegenomen worden in de analyse, zowel het warm tapwater, de verwarming en het elektriciteitsgebruik. Indien het totale jaarlijkse aanbod aan energie groter of gelijk is aan de jaarlijkse energievraag van de woning is er sprake van energieneutraliteit. De referentie tussenwoning van SenterNovem dient als basismodel voor de energieneutrale woning. Voor het bereiken van een zo duurzaam mogelijke energievoorziening is het van belang om eerst de energievraag van de woning te beperken. De energievraag is gereduceerd door het nemen van passieve maatregelen. Uit een theoretisch onderzoek naar passiefhuizen en simulaties blijkt dat door het nemen van passieve maatregelen de warmtevraag van de woning met balansventilatie en warmteterugwinning gereduceerd wordt met ongeveer 40 procent. Er zijn verschillende installatieconcepten ontworpen voor het Passiefhuis door gebruik te maken van methodologisch ontwerpen. Vanuit morfologische overzichten zijn varianten opgesteld. Vanuit deze varianten zijn uiteindelijk zeven concepten ontworpen. Daarvan zijn er twee installatieprincipes ontworpen met het oog op de toekomst. Aangezien deze technieken nog niet rendabel genoeg zijn voor toepassing in de woningbouw zijn deze niet verder meegenomen in het onderzoek. De overige vijf concepten zijn met elkaar vergeleken aan de hand van de prestaties energieneutraliteit en gezondheid en behaaglijkheid. De energieneutraliteit is berekend aan de hand van het energiegebruik van de installatieprincipes. De gezondheid en behaaglijkheid, het comfort, is onderzocht op drie gebieden: luchtkwaliteit, thermisch comfort en geluidsoverlast. Het is niet gelukt om een energieneutrale woning te ontwerpen. Gezien de twee toetsingscriteria, energiegebruik en het comfort, komt het installatieprincipe Sources of Nature het best uit de bus. Het concept maakt gebruik van de aardwarmte en de zon om elektriciteit en warmte op te wekken. De totale primaire energievraag wordt voor 67% gedekt door duurzame energie en scoort het best op het gebied van comfort. De economische rentabiliteit wordt niet meegenomen in de analyse van de concepten. Voor een completere en betere evaluatie van de installatieprincipes is het aan te raden om ook de kosten van de installaties mee te nemen, bijvoorbeeld door terugverdientijden te berekenen. Daarnaast kunnen er meer factoren meegenomen worden in de analyse van het gebouw met zijn omgeving, oftewel het milieu. Ook moet er nader onderzoek gedaan worden naar energiebesparende maatregelen met betrekking tot het gebruik van warm tapwater en elektriciteit. De luchtkwaliteit en de geluidsoverlast zijn onderzocht aan de hand van kennis uit artikelen en zelf opgestelde criteria en daardoor is de beoordeling enigszins subjectief. Voor een betere en objectievere analyse zal hieraan meer aandacht besteed moeten worden, bijvoorbeeld in de vorm van metingen of simulaties.

TU/e | Masterproject 1 Naar een energieneutrale woning

2

Inhoudsopgave Samenvatting .......................................................................................................................................... 2 Inhoudsopgave........................................................................................................................................ 3 1.

Inleiding........................................................................................................................................... 5

2.

Referentiewoning SenterNovem .................................................................................................... 6

3.

passieve aanpassingen .................................................................................................................... 7

4.

3.1.

theorie ..................................................................................................................................... 7

3.2.

Bouwkundige maatregelen ..................................................................................................... 7

3.3.

Energiebesparing .................................................................................................................... 9

Installatieconcepten...................................................................................................................... 11 4.1.

Algemeen / Morfologie. ........................................................................................................ 11

4.1.1.

Installatieconcept 1: The Standard ............................................................................... 13

4.1.2.

installatieconcept 2: The Sunboiler............................................................................... 14

4.1.3.

Installatieconcept 3: Simplicity ..................................................................................... 15

4.1.4.

installatieconcept 4: Sources of Nature ........................................................................ 16

4.1.5.

installatieconcept 5: Micro Power Plant ....................................................................... 18

4.1.6.

installatieconcept 6: The Future: hydrogen?! ............................................................... 19

4.1.7.

installatieconcept 7: The Future: TCM?!....................................................................... 20

4.2.

Overzicht installatieconcepten ............................................................................................. 22

5.

Evaluatiemethode ......................................................................................................................... 24

6.

Beoordeling / Evaluatie ................................................................................................................. 26 6.1.

Energiegebruik ...................................................................................................................... 26

6.1.1.

Installatieconcept 1: The Standard ............................................................................... 28

6.1.2.

Installatieconcept 2: The Sunboiler .............................................................................. 30

6.1.3.

Installatieconcept 3: Simplicity ..................................................................................... 31

6.1.4.

Installatieconcept 4: Sources of Nature ........................................................................ 33

6.1.5.

Installatieconcept 5: Micro Power Plant ....................................................................... 35

6.1.6.

Overzicht energiegebruik installatieprincipes .............................................................. 37

6.2.

Comfort ................................................................................................................................. 38

6.2.1.

Luchtkwaliteit................................................................................................................ 38

6.2.2.

Thermisch comfort ........................................................................................................ 39

6.2.3.

Geluidsoverlast ............................................................................................................. 41

6.2.4.

Overzicht comfort ......................................................................................................... 41

7.

Conclusies ..................................................................................................................................... 42

8.

Aanbevelingen .............................................................................................................................. 43

Bibliography .......................................................................................................................................... 44 Bijlage .................................................................................................................................................... 45 Bijlage 1: kenmerken referentiewoning ........................................................................................... 45 TU/e | Masterproject 1 Naar een energieneutrale woning

3

Bijlage 2: uitgangspunten simulatie warmtevraag ........................................................................... 46 SenterNovem woning ................................................................................................................... 46 Passiefhuis..................................................................................................................................... 49 Bijlage 3: Zonneboilersystemen ........................................................................................................ 50 keuze type zonneboiler ................................................................................................................. 51 Bijlage 4: uitgangspunten temperatuuroverschrijdingsberekeningen ............................................. 52


4

1. Inleiding Het energiegebruik op aarde wordt steeds groter. Hierdoor wordt over de gehele aarde gerekend steeds meer CO2 en overige broeikasgassen geproduceerd. Dat versterkt onder andere het broeikaseffect. Een ander probleem dat veroorzaakt wordt door het hoge (niet-duurzame) energiegebruik is de uitputting van fossiele energiebronnen. Het hoge energiegebruik begint al op lokaal niveau (op woningniveau). Het is dus zaak om het energiegebruik op lokaal niveau te minimaliseren, om zo bij te dragen aan de oplossing van de uitputting van fossiele energiebronnen en de te hoge uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen. Om het energiegebruik te minimaliseren is passief bouwen een goede optie. Een goede omschrijving van een Passiefhuis in het stookseizoen kan als volgt omschreven worden: “houden wat je hebt en zoveel mogelijk gratis erbij krijgen” (ir. Boonstra, ir. Clocquet, & ir. Joosten, 2006). Daarnaast zullen passieve maatregelen ervoor zorgen dat de woning niet oververhit raakt in de zomer. Om ervoor te zorgen dat de mensheid voor onbeperkte tijd kan beschikken over energie en de mogelijkheden voor toekomstige generaties niet te benadelen is de toepassing van duurzame energie een vereiste. Er zijn vele vormen mogelijk en iedere vorm van opwekking heeft zijn voor- en nadelen. Het reduceren van het energiegebruik en het gebruik maken van duurzame energie mogen natuurlijk niet ten koste gaan van het comfort. Dit leidt tot het voldoende doel: Het ontwerpen van een passieve, energieneutrale woning met een goed comfort! Aan de hand van een literatuuronderzoek over passiefhuizen wordt de verwarmingscapaciteit van een referentiewoning geminimaliseerd. De invloed van de passieve maatregelen op de verwarmingscapaciteit van de referentiewoning zal berekend worden door middel van simulaties. Het hieruit voortkomende Passiefhuis wordt gebruikt als basis voor het ontwerpen van verschillende typen installaties. De installatieconcepten die uit het ontwerp proces voortvloeien zullen met elkaar vergeleken worden. Dit zal gedaan worden door het maken van simulaties en gebruik te maken van kengetallen.


5

2. Referentiewoning SenterNovem De woning welke dient als referentie is een product van SenterNovem. Deze woning is ontworpen om in een vroegtijdig stadium van een planvormingsproces verantwoorde keuzes te kunnen maken en vooraf meer grip te krijgen op de haalbaarheid van de beoogde kwaliteit, waardoor de consequenties van kwaliteitsbeslissingen doorgerekend kunnen worden. Door vooraf bijvoorbeeld de kosten van het beoogde kwaliteitsniveau te bepalen en op grond daarvan realistische beslissingen te nemen, wordt voorkomen dat tijdens de planontwikkeling kwaliteit moet worden ingeleverd om binnen het gestelde budget te blijven. De referentiewoningen kunnen gebruikt worden om dergelijke afwegingen te maken. De samenstelling van de referentiewoningen is uiteraard een schematische weergave van de werkelijkheid om de toekomstige situatie zo nauwkeurig mogelijk te kunnen benaderen. Er zijn in totaal zes referentiewoningen ontworpen. Per referentiewoning is een onderverdeling gemaakt in een variant voorzien van een gebalanceerd ventilatiesysteem met warmteterugwinning en een variant voorzien van zelfregelende roosters met mechanische afzuiging. Beide varianten worden in de woningbouw veelvuldig toegepast. De tussenwoning dient als referentie voor dit rapport omdat dit type vaak voorkomt in Nederland en een minimaal energieverlies heeft ten opzichte van bijvoorbeeld hoekwoningen. In totaal is 36,5% van de nieuwbouwwoningen een tussenwoning. De oppervlakte van een tussenwoning bedraagt gemiddeld 125 m². In een tussenwoning zijn doorgaans drie slaapkamers aanwezig. Een tussenwoning komt in verschillende uitvoeringen voor, zowel met een zadel- of een lessenaarsdak als met een plat dak. Een zadeldak komt relatief vaak voor. De kenmerken van de woning, bouwkundige gegevens en installatietechnische gegevens zijn weergegeven in bijlage 1.

Figuur 1: begane grond [SenterNovem]

Figuur 4: voorgevel [SenterNovem]

Figuur 2: eerste verdieping [SenterNovem]

Figuur 3: tweede verdieping [SenterNovem]

Figuur 5: achtergevel [SenterNovem]


6

3. passieve aanpassingen 3.1.

theorie

De term Passiefhuis staat voor een specifieke bouwstandaard voor woningen met een comfortabel binnenklimaat, gedurende zowel het zomer- als het winterseizoen, met een beperkt verwarmingssysteem en zonder de toepassing van actieve koeling. Een Passiefhuis heeft een hoge mate van thermische isolatie met een thermisch onderbroken constructie, goede kierdichting en maakt gebruik van passieve zonne-energie. Vaak bestaat de installatie uit gebalanceerde ventilatie met hoge mate van warmteterugwinning. Hernieuwbare energiebronnen kunnen aangewend worden om in de resterende energievraag te voorzien, waarmee een energieneutrale woning kan worden gerealiseerd (ir. Boonstra, ir. Clocquet, & ir. Joosten, 2006).

3.2.

Bouwkundige maatregelen

De volgende bouwkundige maatregelen zijn van belang voor passieve huizen: Passieve zonne-energie: Passieve maatregelen zijn belangrijk om temperatuuroverschrijdingen te voorkomen in de zomer. Hierbij moet gedacht worden aan bijvoorbeeld buitenzonwering, overstekken en beplanting aan de zuidzijde. In tegenstelling tot energiewering kan de zon ook gebruikt worden voor energiewinning. In de winter kan er energie worden bespaard door zoveel mogelijk gebruik te maken van invallende zonnestraling. Goede isolatie geveldelen: In Nederland is isolatie met een warmteweerstand met een Rc waarde van minimaal 2,5 m2K/W vereist. Gebruikelijk voor nieuwbouw is een Rc waarde van 3,0 m2K/W. In de praktijk wordt deze vaak verhoogd tot 4,0 m2K/W indien de epc norm van 0,8 niet gehaald wordt. Passieve huizen gebruiken een isolatielaag van ongeveer 30 cm. Dit komt overeen met een Rc waarde van circa 10 m2K/W. De richtlijn voor passiefhuizen is een warmteweerstand van de gesloten geveldelen, dak en vloer met een Rc waarde tussen de 6,5 en ca. 10 m2K/W. Goede isolerende beglazing: Richtlijn voor de nieuwbouw: Beglazing: HR++, U waarde 1,2 W/m2K; LTA 0,76; ZTA 0,63. Kozijnen: houten kozijnen, U waarde 2,4 W/m2K. Richtlijn voor het Passiefhuis: Beglazing: drievoudige beglazing, U waarde ≤ 0,85 W/m2K; LTA 0,6; ZTA 0,4 – 0,6. Kozijnen: kozijn in Passiefhuis uitvoering; U waarde ≤ 0,8 W/m2K. Thermisch geïsoleerde deuren Richtlijn voor de nieuwbouw: Voordeur: ongeïsoleerd, Rc = 0,12 m2K/W tot Rc = 0,33 m2K/W. Richtlijn voor het Passiefhuis: Voordeur: geïsoleerd, Rc waarde > 1,0 m2K/W.


7

Geen koude bruggen Lineaire koudebruggen hebben een groot aandeel in het totale transmissieverlies en dienen dus zoveel mogelijk vermeden te worden. De eis voor woonfuncties is een minimaal optredende temperatuur van het binnenoppervlak (f-factor) van 0,65. Deze eis zorgt ervoor dat temperatuur van het binnenoppervlak hoog genoeg is ter voorkoming van een te hoge relatieve vochtigheid in de constructie. De koudebruggen in passiefhuizen dient voorkomen te worden, daarom mag een detail in een Passiefhuis maximaal een lineaire wamtedoorgangscoëfficiënt van 0,01 W/mK hebben. Extreme luchtdichting De woning moet zeer luchtdicht zijn om warmteverliezen via kieren, spleten en aansluitingen te vermijden. Als richtwaarde voor de karakteristieke luchtdoorlatendheid voor een nieuwbouwwoning met gebalanceerde ventilatie geldt qv;10;kar = 0,625 dm3/s.m2. De vereiste maximale infiltratievoud voor passiefhuizen is 0,6/h bij een drukverschil van 50 Pa. Dit komt overeen met een karakteristieke luchtdoorlatendheid van 0,15 dm3/s.m2. Problemen Recent kwamen er berichten naar voren in de media dat passieve huizen met gebalanceerde ventilatie schadelijk zijn voor de gezondheid van de bewoner. Een van de klachten is geluidsoverlast van het ventilatiesysteem. Daardoor zetten de bewoners het systeem uit en worden de ruimten niet meer voldoende geventileerd. Het bijgevolg is een opeenhoping in de luchtkanalen van bacteriën/schadelijke stoffen en deze zullen vervolgens in de ruimte terecht komen. Dit proces wordt versterkt omdat passieve huizen zeer luchtdicht zijn en daardoor de infiltratie minimaal is. Als gevolg hiervan zullen de schadelijke stoffen zich opstapalen in de woning. Een ander probleem, dat een negatieve invloed op de luchtkwaliteit heeft, zijn de filters in het ventilatiesysteem. Deze moet regelmatig vervangen worden zodat de toegevoerde lucht schoon blijft. De vervanging van de filter wordt vaak te laat gedaan of zelfs vergeten, waardoor ‘vieze’ lucht de woning wordt ingeblazen. De problemen kunnen voorkomen worden door de kanalen te voorzien van voldoende geluidsisolatie en door de dimensies van de kanalen goed af te stemmen op de luchthoeveelheden. Ook is het belangrijk om de toevoer en afvoer roosters op de juiste plaats te installeren zodat de luchtstroming de ruimte zoveel mogelijk doorspoelt en er geen ‘kortsluiting’ optreedt. Daarnaast is regelmatig onderhoud vereist. De filters moeten vervangen worden of schoon gemaakt en de luchtkanalen moeten gecontroleerd worden op vervuiling. Een ander ventilatiesysteem kan natuurlijk ook een oplossing zijn. In plaats van een gebalanceerd ventilatiesysteem kan gedacht worden aan natuurlijke toevoer en mechanische afvoer. Het voordeel van natuurlijke toevoer is dat er schone lucht de ruimte wordt ingeblazen. Er moet echter wel een oplossing gevonden worden voor de toevoer van de koude buitenlucht in de winter.


8

3.3.

Energiebesparing

Om de energievraag van de woning te reduceren zijn er passieve maatregelen genomen. De passieve aanpassingen aan de referentiewoning hebben voornamelijk invloed op de warmtevraag. Daarom is de warmtevraag berekend voor de woning zonder- en met de passieve maatregelen, respectievelijk de SenterNovem woning en het Passiefhuis. Dit is gedaan met behulp van het programma HAMBASE, onderdeel van Matlab/Simulink. Aan de hand van de invoergegevens worden de warmte, lucht- en vochtstromen van het model berekend. De uitgangspunten die gebruikt zijn voor de berekening van de warmtevraag zijn uitvoerig beschreven in bijlage 2. Het gebruikersprofiel is opgesteld aan de hand van ISSO publikatie 41, Energiewijzer woningen. De bouwkundige uitgangspunten van de SenterNovem woning zijn al deels behandeld in hoofdstuk 2. Daarnaast is er gebruikt gemaakt van de database van HAMBASE waarin vele materialen met hun eigenschappen gegeven zijn. De ventilatie is bepaald aan de hand van het bouwbesluit. De primaire warmtevraag is berekend voor verschillende installatieprincipes, zie onderstaande tabel 1. Voor de berekening van de primaire warmtevraag van het Passiefhuis zijn op de bouwkundige uitgangspunten na dezelfde gegevens aangehouden. De bouwkundige uitgangspunten zijn gebaseerd op de waarden uit paragraaf 3.2. Tabel 1: primaire warmtevraag van de SenterNovem woning en het Passiefhuis

Primaire warmtevraag Installatieprincipes 1. Radiatoren verwarming + WTW (90%) 2. Luchtverwarming + WTW (90%) 3. Luchtverwarming + Geen WTW

SenterNovem woning [kWh]

Passiefhuis [kWh]

Reductie [%]

2.000

1.200

40

1.800

1.000

44

7.300

6.100

16

De minimale reductie van de warmtevraag voor het derde installatieprincipe is te wijten aan grotere warmteverliezen door ventilatie. Bij de eerste twee installatieprincipes wordt de warmte uit de retourlucht voor een groot deel hergebruikt met behulp van de warmteterugwin unit.


9

Hieronder zijn de resultaten weergegeven van installatieprincipe 2, luchtverwarming met warmteterugwinning (90%), voor zowel de SenterNovem woning als het Passiefhuis. In figuur 6 en 7 is de warmtevraag en in figuur 8 en 9 de binnentemperatuur weergegeven voor een heel jaar. Aangezien de zolder (de rode lijn) geen verwarming heeft is de warmtevraag 0 kWh. De grafieken laten zien dat het stookseizoen ongeveer begint op dag 275 en eindigt op dag 25. Tussen dag 25 en 275 is het zomer en dat blijkt ook uit de hoge binnentemperaturen.

Figuur 6 & 7: links de warmtevraag van de SenterNovem woning en rechts van het Passiefhuis, de blauwe lijn is representatief voor de begane grond, de groene lijn voor de verdieping en de rode lijn (0 W, geen verwarming) voor de zolder.

Figuur 8 & 9: links de binnentemperatuur van de SenterNovem woning en rechts van het Passiefhuis, de blauwe lijn is representatief voor de begane grond, de groene lijn voor de verdieping en de rode lijn voor de zolder.


10

4. Installatieconcepten 4.1.

Algemeen / Morfologie.

De eerste stap, energiebesparing doormiddel van passieve maatregelen, is gezet. De referentiewoning van SenterNovem is nu een Passiefhuis. De volgende stap is het ontwerpen van verschillende typen installaties met als doel energieneutraliteit. Om energieneutraliteit te verwezenlijken moet er tijdens het ontwerpen van de concepten rekening worden gehouden met vijf functies. Voor elke functie zullen oplossingen bedacht moeten worden. Deze functies zijn verwarming, koeling, ventilatie, verlichting en elektriciteit. Om overzichtelijk te werk te gaan zijn deze functies opgesplitst in deelfuncties. Zo is bijvoorbeeld de functie verwarming verder opgesplitst in bron, opwekking, medium, buffer en afgifte. Bij elke deelfunctie is vervolgens een ordening aangebracht van specifieke fysische verschijnselen, zodat ook de minder voor de hand liggende bruikbare toepassingen of mogelijkheden worden gevonden. Elke functie met daarbij horende deelfuncties worden geordend in een morfologisch overzicht. De essentie van de morfologische benaderingswijze ligt in de strikte scheiding van het genereren van “beginseloplossingen” en het kiezen daartussen (Dartel, Zeiler, Lichtenberg, & Panhuys, 2005). Door verschillende mogelijkheden van de deelfuncties te kiezen kom je tot varianten. De beste varianten van de functies worden samengevoegd en dat leidt uiteindelijk tot een installatieconcept. Hieronder is een voorbeeld van een morfologische overzicht van de functie verwarming weergegeven.

Figuur 10: deel van een morfologisch overzicht van de functie verwarming op het niveau gebouwde omgeving


11

Bij het samenvoegen van de beste varianten tot een installatieconcept is er ook rekening gehouden met de huidige problematiek van de installaties in passiefhuizen. Het eerste installatieconcept zal dienen als referentie voor de overige concepten. Dit concept wordt op dit moment het meest toegepast in Nederland als het gaat om passiefhuizen. Het tweede concept is een “verbeterde versie” van het eerste. Het sluit beter aan op de beperkte warmtevraag van een passiefhuis. Deze eerste twee installatieconcepten bevatten allebei een warmteterugwin unit. Indien het luchtsysteem niet goed functioneert of onderhouden wordt zal de toevoerlucht vervuild worden. Daarom wordt de lucht in het derde en vierde installatieconcept niet via een wtw unit de woning in geblazen, maar rechtstreek van buiten. Dat verkleint het risico van vervuiling. Het derde concept legt de nadruk op eenvoud terwijl het vierde installatieprincipe de nadruk legt op de natuur. In het vijfde concept staat de opwekking van elektriciteit centraal. Elektriciteit kan gemakkelijk getransporteerd worden en volledig omgezet worden in andere vormen van energie, zoals mechanische energie of warmte. Daarom zal elektriciteit waarschijnlijk een sleutelrol gaan spelen in de toekomst. Ten slotte zijn er ook nog twee installatieprincipes ontworpen voor de toekomst, het zesde en zevende concept. Deze technieken moeten nog verder ontwikkeld worden voordat ze rendabel toegepast kunnen worden in de woningbouw.


12

4.1.1. Installatieconcept 1: The Standard Het eerste installatieconcept dient als referentie voor de overige ontwerpen. Dit concept wordt momenteel vrij veel toegepast in Nederland. Het bestaat uit gebalanceerde ventilatie met hoogrendement warmteterugwinning. Aangezien een Passiefhuis een beperkte warmtevraag heeft, zal de capaciteit voor ruimteverwarming ook gering zijn. Voor dit concept is gekozen voor een laag temperatuur systeem doormiddel van radiatoren. Een eventueel alternatief is naverwarming van de ventilatielucht of vloerverwarming. De benodigde capaciteit voor het bereiden van warm tapwater wordt Figuur 11: standaard zonneboiler (Senternovem) verzorgd door een zonneboiler. In dit geval is een standaard zonneboiler de beste optie, deze bestaat uit een collector van meestal 3m2 en een los voorraadvat van ongeveer 100 liter, een schematische weergave hiervan is te zien in figuur 11. De keuze voor dit type boiler is verder uitgewerkt in bijlage 3. Als naverwarmer wordt de Hr-ketel toegepast, deze zorgt tevens voor de verwarming.

Figuur 12: installatieconcept standard / reference


13

4.1.2. installatieconcept 2: The Sunboiler Op de Nederlandse markt zijn er geen HR-ketels met een voor Passiefhuis passende ondergrens voor verwarmingsvermogen. Daarom is het tweede concept een betere optie voor passiefhuizen dan het eerste. In plaats van radiatoren wordt doormiddel van verwarming van de ventilatielucht de woning in de winter op de juiste temperatuur gehouden. Dit is mogelijk vanwege de beperkte warmtevraag en door het toepassen van een wtw-unit. Wel moet er op gelet worden dat er geen koudeval zal plaatsvinden in de buurt van de beglazing, maar door het goed geïsoleerde glas en het op een juiste manier inblazen van de ventilatielucht zal er geen koudeval optreden. Ook bij dit concept zal een deel van het warm tapwater geleverd worden door een zonneboiler. Er wordt een zonneboilercombi toegepast, zie figuur 13 en bijlage 3. Bij dit systeem zijn het voorraadvat en de cv-brander geïntegreerd. De geproduceerde warmte wordt voor zowel het warm tapwater als voor de ruimteverwarming gebruikt. Dit zal uiteraard gebeuren in gescheiden circuits.

Figuur 13: zonneboilercombi (SenterNovem)

Figuur 14: installatieconcept The Sunboiler


14

4.1.3. Installatieconcept 3: Simplicity Aangezien de wtw-unit comfort problemen kan veroorzaken, zoals geluidsoverlast en vervuiling van de toevoerlucht, zal deze niet toegepast worden in dit installatieconcept. Eenvoud staat centraal in dit ontwerp. Om de warmte uit de retourlucht toch nuttig te gebruiken zal die als bron voor een warmtepomp gebruikt worden. Deze warmtepomp zal de warmte vervolgens opwaarderen en gebruiken om het tapwater en de toevoerlucht na te verwarmen. De warmtepompboiler wordt vaak alleen toegepast om het tapwater te verwarmen en in dat geval zal de lucht elektrisch naverwarmd worden. De warmtepompboiler, voor zowel warm tapwater als verwarming, is met name geschikt voor moderne woningen met lage warmteverliezen. Aangezien het Passiefhuis beschikt over hoge isolatiewaarden is er gekozen voor dit type warmtepompboiler. De elektriciteit zal opgewekt worden door de op het dak gelegen pv panelen. Indien er geen behoefte is aan elektriciteit zal deze teruggeleverd worden aan het net en zal de teller teruglopen. Er zal geen elektriciteit worden opgeslagen omdat met de huidige opslagtechnieken nog teveel energie verloren gaat. De toevoerlucht wordt door grondbuizen aangezogen. Daardoor zal de buitenlucht voorverwarmd worden in de winter en gekoeld in de zomer. In vergelijking met de twee vorige concepten zal het comfort in dit geval in de zomer aangenamer zijn vanwege de koudere inblaaslucht.

Figuur 15: installatieconcept Simplicity


15

4.1.4. installatieconcept 4: Sources of Nature Bij het vorige concept werd de binnenlucht via de retourkanalen centraal afgevoerd. Dit kan nog steeds voor geluidsproblemen zorgen, daarom zal bij dit installatieconcept de lucht rechtstreeks, met de kortste weg, afgevoerd worden naar buiten. De verse ventilatielucht zal door grondbuizen via de bodem aangezogen worden en zal daardoor de buitenlucht voorverwarmen in de winter en koelen in de zomer. De lucht wordt naverwarmd door een warmpomp die als bron de bodem gebruikt. De bodemwarmtewisselaar is een gesloten systeem van kunststof leidingen dat aangesloten zal worden op de warmtepomp. De leidingen worden verticaal in de grond aangebracht in de tuin en/of onder de woning. Door de leidingen wordt water rondgepompt, eventueel aangevuld met een percentage (niet-giftig) antivries. De aardwarmte zorgt ervoor dat dit water wordt opgewarmd tot circa 12°C. Vervolgens wordt dit water naar de warmtepompunit geleid. Dit water wordt als bron door de warmtepompunit gebruikt om het secundaire watercircuit te verwarmen. Dit circuit is aangesloten op de verwarmingselementen die de toevoerlucht naverwarmen. Het nadeel van deze techniek, ten op zichten van de buitenlucht als bron of collectieve systemen, is de prijs die betaald moet worden voor het systeem (Itho bv). Er zijn twee typen bodemwarmtewisselaars, namelijk horizontale en verticale bodemwarmtewisselaars. Het voordeel van een verticale bodemwarmtewisselaar is dat deze verticaal de grond wordt ingebracht en daardoor wordt de beschikbare oppervlakte die benodigd is een stuk kleiner. Aangezien het hier gaat om een tussenwoning met een modale tuin is er gekozen voor een verticale bodemwarmtewisselaar.

Figuur 16: Installatieconcept Sources of Nature TU/e | Masterproject 1 Naar een energieneutrale woning

16

Voor het warm tapwater zal een zonneboiler gebruikt worden. Het gaat hier om een klein systeem want de combiketel hoeft niet gebruikt te worden voor verwarming. Daarom zal de boiler bestaan uit circa 60 liter en het collectoroppervlak bedraagt slechts 1,5 m2. Naast de zonnecollectoren zullen er pv panelen op het dak geplaatst worden voor opwekking van elektriciteit. Om optimaal gebruik te maken van de natuur kan de lucht aangezogen worden vanuit de tuin op de plaats waar beplanting is aangebracht. Door de beplanting wordt de lucht gezuiverd, in het bijzonder voor fijnstof. Fijnstof is een belangrijke oorzaak van luchtverontreiniging, voornamelijk de kleine fijnstof deeltjes kunnen erg diep het lichaam binnen dringen en daar schade aanrichten. De gezondheidseffecten gelden voor zowel inademen van tijdelijk verhoogde concentraties fijnstof, als voor lage concentraties na jarenlang wonen op dezelfde plek (Natuur en Milieu).


17

4.1.5. installatieconcept 5: Micro Power Plant In Nederland wordt een flink deel van de elektriciteit opgewekt met WKK-eenheden, voornamelijk in de industrie en de tuinbouw. Hierbij wordt elektriciteit opgewekt met nuttig gebruik van de restwarmte. Een Micro-WKK, in dit geval de HRe-ketel, is dezelfde techniek op woningniveau, waarbij de ketel is afgesteld op optimaal warmte opwekken en de elektriciteit het restproduct is. Je zet er dus aardgas mee om in warmte en elektriciteit. Indien het aanbod van elektriciteit groter is dan de vraag zal het overschot teruggeleverd worden aan het net. Aangezien er ook nog pv panelen op het dak geplaatst zijn zal deze variant gezien kunnen worden als een micro-elektriciteitscentrale. Het ventilatiesysteem zal bestaan uit gebalanceerde ventilatie met warmteterugwinning. De toevoerlucht zal naverwarmd worden door de HRe-ketel. Aangezien elektriciteit een steeds grotere rol speelt in het totale energiegebruik van een woning is dit een interessante optie.

Figuur 17: Installatieconcept Micro Power Plant


18

4.1.6. installatieconcept 6: The Future: hydrogen?! Dit is het concept van de toekomst. Volgens sommige deskundigen zal het elektriciteitsnetwerk verschuiven van gecentraliseerde elektriciteitsopwekking naar gedecentraliseerde opwekking in de buurt van of direct bij de eindgebruiker. Steeds meer mensen zullen gebruik maken van de lokale elektriciteitsgeneratoren om ‘de piek eraf te schaven’. De kosten van elektriciteit kunnen per uur verschillen, afhankelijk van de vraag en beschikbaarheid. Tijdens een piekperiode, wanneer de vraag hoog is, moeten de nutsbedrijven vaak ook hun oudere, minder efficiënte centrales inzetten. Dit resulteert in extra kosten, die worden doorberekend aan de consument in de vorm van piektarieven. Wanneer men duurzame energiebronnen gebruikt voor de productie van waterstof, biedt dit het grote voordeel dat deze energie vervolgens kan worden ‘opgeslagen’ en in geconcentreerde vorm, zonder CO2-uitstoot, op elk willekeurig moment en elke willekeurige plaats kan worden benut. Zo is men dus in staat om in piekperiodes hun eigen elektriciteit te produceren. Het kan zelfs zo zijn dat een woning een eigen tankstation krijgt. Doormiddel van een ‘electrolyser’ kan de auto worden volgetankt. Om elektriciteit met behulp van waterstof op te wekken zijn brandstofcellen een goede oplossing. Brandstofcellen gebruiken waterstof als brandstof en het product is elektriciteit, warmte en puur gedistilleerd water. Deze warmte kan gebruikt worden om warm tapwater te bereiden. De lucht kan aangezogen worden via de bodem en elektrisch naverwarmd worden of kan worden verwarmd door een wtw-unit en vervolgens door de brandstofcel naverwarmd worden.

Zuid

Noord verwarming warm tapwater koud tapwater luchtafvoer luchttoevoer elektriciteit waterstof

PV paneel

H2

Brandstofcel

Slaapkamer

Boiler

badkamer

Slaapkamer

woonkamer

keuken

fijnstof filtering

Figuur 18: installatieconcept The Future: hydrogen?!


19

4.1.7. installatieconcept 7: The Future: TCM?! Voordat een duurzame samenleving een feit is, zullen er nog veel innovaties moeten plaatsvinden. Om een 100% duurzame warmtevoorziening in de gebouwde omgeving te vervaardigen is het noodzakelijk zonnewarmte op te slaan voor een periode van minimaal een half jaar. Op dit moment zijn er al verschillende soorten thermische opslagsystemen met succes in gebruik, echter een nadeel van deze systemen is dat ze een lage energie-opslagdichtheid hebben. Daardoor zijn deze systemen vaak niet rendabel voor woningen. De opslagtechniek met veel potentie voor de woningbouw in de toekomst is thermochemische warmteopslag. Dit opslagsysteem heeft een zeer hoge energieopslagdichtheid in de vorm van chemische energie. In de zomer kan het overschot aan zonnewarmte worden toegevoerd aan een stof C die een reversibele endotherme decompositiereactie ondergaat (C + warmte ↔ A + B), waarna tenminste een van de producten (A of B) van de reactie lokaal wordt opgeslagen. Worden de producten A en B weer aan elkaar toegevoegd dan ontstaat er warmte door de exotherme reactie. Zolang beide producten A en B echter van elkaar gescheiden blijven vindt er geen reactie plaats en blijft de opgeslagen energie beschikbaar. De opgeslagen energie is gelijk aan de enthalpie van de reactie. Deze vorm van opslag wordt aangeduid als thermochemische energieopslag en het materiaal (c) wordt aangeduid als thermochemisch materiaal (TCM). Het volgende basis-reactieproces, C (vaste stof) + warmte ↔ A (gas) + B (vaste stof), is als voorbeeld uitgewerkt in afbeelding 14. Dit proces wordt in principe op locatie voor een gebouw autonoom uitgevoerd.

Figuur 19: Principe van thermochemische opslag

Bij de volgende vier temperatuurniveaus is het proces werkzaam: - Th, decompositietemperatuur van C - Tc, reactietemperatuur voor de vorming van C uit A en B - Tvraag, temperatuur waarbij warmte gevraagd wordt in de winter - Tamb, omgevingstemperatuur


20

Dit installatieconcept zal niet verder uitgewerkt worden, vanwege het feit dat deze techniek nog in de kinderschoenen staat. De enige testen tot nu toe waren op microscopisch niveau en daardoor niet toepasbaar. Daarnaast is uit de testen gebleken dat bij herhaling van de cyclus het rendement sterk achteruit gaat. Ook zorgen de hoge reactietemperaturen en de benodigde drukken voor de nodige problemen, zowel mechanische als economisch. Dit neemt niets weg van het feit dat deze techniek voor de toekomst een goede optie is.


21

4.2.

Overzicht installatieconcepten

De twee laatst beschreven installatieconcepten, hydrogen en TCM, zijn op dit moment nog niet rendabel genoeg en zullen daarom niet verder worden meegenomen in dit onderzoek. Echter zullen dit waarschijnlijk wel goede opties zijn voor de toekomst. Hieronder is een overzicht weergegeven van de concepten met de keuzes van de installaties en de warmtevraag. Deze warmtevraag is berekend in paragraaf 3.3. Het eerste concept, The Standard, maakt gebruik van laag temperatuur radiatoren om de woning te verwarmen en heeft een gebalanceerd ventilatiesysteem met warmteterugwinning. De berekende warmtevraag is in dit geval 1.200 kWh. Tabel 2: installaties en warmtevraag per concept 1. The Standard

2. The Sunboiler

3. Simplicity

4. Sources of Nature

5. Micro Power Plant

Opwekking verwarming

zonneboiler

Zonneboiler

PV panelen of het “net”

Vbww icm warmtepomp

HRe-ketel

Opwekking warm tapwater

Zonneboiler

Zonneboiler

Warmtepompboiler

Zonneboiler

HRe-ketel

Opwekking elektriciteit

PV panelen

PV panelen

PV panelen

PV panelen

PV panelen + HRe-ketel

Gebalanceerd met wtw


Mech. toevoer via grondbuizen, centrale afvoer

Mech. toevoer via grondbuizen, lokale afvoer


Geen

Geen

Voorkoeling ventilatielucht

Voorkoeling ventilatielucht

Geen

Ltv radiatoren

Naverwarming ventilatielucht




1.200 kWh

1.000 kWh

3.500 kWh

3.500 kWh

1.000 kWh

Ventilatieprincipe

Koeling

Type verwarming

Warmtevraag

Het concept The Sunboiler en de Micro Power Plant hebben ook een gebalanceerd ventilatiesysteem met warmteterugwinning, maar maken gebruik van luchtverwarming in plaats van radiatoren. Daardoor reduceert de warmtevraag naar slechts 1.000 kWh.


22

Het derde en vierde concept, respectievelijk Simplicity en Sources of Nature, verwarmen de woning ook door middel van de lucht maar hebben geen warmteterugwin unit. De lucht wordt echter wel voorgekoeld en voorverwarmd door de bodem. De warmte uitwisseling met de bodem is gesimuleerd door het toepassen van een warmteterugwin unit met een rendement van 40%. Deze aanname zal nu verder toegelicht worden:

Figuur 20 & 21: links: Bodemtemperatuur afhankelijk van de dag in het jaar en de diepte, rechts: Simulatieresultaat voor een collectorbuis op 1 m diepte (Lohuizen & Huygen, 2006).

Uit bovenstaande figuur is af te leiden dat de buitenlucht van -10°C opgewarmd wordt tot 4°C indien het door een collectorbuis op 1 meter diepte wordt getransporteerd. Uitgaande van een binnentemperatuur van 20°C geeft dit een rendement van: (4°C − −10°C) ∗ 100% = 47% (20°C − −10°C) Uitgaande van een buitentemperatuur van 0°C en 5°C wordt het rendement: (9°C − 0°C) ∗ 100% = 45% (20°C − 0°C)

(12°C − 5°C) ∗ 100% = 47% (20°C − 5°C)

De warmtevraag van de woning is bepaald aan de hand van een simulatie waarbij de luchtaanzuiging via de bodem is nagebootst door een wtw-unit met een rendement van 40%. Gezien bovenstaande resultaten is dit een reële aanname. De warmtevraag bedraagt in dit geval 3.500 kWh.


23

5. Evaluatiemethode In eerste instantie zouden de concepten getoetst worden aan de evaluatiemethode van de heer Kesselring. Daarbij worden de eisen verdeeld in twee groepen, eisen welke betrekking hebben op functioneren en eisen met betrekking tot realiseren. De eisen die behoren tot functioneren hebben te maken met het gebruik (functioneren van de installaties), zoals warmteafgifte en regelbaarheid vloerverwarming. De realisatie eisen hebben betrekking op de ontwikkeling van de technische inrichting (fabricage/maakbaarheid), bijvoorbeeld productiefaciliteiten. Uiteindelijk bleek dat deze evaluatiemethode niet goed bruikbaar is voor dit project. Ten eerste is deze methode voor woningbouw moeilijk toepasbaar, omdat de eisen voor woningen moeilijk te onderscheiden zijn in de twee categorieën functioneren en realiseren. Daarnaast is het eindresultaat gemakkelijk te beïnvloeden. Nadat de eisen onderverdeeld zijn worden de concepten hieraan getoetst. Per concept kan er aan elk criteria een cijfer gegeven worden van 1 t/m 4. Daarnaast kan er per criteria een weegfactor toegekend worden om zo de belangrijkste eisen zwaarder te laten mee tellen in de toetsing van de concepten. Het toekennen van de scores en weegfactoren is naar mijn inziens te subjectief. Als gevolg hiervan zijn de resultaten niet betrouwbaar genoeg. Een andere mogelijke evaluatie methode is de Multi Criteria Analyse (MCA). De MCA is een beslissingshulpmiddel dat helpt bij meerdimensionale vraagstukken. Deze methode is vanwege dezelfde redenen als bij de Kesselring methode niet toegepast. Om toch op een betrouwbare manier de installatieconcepten te toetsen zijn de waardekaders gebruikt. Op elk tijdstip van de levenscyclus van een bouwwerk wordt de waarde ervan bepaald door de balans tussen door de gebruiker gevraagde en door het gebouw geleverde prestaties. Een gebouw waarvan het prestatieaanbod lager is dan de gevraagde prestaties is uiteraard slecht, omdat het niet voldoet. Daarentegen is het ook niet goed als het prestatieaanbod veel groter is dan de gevraagde prestatie, omdat het dan waarschijnlijk veel te duur is. Elk prestatiekader vormt de basis voor een groep waarin de specifieke gebouwwaarde voor dat kader kan worden bepaald door die af te zetten tegen de door de gebouwsystemen geleverde prestaties: een waardekader (Rutten, 2005).

Figuur 22: waardekaders en gebouwniveaus (minder goed bruikbaar voor woningen)


24

Gezien het doel van het project zijn energieneutraliteit en een goed binnenmilieu de belangrijkste voorwaarden. Een goed comfort is een vereiste en naar energieneutraliteit moet gestreefd worden. De waardekaders die van belang zijn voor dit onderzoek zijn dus de basale waarde (gebouw-mens) en de ecologische waarde (gebouw-milieu). De bewoner zal de woning vooral waarderen op een aantal basale prestaties (gebouw-mens) zoals het verschaffen van bescherming en beschutting, veiligheid, gezondheid en behaaglijkheid en ruimtelijke beleving. Dit onderzoek richt zich voornamelijk op de prestatie gezondheid en behaaglijkheid oftewel een goede luchtkwaliteit, een goed thermisch comfort en geen geluidsoverlast. Het thermisch comfort zal getoetst worden met behulp van simulaties. Deze simulaties worden uitgevoerd door het programma gebouwsimulatie VA114 (versie 2.25); het temperatuuroverschrijdings-berekeningsprogramma van de Vereniging voor Automatisering in de Bouw- en Installatietechniek. Het programma maakt gebruik van een fysisch model waarmee het dynamisch gedrag van het binnenklimaat wordt gesimuleerd. De temperatuur mag natuurlijk niet te hoog oplopen in de zomer. De luchtkwaliteit en geluidsoverlast zullen getoetst worden aan een aantal criteria en aan de hand van kennis uit artikelen. De beoordeling hiervan kan dus enigszins subjectief zijn. De invloed die een gebouw tijdens zijn levenscyclus heeft op het milieu, in termen van gebruik van eindige grondstoffen en energiegebruik kan aangeduid worden binnen het kader van de ecologische waarde. Aangezien energieneutraliteit een belangrijke rol speelt zal vooral de prestatie energiegebruik verder uitgewerkt worden. Eerst wordt de energievraag in beeld gebracht, hoeveel energie wordt er gebruikt in het Passiefhuis? Daarna zal er gekeken worden hoe deze energie geleverd/opgewekt wordt. Energieneutraliteit betekent in dit rapport dat de woning over een heel jaar gezien evenveel energie opwekt als hij gebruikt. De woning is niet autonoom, in de zomer bijvoorbeeld kan er elektriciteit teruggeleverd worden aan het net en in de winter kan de woning dan elektriciteit opnemen. De gehele energievoorziening van de woning zal meegenomen worden in de analyse, zowel het warm tapwater, de verwarming en het elektriciteitsgebruik. Indien het totale jaarlijkse aanbod aan energie groter of gelijk is aan de jaarlijkse energievraag van de woning is er sprake van energieneutraliteit. De concepten zullen dus met elkaar vergeleken worden aan de hand van energiegebruik en comfort. Zo worden zowel de bewoner, als het milieu meegenomen in de analyse. Alleen de economische rentabiliteit van de woning blijft nu nog achterwege. Daar zal in dit rapport niet verder op ingegaan worden.


25

6. Beoordeling / Evaluatie

6.1.

Energiegebruik

Om een overzichtelijk beeld te krijgen van de energiehuishouding van elk installatieprincipe zal eerst de energievraag berekend worden. Dit wordt gedaan door gebruik te maken van kengetallen en het maken van simulaties. De energievraag van de woning bestaat uit verwarming, warm tapwater en elektriciteit. Het effect van de passieve maatregelen op de warmtevraag is onderzocht in paragraaf 3.3. Voor verschillende installatieprincipes is het primaire verwarmingsvermogen berekend. Deze zijn weergegeven in tabel 3, zowel in kWh als in MJ. De installatieprincipes die gebruik maken van grondbuizen ten behoeve van de ventilatie zijn gesimuleerd door een warmteterugwin unit met een rendement van 40%. Voor het op temperatuur brengen van het warm tapwater voor een gemiddeld huishouden in Nederland wordt 390 m3 aardgas per jaar gebruikt (Scheffer, 2007). Uitgaande van Standaard Nederlands gas met een energetische bovenwaarde van 35,17 MJ/m3 (Wikipedia) bedraagt de primaire energievraag van het warm tapwater 13.700 MJ. Het elektriciteitsgebruik van een gemiddeld huishouden in Nederland van elektrische apparaten en verlichting bedraagt respectievelijk 2.400 kWh en 500 kWh (Centraal Milieu - Alles over energie en milieu in het dagelijks leven). Bij de omrekening naar primaire energie is bij de opwekking van elektriciteit uitgegaan van een rendement van 40%.

Tabel 3: De energievraag Energievraag

Verwarming

Elektriciteit

Warm tapwater

Apparaten

Verlichting

Radiator + wtw (90%)

Lucht + wtw (90%)

Lucht + wtw (40%)

Energiegebruik

1.200 kWh

1.000 kWh

3.500 kWh

390 m3 gas

2.400 kWh

500 kWh

Primair energiegebruik

4.300 MJ

3.600 MJ

12.600 MJ

13.700 MJ

21.600 MJ

4.500 MJ


26

Nu de energievraag bekend is zal er gekeken worden naar de aanbodzijde, eerst algemeen en daarna per installatieprincipe. Bij elk installatieprincipe wordt gebruik gemaakt van pv panelen. Deze worden op de zuidzijde van het dak geplaatst. Een zonnepaneel heeft het hoogste rendement, maximale instraling, wanneer het een helling heeft van 36° en een oriëntatie van 5° west ten opzichte van het zuiden. Een zon instraling boven de 90% is optimaal en hieraan wordt voldaan als: -

de panelen een minimale belemmering hebben (geen schaduw) de oriëntatie tussen zuidwest en zuidoost ligt de hellingshoek tussen de 30° en 60° ligt

De gegevens van de Passiefwoning zijn: -

oriëntatie hellingshoek

zuiden 45°

Hieruit kan geconcludeerd worden dat het Passiefhuis een instraling heeft boven de 90% en wordt er uitgegaan van optimale omstandigheden. Uit een onderzoek naar de elektriciteitsproductie van verschillende pv panelen is een goed functionerend paneel uitgekozen om verder mee te rekenen (module test, 2007), Solarworld - SW 210 poly. Dit paneel heeft een afmeting van 1001 mm x 1675 mm en uit de test is gebleken een opbrengst van 215 kWh per jaar. Daarbij moet de kanttekening gemaakt worden dat deze is getest in Duitsland en dat de collector in het test jaar een maximale zoninstraling van 1.114 kWh per m2 ontving. In Nederland bedraagt de totale zoninstraling op een horizontaal vlak op jaarbasis ongeveer 1000 kWh/per vierkante meter. Bij een helling van 36° en een oriëntatie van 5° west ten opzichte van zuid ontvangt een collector de maximale instraling (1.123 kWh/m2) (energiezuinig bouwen met zonneboilers - Novem, 2002). Hieruit blijkt dat de test omstandigheden van de panelen goed overeenkomen met het Nederlandse klimaat en dus betrouwbaar genoeg zijn om verder mee te rekenen. In het vervolg zal er dus gerekend worden met een opbrengst per pv paneel van 215 kWh elektrische energie per jaar.


27

6.1.1. Installatieconcept 1: The Standard Het op dit moment meest toegepaste installatieontwerp voor passieve huizen bestaat uit gebalanceerde ventilatie met warmteterugwinning. De resterende warmtevraag wordt geleverd door radiatoren. Uit eerder besproken simulaties blijkt dat de warmtevraag voor dit concept 1.200 kWh bedraagt. Tabel 4: The Standard, energievraag Vraag

Energiegebruik Primaire energievraag

Verwarming

Elektriciteit

Radiator + wtw (90%)

Warm tapwater

1.200 kWh 4.300 MJ

Apparaten

Verlichting

390 m3 gas

2.400 kWh

500 kWh

13.700 MJ

21.600 MJ

4.500 MJ

Uit tabel 4 blijkt dat de totale primaire energievraag 44.100 MJ bedraagt. Deze vraag zal deels gedekt worden door energie die opgewekt wordt uit fossiele brandstoffen en deels door duurzame energie. Om het warm tapwater te bereiden wordt een standaard zonneboiler gebruikt. Verschillende bronnen verklaren dat deze zonneboiler een dekkingsgraad heeft van ongeveer 45 procent, dat betekent dat circa 45 procent wordt bespaard op het energiegebruik voor warm tapwater (SenterNovem - Duurzame Energie in Nederland (DEN)) (Centraal Milieu - Alles over energie en milieu in het dagelijks leven). Uitgaande van het gebruik van 390 m3 aardgas per jaar bespaart een zonneboiler dus 175 m3 aardgas. De benodigde oppervlakte van de zonnecollectoren voor dit type boiler is 2,78 m2 (energiezuinig bouwen met zonneboilers - Novem, 2002). De inrichting van het dak met de pv panelen en zonnecollector (+ 3 m2) ziet er als volgt uit:

Figuur 23: zuidaanzicht dakzijde met daarop pv panelen en zonnecollectoren


28

De elektriciteitsproductie op jaarbasis van de zonnepanelen is:

215

ܹ݇ℎ ܹ݇ℎ ∗ 13 ‫ = ݏ݇ݑݐݏ‬2.800 ݆ܽܽ‫ݎ‬ ݆ܽܽ‫ݎ‬

Tabel 5: The Standard, energie aanbod Aanbod

Energiegebruik

Verwarming

Warm tapwater

Elektriciteit

HR ketel

zonneboiler

HR ketel

PV panelen

Net

120 m3 gas

-175 m3 gas

215 m3 gas

2.800 kWh

131 kWh

Primaire 4.200 MJ 6.200 MJ* 7.600 MJ* 25.200 MJ energie aanbod *uitgegaan van standaard Nederlands gas, energetische bovenwaarde van 35,17 MJ/m3 (Wikipedia)

Totale duurzame energieopwekking:

31.400 MJ

Totaal gebruik energie uit fossiele brandstoffen:

12.700 MJ

Percentage duurzame energie:

ଷଵ.ସ଴଴ ெ௃ ସସ.ଵ଴଴ ெ௃

900 MJ

∗ 100 = 71%


29

6.1.2. Installatieconcept 2: The Sunboiler De woning wordt op temperatuur gehouden door luchtverwarming. De warmtevraag van de woning is in dit geval 1.000 kWh. Tabel 6: The Sunboiler, energievraag Vraag

Verwarming


Elektriciteit

lucht + wtw (90%)

Warm tapwater

1.000 kWh 3.600 MJ

Apparaten

Verlichting

390 m3 gas

2.400 kWh

500 kWh

13.700 MJ

21.600 MJ

4.500 MJ

Hieruit volgt de totale primaire energievraag, deze bedraagt 43.400 MJ. De energievraag wordt deels gedekt door energie die opgewekt wordt uit fossiele brandstoffen en deels door duurzame energie. Bij de toepassing van een zonneboilercombi worden standaard twee collectoren op het dak geplaatst met een totaaloppervlak van 5,4 m2. Aangezien het om een combiketel gaat wordt er ook energie bespaard op de warmtevraag van de woning. Een zonneboilercombi bespaart gemiddeld 233 m3 aardgas per jaar, ten opzichte van een Hoog Rendement combiketel. Ongeveer zestig m3 aardgas daarvan is besparing op ruimteverwarming (Centraal Milieu - Alles over energie en milieu in het dagelijks leven). 5,4 m2 Naast de zonnecollectoren is er nog plaats voor 12 pv panelen. Daardoor wordt de elektriciteitsproductie op jaarbasis: 215

1x 1,68 m

5,9 m

ܹ݇ℎ ܹ݇ℎ ∗ 12 ‫ = ݏ݇ݑݐݏ‬2.600 ݆ܽܽ‫ݎ‬ ݆ܽܽ‫ݎ‬ 5,4 m

Figuur 24: zuidzijde van het dak met daarop pv panelen en zonnecollectoren

Tabel 7: The Sunboiler, energie aanbod Aanbod

Energiegebruik

Verwarming

Warm tapwater

Elektriciteit

zonneboiler

ketel

zonneboiler

ketel

PV panelen

Net

“60 m3 gas”

45 m3 gas

“173 m3 gas”

217 m3 gas

2.600 kWh

300 kWh

Primaire 2.100 MJ 1.600 MJ 6.000 MJ* 7.600 MJ* 23.400 MJ energie aanbod *uitgegaan van standaard Nederlands gas, energetische bovenwaarde van 35,17 MJ/m3 (Wikipedia)

2.700 MJ

De zonneboiler gebruikt als energiebron de zon. Dat is de reden dat het aantal kubieke meter gas tussen aanhalingstekens staat in tabel 7. Dit gas wordt dus niet gebruikt om energie op te wekken, maar deze hoeveelheid wordt bespaard! Totale duurzame energieopwekking:

31.500 MJ


11.900 MJ

Percentage duurzame energieopwekking:

ଷଵ.ହ଴଴ ெ௃ ସଷ.ସ଴଴ ெ௃

∗ 100 = 73%


30

6.1.3. Installatieconcept 3: Simplicity De warmtevraag zal in vergelijking met de vorige twee concepten toenemen omdat er geen gebruik wordt gemaakt van een wtw-unit. De lucht wordt aangezogen via de grond waardoor de bodem in de winter als een warmtewisselaar functioneert. De warmtevraag van de woning is bepaald aan de hand van een simulatie waarbij de luchtaanzuiging via de bodem is nagebootst door een wtw-unit met een rendement van 40%. De warmtevraag bedraagt 3.500 kWh. De warmtepompboiler produceert warm tapwater en verwarmt de toevoerlucht. Een warmtepompboiler met als bron retourlucht zal voor het deel van het warm tapwater ca. 150 m³ aardgas besparen (SenterNovem). Bij de berekening van het energiegebruik van de warmtepompboiler voor de naverwarming van de ventilatielucht is een COP aangehouden van 3,0 (Schoonderbeek Klimaattechniek). Deze waarde is gebaseerd op gegevens van de Nilan VP 18, een warmtepompboiler die zowel warm water produceert als de verse lucht verwarmt die de leefruimtes wordt ingebracht. Deze warmtepomp onttrekt de warmte aan de uit de ruimten afgezogen lucht. ଷ.ହ଴଴ ௞ௐ௛ (௧௛௘௥௠௜௦௖௛) ஼ை௉ ଷ,଴

= 1.200 ܹ݇ℎ (݈݁݁݇‫ܿݏ݅ݎݐ‬ℎ)

Ook hier moet het rendement van 40 % ten behoeve van elektriciteitsopwekking meegenomen worden, de primaire energievraag van verwarming is dus: 1.200 ܹ݇ℎ ∗ 2,5 (40%) ∗ 3,6 = 10.800 ‫ܬܯ‬ Tabel 8: Simplicity, energievraag Vraag

Verwarming


Elektriciteit

lucht + wtw (40%)

Warm tapwater

3.500 kWh (thermisch) 10.800 MJ

Apparaten

Verlichting

390 m3 gas

2.400 kWh

500 kWh

13.700 MJ

21.600 MJ

4.500 MJ

Uit tabel 8 blijkt dat de totale primaire energievraag 50.600 MJ bedraagt. Er wordt geen gebruikt gemaakt van zonnecollector dus het gehele dak zal voorzien worden van pv panelen. Daardoor wordt de elektriciteitsproductie op jaarbasis: 215

ܹ݇ℎ ܹ݇ℎ ∗ 15 ‫ = ݏ݇ݑݐݏ‬3.200 ݆ܽܽ‫ݎ‬ ݆ܽܽ‫ݎ‬

5,9 m

1x 1,68 m

5,4 m

Figuur 25: zuidzijde van het dak met daarop pv panelen


31

Tabel 9: Simplicity, energie aanbod Aanbod

Energiegebruik

Verwarming

Warm tapwater

Elektriciteit

Elektrisch

warmtepomp

boiler

PV panelen

Net

1.200 kWh

“150 m3 gas”

240 m3 gas

3.200 kWh

- 300 kWh

Primaire 10.800 MJ 5.300 MJ 8.400 28.800 MJ -2.700 MJ** energie aanbod * Uitgegaan van standaard Nederlands gas, energetische bovenwaarde van 35,17 MJ/m3 (Wikipedia) ** Negatief getal betekent dat de woning elektriciteit teruglevert aan het net omdat het aanbod groter is dan de vraag

Omdat de woning meer elektriciteit opwekt dan gebuikt wordt een deel teruggeleverd aan het net. In de praktijk zullen er natuurlijk ook situaties ontstaan waarin het aanbod van elektriciteit kleiner is dan de vraag, bijvoorbeeld in de winter als de zon niet schijnt. Maar gemiddeld gezien is het aanbod van elektriciteit groter dan de vraag. Totale duurzame energieopwekking:

34.100 MJ


16.500 MJ


ଷସ.ଵ଴଴ ெ௃ ହ଴.଺଴଴ ெ௃

∗ 100 = 67%


32

6.1.4. Installatieconcept 4: Sources of Nature Bij deze variant wordt de lucht ook aangezogen via de bodem, de warmtevraag bedraagt dus ook 3.500 kWh. Tabel 10: Sources of Nature, energievraag Vraag

Verwarming


Elektriciteit

lucht + wtw (40%)

Warm tapwater

3.500 kWh (thermisch) 9.000 MJ

Apparaten

Verlichting

390 m3 gas

2.400 kWh

500 kWh

13.700 MJ

21.600 MJ

4.500 MJ

Hieruit volgt de totale primair energievraag: 48.800 MJ. Een gemiddeld huishouden met een zonneboiler bespaart ongeveer 170 m3 aardgas (Centraal Milieu - Alles over energie en milieu in het dagelijks leven). Het collectoroppervlak van de zonneboiler is slechts 1,5 m2, waardoor er ruimte is voor 14 pv panelen. De elektriciteitsproductie op jaarbasis wordt dan: 215

ܹ݇ℎ ܹ݇ℎ ∗ 14 ‫ = ݏ݇ݑݐݏ‬3.000 ݆ܽܽ‫ݎ‬ ݆ܽܽ‫ݎ‬

1,5 m2

5,9 m

1x 1,68 m

5,4 m

Figuur 26: zuidzijde van het dak met daarop pv panelen en een zonnecollector

De lucht wordt naverwarmd door een warmtepomp in combinatie met een bodemwarmtewisselaar. Het vermogen van de warmtepomp daalt bij een dalende brontemperatuur. Bij een daling van 5°C naar 0°C neemt het afgegeven vermogen met circa 15 tot 20% af (Witte & Gelder, 2003). Een daling van het vermogen betekent tevens een daling van de COP. De COP zal dus gedurende het stookseizoen variëren als gevolg van veranderde temperatuurtrajecten. Bij de berekening van het gebruik voor verwarming is daarom een gemiddelde genomen voor de COP van 3,4 (Techneco Energiesystemen BV) & (Wolter&Dros).

ଷ.ହ଴଴ ௞ௐ௛ (௧௛௘௥௠௜௦௖௛) ஼ை௉ ଷ,ସ

= 1.000 ܹ݇ℎ (݈݁݁݇‫ܿݏ݅ݎݐ‬ℎ)

Ook hier moet het rendement van 40 % ten behoeve van elektriciteitsopwekking meegenomen worden, de primaire energievraag van verwarming is dus:

1.000 ܹ݇ℎ ∗ 2,5 (40%) ∗ 3,6 = 9.000 ‫ܬܯ‬


33

Tabel 11: Sources of Nature, energie aanbod Aanbod

Energiegebruik

Verwarming

Warm tapwater

Elektriciteit

Vert. bodem wtw

zonneboiler

boiler

PV panelen

Net

1.000 kWh (elek)

“170 m3 gas”

220 m3 gas

3.000 kWh

- 100 kWh

Primaire 9.000 MJ 6.000 MJ 7.700 MJ 27.000 MJ - 900 MJ energie aanbod * Uitgegaan van standaard Nederlands gas, energetische bovenwaarde van 35,17 MJ/m3 (Wikipedia) ** Negatief getal betekent dat de woning elektriciteit teruglevert aan het net omdat het aanbod groter is dan de vraag


33.000 MJ


15.800 MJ


ଷଷ.଴଴଴ ெ௃ ସ଼.଼଴଴ ெ௃

∗ 100 = 68%


34

6.1.5. Installatieconcept 5: Micro Power Plant De woning wordt net als bij het installatieconcept The Sunboiler op temperatuur gehouden door luchtverwarming in combinatie met een warmte terugwinunit. De warmtevraag van de woning is dus 1.000 kWh. Tabel 12: Micro Power Plant, energievraag Vraag

Verwarming lucht + wtw (90%)


Elektriciteit Warm tapwater Apparaten

Verlichting

1.000 kWh 100 m3 gas

390 m3 gas

2.400 kWh (elek)

500 kWh (elek)

3.600 MJ

13.700 MJ

21.600 MJ

4.500 MJ

Uit tabel 12 blijkt dat de totale primaire energievraag 43.400 MJ bedraagt. Het gehele dak zal voorzien worden van pv panelen. Daardoor wordt de elektriciteitsproductie op jaarbasis:

ܹ݇ℎ ܹ݇ℎ 215 ∗ 15 ‫ = ݏ݇ݑݐݏ‬3.200 ݆ܽܽ‫ݎ‬ ݆ܽܽ‫ݎ‬

5,9 m

De HRe-ketel voor particulieren mikt op een capaciteit van 1 kW, waarmee volgens producenten per jaar theoretisch ca 3600 kWh elektriciteit geproduceerd kan worden naast de ‘normale’ warmte. Dit komt overeen met het elektriciteitsgebruik van een gemiddelde woning.

1x 1,68 m

5,4 m

Figuur 27: zuidzijde van het dak met daarop pv panelen

In het geval van de HRe-ketel wordt er volgens fabrikanten jaarlijks meer gas de ketel ingepompt, ongeveer 14% (Duurzame Energie Thuis)& (Remeha). Dat komt neer op een toename van het gasgebruik van: (100 ݉ଷ + 390 ݉ଷ ) ∗ 0,14 = 70 ݉ଷ Uit veldtestresultaten van Remeha werd een verhouding bereikt tussen warmte en elektriciteit van 18,9 procent. De HRe-ketel produceert aan elektriciteit: (3.600 ‫ ܬܯ‬+ 13.700 ‫ ∗ )ܬܯ‬0,189 = 3.300 ‫ܬܯ‬ Dat is equivalent aan een productie van 8.300 MJ aan primaire energie. De huidige HRe-techniek is vooral inzetbaar in woningen met een gasverbruik vanaf zo’n 1.700 kubieke meter per jaar. Het gaat daarbij met name om bestaande woningen. In de toekomst zullen er ook HRe-ketels beschikbaar komen die uitermate geschikt zijn voor (nieuwbouw)woningen met een lager gasverbruik. Bij de berekening van de elektriciteitopwekking is er uitgegaan van een toekomstig scenario waarin de HRe-ketel verder ontwikkeld is!


35

Tabel 13: Micro Power Plant, energie aanbod Energieaanbod

Energiegebruik

Verwarming

Warm tapwater

Elektriciteit

HRe ketel

HRe ketel

PV panelen

HRe ketel

Net

100 m3 gas

390 m3 gas

3.200 kWh

70 m3 gas

-

Primaire 3.600 MJ 13.700 MJ 28.800 MJ 8.300 MJ - 11.000 MJ energie aanbod * Uitgegaan van standaard Nederlands gas, energetische bovenwaarde van 35,17 MJ/m3 (Wikipedia) ** Negatief getal betekent dat de woning elektriciteit teruglevert aan het net omdat het aanbod groter is dan de vraag


28.800 MJ


14.600 MJ


ଶ଼.଼଴଴ ெ௃ ସଷ.ସ଴଴ ெ௃

∗ 100 = 66%


36

6.1.6. Overzicht energiegebruik installatieprincipes Per installatieprincipe is de energiehuishouding overzichtelijk weergegeven. Om deze met elkaar te vergelijken is hieronder een overzicht gemaakt met daarin het energiegebruik van elk installatieprincipe. De dikgedrukte waarden geven de optimale waarden aan. Het belangrijkste criteria is het gebruik van energie opgewekt uit fossiele brandstoffen. Dit criteria geeft namelijk een indicatie van de grootte van impact van het Passiefhuis op het milieu. Natuurlijk spelen aspecten, zoals het materiaalgebruik van de installaties, ook een rol in de milieuproblematiek, maar kunnen vanwege de tijdsomvang niet meegenomen worden in het onderzoek. Uit tabel 14 blijkt dat installatieprincipe 2, The Sunboiler, daarin het best scoort. Het concept Simplicity scoort in deze categorie het slechts, maar behaalt de hoogste score op het gebied van duurzame energieopwekking. Tabel 14: overzicht energiegebruik

Installatieprincipes

1. The Standard 2. The Sunboiler 3. Simplicity 4. Sources of Nature 5. Micro Power Plant

Totale primaire energievraag [MJ]

Totale duurzame energieopwekking [MJ]

Totaal energiegebruik fossiele brandstoffen [MJ]

44.100

31.400

12.700

71 %

43.400

31.500

11.900

73 %

50.600

34.100

16.500

67 %

48.800

33.000

15.800

68 %

43.400

28.800

14.600

66 %

‫ݐ݋ݐ‬. ݀‫݃݊݅݇݇݁ݓ݌݋݁݅݃ݎ݁݊݁ ݁݉ܽݖݎݑݑ‬ ‫ݐ݋ݐ‬. ‫݃ܽܽݎݒ݁݅݃ݎ݁݊݁ ݁ݎ݅ܽ݉݅ݎ݌‬

Duurzame energietechnologieën bieden een uitkomst voor de huidige problematiek gezien de klimaatveranderingen en ongelijke verdeling van fossiele brandstoffen. Deze duurzame technologieën hebben elektriciteit als eindproduct. Elektriciteit zal dus een sleutelrol gaan spelen in de toekomst. Zo kan elektriciteit relatief gemakkelijk worden getransporteerd en zoals eerder genoemd gemakkelijk in andere vormen van energie omgezet worden. Daarom zullen de installatieprincipes waarvan het jaarlijkse elektriciteitsaanbod groter is dan de vraag positiever beoordeeld worden in de uiteindelijke analyse. Dit is het geval bij de volgende installatieprincipes: 3. Simplicity, 4. Sources of Nature en 5. Micro Power Plant. De laatst genoemde levert veruit de meeste elektriciteit terug aan het net.


37

6.2.

Comfort

De prestatie gezondheid en behaaglijkheid wordt in dit hoofdstuk verder uitgewerkt. Achtereenvolgens komen de volgende onderwerpen aan bod: luchtkwaliteit, thermisch comfort en geluidsoverlast. 6.2.1. Luchtkwaliteit De luchtkwaliteit is binnen een woning zeer belangrijk aangezien het deels bepalend is voor de gezondheid van de bewoners. De gezondheidseffecten hangen af van de bron. De belangrijkste elementen die de luchtkwaliteit in onze woningen bepalen zijn de emissies uit (bouw)materialen, verbrandingsproducten, tabaksrook, voedselbereiding, bewoners, huisdieren, huisstofmijten en schimmels. Ook de luchtverontreiniging buitenshuis (zwaveloxiden, ozon, lood, roet…) speelt een rol. Door ventilatie kan worden voorkomen dat hinderlijke of schadelijke stoffen die in de woning worden gevormd zich in de leefruimten ophopen (www.gezondheid.be). Tegenwoordig wordt in veel woningen gebalanceerd ventilatie met een warmteterugwin unit toegepast. In de afgelopen jaren komen in de media steeds vaker problemen over deze systemen naar voren. Deze problemen zorgen voor gezondheidsklachten van de bewoners en worden veroorzaakt door onder andere het niet schoonmaken van de warmteterugwin unit, het niet juist werken van het ventilatiesysteem en inwendige transportlekkage van de terugwin unit. Bij de beoordeling van de installatieprincipes zullen de systemen zonder een wtw unit daarom een hogere score krijgen. Daarnaast zal het aanzuigen van de buitenlucht vanuit de tuin ook positief beoordeeld worden, omdat de lucht daardoor gezuiverd wordt, in het bijzonder voor fijnstof. Aangezien de mate van zuivering niet vast staat zal dit criteria niet te zwaar tellen in de uiteindelijke score.


38

6.2.2. Thermisch comfort Om het thermisch comfort te toetsen zijn er een aantal temperatuuroverschrijdingsberekeningen gemaakt. In deze paragraaf worden de resultaten weergegeven van de berekeningen. Ter controle van het temperatuurverloop is het programma gebouwsimulatie VA114 (versie 2.25) gebruikt; het temperatuuroverschrijdingsberekeningsprogramma van de Vereniging voor Automatisering in de Bouw- en Installatietechniek. Het programma maakt gebruik van een fysisch model waarmee het dynamisch gedrag van het binnenklimaat wordt gesimuleerd. De uitgangspunten van de berekeningen zijn uitgebreid weergegeven in bijlage 4. Hieronder zijn de plattegronden met daarin de luchthoeveelheden van het Passiefhuis te zien zoals deze is ingevoerd in VABI. Figuur 28: 3-D weergave Passiefhuis in VABI

Figuur 29: plattegronden in VABI + luchthoeveelheden

Als criterium voor de resultaten worden de richtlijnen conform de GIW/ISSO-publicatie 2008 gehanteerd: Indien een TO-berekening gemaakt moet worden, moet daaruit blijken dat het verblijfsgebied/ de verblijfsruimten* in het huis/het privé-gedeelte tijdens de zomer niet overmatig opwarmen. Daarbij geldt als norm dat de maximale PMV (Predicted Mean Vote) overschrijdingsuren>0,5 niet meer dan 300 uur mag bedragen = 300 GTO. *Deze eis geldt niet voor een gesloten keuken. Bij een open keuken mag voor de berekening uitgegaan worden van het totale vloeroppervlak (keuken+woonkamer) met een interne warmteproductie voor de gehele ruimte zoals deze geldt voor een woonkamer.


39

Onder deze GTO eis wordt verstaan het aantal Gewogen Temperatuur Overschrijdingsuren dat op jaarbasis mag optreden uitgaande van de interne warmtelasten en het genormeerde jaar 1964 als klimaatreferentiejaar. De gewogen uren zijn gebaseerd op de behaaglijkheidtheorie van Fanger zoals vastgelegd in NEN-EN-ISO 7730 "Gematigde thermische binnencondities". In onderstaande tabel 15 zijn de resultaten van de temperatuuroverschrijdingsberekening per installatieprincipe weergegeven. Deze resultaten zijn gegeven voor de drie ruimten waarin de hoogste binnentemperaturen zullen optreden in de zomer. Tabel 15: resultaten TO berekening

Installatieprincipes ruimte

1. The Standard

2. The Sunboiler

3. Simplicity

4. Sources of Nature 5. Micro Power Plant

Woonkamer Slaapkamer 2 Slaapkamer 3 Woonkamer Slaapkamer 2 Slaapkamer 3 Woonkamer Slaapkamer 2 Slaapkamer 3 Woonkamer Slaapkamer 2 Slaapkamer 3 Woonkamer Slaapkamer 2 Slaapkamer 3

Tmax [°C] 29,4 29,0 28,0 29,5 29,0 28,0 26,5 26,7 25,2 26,5 26,7 25,2 29,5 29,0 28,0

Tbi>25°C [aantal uren] 1924 1594 728 2035 1698 790 966 784 8 966 784 8 2035 1698 790

Tbi>28°C [aantal uren] 22 26 0 24 31 1 0 0 0 0 0 0 24 31 1

PMV > 0,5 [GTO-uren] 207 0 0 225 0 0 0 0 0 0 0 0 225 0 0

Bovenstaand overzicht geeft weer dat aan de eis van 300 GTO wordt voldaan indien de uitgangspunten, beschreven in bijlage 4, aangehouden worden. Hoe lager de maximale luchttemperatuur hoe beter het binnenklimaat in de zomer. Echter de luchttemperatuur alleen is niet bepalend voor de thermische behaaglijkheid van de mensen in de ruimten. Het aantal GTO geeft een veel betere kwalificatie. Gesteld kan ook worden dat uitgaande van 0 GTO een goed thermisch binnenklimaat gerealiseerd wordt. Dit is het geval voor de concepten Simplicity en Sources of Nature voor alle drie de gesimuleerde ruimten. Het is logisch dat de binnentemperatuur het hoogst oploopt in de woonkamer gezien de oriëntatie (zuid) en de interne warmtelast. Daarentegen is het opmerkelijk dat het in slaapkamer 2 met een noordelijke oriëntatie warmer wordt dan in slaapkamer 3 met een zuidelijk oriëntatie. Een mogelijke verklaring is het verschil in ventilatiehoeveelheden van de slaapkamers.


40

6.2.3. Geluidsoverlast Een van de gezondheidsklachten van bewoners met een gebalanceerd ventilatiesysteem is geluidsoverlast. Per installatieprincipe zal daarom gekeken worden naar: het wel of geen gebruik maken van een warmteterugwin unit, de lengte van de luchtkanalen binnen de gebouwschil en wat voor installaties er zijn geïnstalleerd. De installatieprincipes waarbij de lucht door de bodem wordt aangezogen zullen op dit criteria beter scoren. Dit komt doordat de grondbuizen zich buiten de gebouwschil bevinden en er geen gebruik wordt gemaakt van een wtw unit. 6.2.4. Overzicht comfort Om de prestatie gezondheid en behaaglijkheid per installatieprincipe goed in beeld te brengen is elk concept getoetst aan drie criteria: luchtkwaliteit, thermisch comfort en geluidsoverlast. Hieronder is in een overzicht de score van elk installatieprincipe per criteria weergegeven, de optimale scores zijn dik gedrukt. Hieruit blijkt dat het concept Sources of Nature op alle drie de criteria het best scoort. Daarentegen presteren de concepten The Sunboiler en de Micro Power Plant het slechts in de totale beoordeling op het gebied van comfort. Tabel 16: overzicht comfort per installatieprincipe

Installatieprincipes

luchtkwaliteit

1. 2. 3. 4. 5.

0 0 + + 0

The Standard The Sunboiler Simplicity Sources of Nature Micro Power Plant

Thermisch comfort 0/+ 0 ++ ++ 0

Geluidsoverlast -/-+ ++ --

Comfort (het totaal) 0 -/0 +/++ ++ -/0


41

7. Conclusies De warmtevraag van een woning met gebalanceerde ventilatie en warmteterugwinning is te reduceren met ongeveer 40 procent door het nemen van passieve maatregelen. Indien geen gebruik wordt gemaakt van een warmteterugwin unit is de reductie van de warmtevraag 16 procent. De passieve maatregelen hebben in dit geval minder effect omdat er meer warmte verloren gaat door de ventilatie. De warmtevraag is verder te reduceren door de gebouwschil nog beter te isoleren. De richtlijn voor passiefhuizen is een warmteweerstand van de gesloten geveldelen, dak en vloer met een Rc waarde tussen de 6,5 en ca. 10 m2K/W. Bij de berekening van de warmtevraag voor het Passiefhuis is uitgegaan van een Rc waarde van 6,5 m2K/W. Het is dus mogelijk om deze waarde te verhogen naar 10 m2K/W en zo in de buurt te komen van een reductie van 50 %. Het verminderen van de warmtevraag door het nemen van passieve maatregelen blijkt dus zeer rendabel, met name voor gebalanceerde ventilatie met warmteterugwinning. Zo wordt de eerste stap gezet naar een energieneutrale woning. Het is niet gelukt om een energieneutrale woning te ontwerpen. Voor alle vijf de duurzame installatieprincipes is het opgewekte duurzame energie aanbod kleiner dan de energievraag waardoor een deel van het energiegebruik van het Passiefhuis afkomstig is uit fossiele brandstoffen. Het installatieprincipe met het laagste gebruik van energie uit fossiele brandstoffen is het concept The Sunboiler. Dit concept komt dus het dichtst in de buurt van energieneutraliteit, maar scoort het slechtst op het gebied van comfort. In vergelijking met de andere concepten heeft The Sunboiler een slechter thermisch comfort en er is meer kans op geluidsoverlast. Gezien de twee toetsingscriteria, energiegebruik en het comfort, komt het concept Sources of Nature het best uit de bus. Het energiegebruik vanuit fossiele brandstoffen van het concept Sources of nature is net iets hoger dan van het concept The Sunboiler, maar zorgt voor een beter comfort in de woning. Het concept maakt gebruik van de aardwarmte en de zon om elektriciteit en warmte op te wekken. Elektriciteit kan gemakkelijk getransporteerd worden en omgezet worden in andere vormen van energie en zal daarom waarschijnlijk een sleutelrol gaan spelen in de toekomst. Het concept Micro Power Plant is daarom ook een interessante optie. Het installatieprincipe heeft een “overschot” van elektriciteit op jaarbasis van 10.923 MJ. Deze elektriciteit kan teruggeleverd worden aan het net.


42

8. Aanbevelingen De installatieprincipes zijn met elkaar vergeleken aan de hand van comfort en energiegebruik. De bewoner en het milieu worden zo meegenomen in de analyse. Alleen de economische rentabiliteit van de concepten blijft achterwege. Voor een betere analyse van de installatieprincipes is het aan te raden om ook de kosten van de installaties mee te nemen. Zo kan bijvoorbeeld per concept de terugverdientijd berekend worden. Daarnaast kunnen er meer factoren meegenomen worden voor de analyse van het gebouw met zijn omgeving, oftewel het milieu. Zo zijn bijvoorbeeld het materiaalgebruik en het energiegebruik voor de productie van de installaties interessante factoren om mee te nemen in de analyse van gebouw-milieu. De totale primaire energievraag van de installatieprincipes kan nog verder gereduceerd worden. Hiervan is namelijk alleen de warmtevraag grondig onderzocht. Het jaarlijks gebruik van warm tapwater en het jaarlijks elektriciteitsgebruik zijn gebaseerd op het gebruik van een gemiddeld huishouden. Om een energieneutrale woning te ontwerpen zal er daarom nader onderzoek gedaan moeten worden naar energiebesparende maatregelen met betrekking tot het gebruik van warm tapwater en elektriciteit. Voorbeelden hiervan zijn toepassing van een douchepijp warmtewisselaar, energiezuinige apparaten en LED verlichting. Het comfort is bepaald aan de hand van het thermisch comfort, luchtkwaliteit en geluidsoverlast. De twee laatst genoemde zijn onderzocht door middel van kennis uit artikelen en zelf opgestelde criteria. De beoordeling van de luchtkwaliteit en geluidsoverlast is daarom enigszins subjectief. Voor een betere en objectievere analyse zal hieraan meer aandacht besteed moeten worden, bijvoorbeeld in de vorm van metingen of simulaties. De installatieconcepten Hydrogen en TCM zijn in dit onderzoek niet meegenomen in de analyse. Aangezien deze concepten in de toekomst een belangrijke rol kunnen gaan spelen zou het interessant zijn om deze technieken verder te onderzoeken en dan met name de toepassing in de woningbouw. Bijvoorbeeld de efficiëntie van de productie van waterstof en de omzetting van waterstof naar elektriciteit en warmte moet verbeterd worden en de veiligheid van het systeem moet nog verder onderzocht worden. Ook thermochemische warmteopslag moet nog onderzocht worden op een aantal gebieden. Zo blijkt uit testen dat bij herhaling van de cyclus het rendement sterk achteruit gaat. Ook zorgen hoge reactietemperaturen en de benodigde drukken voor de nodige problemen, zowel mechanische als economisch.


43

Bibliography Bense, V. (2004). Ruimtelijke en temporele variates van ondiepe grondwatertemperatuur als tracer voor grondwaterstroming rondom de Peelrandbreuk nabij Uden. Stromingen 10 , pp. 23-36. Centraal Milieu - Alles over energie en milieu in het dagelijks leven. (sd). Opgehaald van http://www.milieucentraal.nl/. Dartel, H. v., Zeiler, W., Lichtenberg, J., & Panhuys, O. v. (2005). Slimbouwen - Het integraal ontwerpen van gevel en installatie. TVVL magazine , 149-155. Duurzame Energie Thuis. (sd). Opgehaald van www.duurzameenergiethuis.nl. (2002). energiezuinig bouwen met zonneboilers - Novem. Utrecht: EcofyS. ir. Boonstra, C., ir. Clocquet, R., & ir. Joosten, L. (2006). Passiefhuizen in Nederland. boxtel: AEneas. ISSO. GIW/ISSO-publicatie 2008. ISSO. ISSO publikatie 41, Energiewijzer woningen Itho bv. (sd). Opgehaald van http://www.itho.nl/ Lohuizen, A. v., & Huygen, C. (2006, april). klimatisering woningen met grond-lucht collectoren. energiebesparing , pp. 310-314. module test. (2007, september). PHOTON International . Natuur en Milieu. (sd). Opgehaald van http://www.natuurenmilieu.nl/ (sd). Opgehaald van www.gezondheid.be. Remeha. (sd). Opgehaald van www.remeha.nl/hre/. Rutten, P. (2005). Geintegreerd ontwerpen van gebouw en installaties. maart. Scheffer, W. (2007, februari). (warm) tapwatergebruik - huishoudens in balans? sanitaire techniek , pp. 58-61. Schoonderbeek Klimaattechniek. (sd). Opgehaald van http://www.skt-bv.nl/ SenterNovem. (sd). SenterNovem - Duurzame Energie in http://www.senternovem.nl/duurzameenergie/.

Nederland

(DEN).

(sd).

Opgehaald

van

Sunmodule. (sd). Opgehaald van SolarWorld. Techneco Energiesystemen BV. (sd). Opgehaald van www.techneco.nl. Witte, H., & Gelder, A. v. (2003). Kwaliteitsrichtlijn Verticale Bodemwarmtewisselaars. Apeldoorn: Novem Publicatiecentrum. TU/e | Masterproject 1 Naar een energieneutrale woning

44

Bijlage Bijlage 1: kenmerken referentiewoning Kenmerken van de woning Kenmerk Beukmaat Woningdiepte Verdiepingshoogte Gebruiksoppervlakte Ag Verliesoppervlakte Averlies Verhouding Ag/Averlies Gemiddelde gebruiksoppervlakte in MNW

Waarde 5,1 m 8,9 m 2,6 m 124,3 m² 156,9 m² 0,8 125,0 m²

Bouwkundige gegevens Kenmerk Rc-waarde gevel Rc-waarde dak Rc-waarde begane grondvloer U-waarde ramen U-waarde voordeur Buitenzonwering op

Variant mechanische afzuiging 3,0 m²K/W 4,0 m²K/W 3,0 m²K/W 1,8 W/m²K 2,0 W/m²K Z

met Variant gebalanceerde ventilatie 3,0 m²K/W 4,0 m²K/W 3,0 m²K/W 1,8 W/m²K 2,0 W/m²K Z

met

Installatietechnische gegevens Kenmerk Type verwarmingsinstallatie Type ventilatiesysteem Rendement warmteterugwinning Type ventilatoren Type warmtapwatersysteem Rendement tapwater Zonneboiler

Variant met mechanische afzuiging HR-107 ketel, HT met radiatoren Zelfregelende roosters met mechanische afzuiging Gelijkstroom combiketel HRww CW4 70%* 2,8 m² collectoroppervlak, alleen voor tapwater

Variant gebalanceerde ventilatie HR-107 HT met radiatoren Mechanische toe- en afvoer

met ketel,

95%* Gelijkstroom combiketel HRww CW4 62%

Energieprestatie Kenmerk EPC volgens NPR 5129, versie 2.02 Jaarlijks energieverbruik per volgens NEN 5128 Jaarlijkse CO2 emissie

Variant mechanische afzuiging 0,78 m² 359 MJ/m² 2583 kg

met Variant gebalanceerde ventilatie 0,74 339 MJ/m²

met

2520 kg

* met behulp van een kwaliteitsverklaring


45

Bijlage 2: uitgangspunten simulatie warmtevraag SenterNovem woning algemeen - simulatieperiode: gemiddeld jaar, 1 mei 1974 tot 30 april 1975 - indeling woning: drie zones o begane grond 130,1 m3 o eerste verdieping 130,1 m3 o zolder 102,4 80 m3 Aan de hand van ISSO publikatie 41, Energiewijzer woningen, is een gebruikersprofiel opgesteld: - ingestelde dagtemperaturen: o woonkamer/open keuken 21°C o slaapkamers 18°C - tussen 23.00 en 07.00 uur wordt nachtverlaging met 5°C toegepast gedurende 7 dagen per week. bouwkundig - Rc-waarden o buitengevels 3,0 m2K/W o Begane grondvloer 3,0 m2K/W o Dak 4,0 m2K/W - Wandopbouw zie tabel 18 - Beglazing o U-waarde 1,80 W/m2K o Confectie factor 0,085 o ZTA waarde 0,60 - Zonwering alleen voor de ramen in de zuidgevel o Schakelniveau 300 W/m2 Tabel 17: Wandopbouw buitengevel

Materialen (van binnen naar buiten) Grindbeton PUR Spouw Metselwerk, steen

Dikte D [m] 0,1 0,07 0,03 0,105

Warmtegeleidingscoefficient λ [W/mK] 1,86 0,026 0,09 1

Dichtheid ρ [kg/m3]

Warmtegeleidingscoefficient λ [W/mK] 1,5 1,86 0,038


2500 33 0,023 1900

Warmteopslagcapaciteit c [J/kgK] 840 1470 1,2 850

Tabel 18: Vloeropbouw

Materialen (van binnen naar buiten) afwerklaag Grindbeton EPS 15 Geëxpandeerd polystyreen

Dikte D [m] 0,05 0,2 0,114

2000 2500 15

Warmteopslagcapaciteit c [J/kgK] 840 840 1470


46

Tabel 19: Dakopbouw

Materialen (van binnen naar buiten) Zachtboard (plafond) Grindbeton EPS 15 PVC-dakbaan

Dikte D [m] 0,005 0,250 0,153 0,005

Warmtegeleidingscoefficient λ [W/mK] 0,12 1,86 0,038 0,17

Dichtheid ρ [kg/m3] 275 2500 15 1300

Warmteopslagcapaciteit c [J/kgK] 2100 840 1470 1470

Installatie - Ventilatie De ventilatie is berekend aan de hand van het bouwbesluit (o.a. NEN 1087) en ISSO publikatie 41 Energiewijzer woningen. Begane grond Volgens het bouwbesluit moet een woonfunctie gelegen in een woongebouw minimaal geventileerd worden met 0,9 [dm3/s per m2]. De totale minimale luchtverversing van de begane grond bedraagt dus: ‫ݍ‬௕௘௚௔௡௘ ௚௥௢௡ௗ = 45,5݉ଶ × 0,9

ௗ௠య ‫ݎ݁݌‬ ௦

݉ଶ × 3,6 = 147

௠య ௛

Tabel 20: Luchtverversing van een verblijfsgebied, verblijfsruimte

Het bouwbesluit stelt voor een aantal specifieke ruimten de volgende voorwaarden: Keuken: Een voorziening voor luchtverversing voor een verblijfsgebied of een verblijfsruimte, met een opstelplaats voor een kooktoestel of met een opstelplaats voor een warmwatertoestel heeft een volgens NEN 1087 bepaalde capaciteit van ten minste 21 dm³/s (= 75 m3/h). Toilet en badkamer: Een voorziening voor luchtverversing voor een toiletruimte heeft een volgens NEN 1087 bepaalde capaciteit van ten minste 7 dm³/s (= 25 m3/h). Een voorziening voor luchtverversing voor een badruimte heeft een volgens NEN 1087 bepaalde capaciteit van ten minste 14 dm³/s (= 50 m3/h). Dit geldt ook voor een met een toiletruimte samengevoegde badruimte.


47

Tijdens het koken zal naast de verplichte ventilatie van 75 m3/h ook de afzuigkap zorgen voor een extra afvoer van 75 m3/h. De minimale luchtverversing tijdens het koken bedraagt dus: ݉ଷ ݉ଷ ݉ଷ ݉ଷ ‫ݍ‬௕௘௚௔௡௘ ௚௥௢௡ௗ = 75 + 75 + 25 = 175 ℎ ℎ ℎ ℎ Voor de mechanische installatie op de begane grond is een ventilator met twee standen toegepast: 2 uur per dag (18.00-20.00 uur) - hoge stand (175 m3/h): 3 - lage stand (150m /h): 22 uur per dag (0.00 – 18.00 uur en 20.00-24.00 uur) Omgeschreven naar ventilatievouden: ݉ଷ ܸܸ௕௘௚௔௡௘ ௚௥௢௡ௗ,௛௢௚௘ ௦௧௔௡ௗ = 175 /130,1݉ଷ = 1,35 ℎ ܸܸ௕௘௚௔௡௘ ௚௥௢௡ௗ,௛௢௚௘ ௦௧௔௡ௗ = 150

݉ଷ /130,1݉ଷ = 1,15 ℎ

Eerste verdieping Voor de ventilatie van de eerste verdieping geldt hetzelfde als voor de begane grond, namelijk een minimale ventilatie van 0,9 [dm3/s per m2]. De totale minimale luchtverversing van de eerste verdieping bedraagt dus ook: ‫ݍ‬௘௘௥௦௧௘ ௩௘௥ௗ௜௘௣௜௡௚ = 45,5݉ଶ × 0,9

ௗ௠య ‫ݎ݁݌‬ ௦

݉ଶ × 3,6 = 147

௠య ௛

De minimale luchtverversing van de eerste verdieping voor specifieke ruimten, respectievelijk de badkamer en het toilet, is: ‫ݍ‬௘௘௥௦௧௘ ௩௘௥ௗ௜௘௣௜௡௚ = 50

݉ଷ ݉ଷ ݉ଷ + 25 = 75 ℎ ℎ ℎ

De eerste berekening is maatgevend dus zal de eerste verdieping 24 uur per dag geventileerd worden met een hoeveelheid van 150 m3/h. Omgeschreven naar ventilatievouden: ݉ଷ ܸܸ௘௘௥௦௧௘ ௩௘௥ௗ௜௘௣௜௡௚ = 150 /130,1݉ଷ = 1,15 ℎ Zolder De zolder wordt niet als verblijfsgebied gezien. Voor de zolder is een luchthoeveelheid aangehouden van 0,7 [dm3/s per m2], zodat ook een gezond binnenklimaat zal heersen in deze ruimte. Vooral met het oog op flexibiliteit is dit belangrijk, want de zolder hoeft per definitie niet alleen gebruikt te worden als berging/washok. De totale minimale luchtverversing van de zolder wordt dan: ‫ݍ‬௭௢௟ௗ௘௥ = 45,5݉ଶ × 0,7

ௗ௠య ‫ݎ݁݌‬ ௦

݉ଶ × 3,6 = 115

௠య ௛

De zolder wordt 24 uur per dag geventileerd met een hoeveelheid van 85 m3/h. Omgeschreven naar ventilatievouden is dat: ݉ଷ ܸܸ௭௢௟ௗ௘௥ = 115 /102,4݉ଷ = 1,1 ℎ


48

Passiefhuis algemeen De algemene uitgangspunten zijn hetzelfde gebleven. bouwkundig - Rc-waarden o buitengevels 6,5 m2K/W o Begane grondvloer 6,5 m2K/W o Dak 6,5 m2K/W - Wandopbouw zie tabel 22 - Beglazing o U-waarde 0,85 W/m2K o Confectie factor 0,085 o ZTA waarde 0,60 - Zonwering alleen voor de ramen in de zuidgevel o Schakelniveau 300 W/m2 Tabel 21: Wandopbouw buitengevel

Materialen (van binnen naar buiten) Grindbeton PUR Spouw Metselwerk, steen

Dikte D [m] 0,1 0,161 0,03 0,105

Warmtegeleidingscoefficient λ [W/mK] 1,86 0,026 0,09 1


Warmtegeleidingscoefficient λ [W/mK] 1,5 1,86 0,038


Warmtegeleidingscoefficient λ [W/mK] 0,12 1,86 0,038 0,17


2500 33 0,023 1900

Warmteopslagcapaciteit c [J/kgK] 840 1470 1,2 850

Tabel 22: Vloeropbouw

Materialen (van binnen naar buiten) afwerklaag Grindbeton EPS 15 Geëxpandeerd polystyreen

Dikte D [m] 0,05 0,2 0,246

2000 2500 15

Warmteopslagcapaciteit c [J/kgK] 840 840 1470

Tabel 23: Dakopbouw

Materialen (van binnen naar buiten) Zachtboard (plafond) Grindbeton EPS 15 PVC-dakbaan

Dikte D [m] 0,005 0,250 0,245 0,005

275 2500 15 1300

Warmteopslagcapaciteit c [J/kgK] 2100 840 1470 1470

installatie Ventilatie en de overige installaties zijn hetzelfde gebleven als bij de uitgangspunten van de referentiewoning.


49

Bijlage 3: Zonneboilersystemen Standaard zonneboiler Een standaard zonneboiler bestaat uit: • • •

Een collector van circa 3 m². Een los voorraadvat van 80 tot 120 liter (diameter circa 65 cm en hoogte 100 - 120 cm). Een naverwarmer, in de regel een combiketel. Figuur 30: standaard zonneboiler (Senternovem)

CV-zonneboiler Een cv-zonneboiler heeft: •

•

Een extra warmtewisselaar in het voorraadvat. De extra warmtewisselaar is aangesloten op de cv-ketel, waardoor geen aparte naverwarmer nodig is. Omdat direct uit het voorraadvat wordt getapt is er een forse straal warm water en geen temperatuurval bij gelijktijdig tappen.

Figuur 31: CV-zonneboiler (Senternovem)

Zonneboilercombi Een zonneboilercombi wordt geïnstalleerd in de plaats van een cv-ketel en bestaat uit een grote cvzonneboiler, waarin voorraadvat en cv-brander geïntegreerd zijn. •

•

De warmte in het vat wordt gebruikt voor tapwaterverwarming én voor centrale verwarming, uiteraard in gescheiden circuits. De zonneboilercombi is door zijn grote watervoorraad in afmeting vergelijkbaar met een flinke boiler met een diameter van circa 65 cm en een hoogte van 145 cm. Figuur 32: zonneboilercombi (SenterNovem)

Compacte zonneboiler Een compacte zonneboiler is een zonneboiler waarbij het leidingwater direct in een goed geïsoleerde collector wordt verwarmd. • •

De collector en het voorraadvat (70 tot 170 liter) zijn geïntegreerd, waardoor er dus geen apart vat nodig is. Omdat de watervoorraad in de collector zit, is deze dikker en zwaarder dan de collector van een standaardzonneboiler. Dit is echter voor gangbare daken geen probleem. Figuur 33: compacte zonneboiler (SenterNovem)


50

keuze type zonneboiler

Gezinsgrootte:

2,3 personen (central bureau voor statistiek)

Vanwege een veilige marge is bij de keuze van de zonneboiler uitgegaan van 3 tot 5 personen. Standaard comfort:

CW 3 (voldoende comfort)

Tabel 24: stroomschema (SenterNovem)


51

Bijlage 4: uitgangspunten temperatuuroverschrijdingsberekeningen algemeen - rekenperiode: 27-04-1964 t/m 27-09-1964 - referentiejaar 1964 - rekentijd overschrijding o woonkamer 7-23h o slaapkamer 23-15h o badkamer 7-23h - bedrijfstijd 24h bouwkundig - Rc-waarden o buitengevels o Begane grondvloer o Dak - Beglazing o U-waarde o Confectie factor o ZTA waarde - Zonwering o Schakelniveau - Te openen ramen Installaties Voor elk installatieprincipe installatiecomponenten.

is

6,5 m2K/W 6,5 m2K/W 6,5 m2K/W 0,85 W/m2K 0,085 0,60 alleen voor de ramen in de zuidgevel 300 W/m2 geen

een

apart

model

gemaakt

met

de

daarbij

horende

Interne warmtelast

Figuur 34: interne warmtelast die is aangehouden voor de TO berekeningen (ISSO)


52

Figuur 35: interne warmtelast die is aangehouden voor de TO berekeningen (ISSO)


53

Naar een energieneutrale woning

Recommend Documents