NOTITIE. 1 Inleiding. 2 Bouwkundige maatregelen

NOTITIE

Project

Nieuwbouw Van Lodenstein College Barneveld

Datum

7 juni 2011

Onderwerp

Conceptenstudie

Status

Definitief

1

Inleiding

Voor de nieuwbouw van het Van Lodenstein College te Barneveld worden in deze conceptenstudie een viertal concepten benoemd waarmee het schoolgebouw op temperatuur en fris gehouden kan worden. De concepten sorteren de mogelijkheden om te verwarmen, te koelen en te ventileren. Met deze concepten kan voldaan worden aan de ambities van het Van Lodenstein College, namelijk: • functionaliteit; • flexibiliteit; • beheersbaarheid; • duurzaamheid. In hoofdstuk 3 worden de concepten benoemd en in hoofdstuk 4 met elkaar vergeleken. Bij het doorrekenen van de concepten is uitgegaan van ‘Standaard’ bouwfysische schilwaarden’. In hoofdstuk 2 worden de effecten zichtbaar gemaakt van verbeterde schilwaarden op de exploitatie en de CO2-emissie.

2

Bouwkundige maatregelen

In dit hoofdstuk worden de effecten van schilverbetering inzichtelijk gemaakt. De berekeningen in deze conceptenstudie zijn gebaseerd op de schilwaarden overeenkomstig tabel 2.1. tabel 2.1

Schilwaarden

Rc-waarde muur

m²K/W

3,0

Rc-waarde vloer en dak

m²K/W

4,0

U-waarde raam

W/m²K

1,8

ZTA-waarde glas

[-]

Massa vloerconstructie

kg/m²

0,3 100 - 400

De schilwaarden zijn toereikend om te voldoen aan de wettelijke eisen. In dit hoofdstuk worden de effecten van schilverbetering (zowel van de muren als van de vloer en het dak) op de exploitatie en de CO2-emissie inzichtelijk gemaakt. In onderstaande tabel is weergegeven wat het effect is van een verhoogde warmteweerstand (Rc) van de muur en een verlaagde warmtedoorgangscoëfficiënt (U) van het raam (glas en kozijn). De schilwaarden van de referentie zijn benoemd in tabel 2.1 en vormen de basis voor de verdere berekeningen in deze conceptenstudie. In tabel 2.2 worden de verbeterde Rc- en U-waarden afzonderlijk en gecombineerd inzichtelijk gemaakt. tabel 2.2

Verbeterde schilwaarden Referentie

Exploitatie

€/jaar

Exploitatievoordeel

€/jaar

CO2-emissie

Ton/jaar

CO2-reductie

Ton/jaar

11712hp202nv

Rc = 5 m²K/W

66.000,-

341

U = 1,1 W/m²K

Rc = 5 m²K/W U = 1,1 W/m²K

64.000,-

60.000,-

59.000,-

2.000,-

6.000,-

7.000,-

332

316

311

9

26

31

1

Conceptenstudie

3

Concepten

Om het schoolgebouw te kunnen verwarmen/koelen en te ventileren, zijn er vier integrale concepten samengesteld. 1 Basis Dit concept voldoet aan de wettelijke eisen. Verwarmen gebeurt door middel van HR-ketels en ventileren door centrale mechanische luchttoevoer en centrale mechanische luchtafvoer (gebalanceerde ventilatie). Koeling ontbreekt. 2 Basis + koeling Aan concept 1, basis, is koeling toegevoegd. De koeling gebeurt door een compressiekoelmachine. 3 Warmtepomp met warmte-/koudeopslag (wko) De warmte en koude wordt door middel van de warmtepomp met bodemopslag voorzien. HR-ketels zijn aan dit concept toegevoegd voor de piekmomenten en de warmwatervoorziening. Koeling gebeurt door de bodemopslag. 4 TNO-ventilatieconcept en warmtepomp. De toevoerlucht wordt per lokaal door middel van units toegevoerd en centraal afgezogen. De warmtepomp haalt de warmte uit de retourlucht. Verwarmen gebeurt door de warmtepomp en HR-ketels. Voor de koeling kan de warmtepomp gebruikt worden, maar zal ook een compressiekoelmachine nodig zijn.

3.1

Energieprestatiecoëfficiënt (EPC)

Het benodigde energiegebruik (Qpres,tot) mag nooit hoger zijn dan het toelaatbare energiegebruik (Qpres,toel) voor de desbetreffende gebouwfunctie. Het Bouwbesluit stelt eisen aan de maximale hoogte van het toelaatbare energiegebruik. Doel van deze normering is het energiegebruik en de CO2-emissie in de gebouwde omgeving te verminderen. Voor de concepten, benoemd in onderstaande paragrafen, wordt het dimensieloze verhoudingsgetal gegeven van Qpres,tot / Qpres,toel.

3.2

Ruimtebeslag

In onderstaande tabel is het ruimtebeslag weergegeven. De geel gearceerde gedeelten zijn conceptafhankelijk. tabel 3.1 Ruimtebehoefte werktuigkundige installaties Ruimte

Inhoud

Gasmeteropstelling en/of warmtemeter

2

Afmetingen (b x d x h)

Oppervlakte (m2)

2,0 x 1,6

Voorwaarden

3,2

Gelegen op de begane grond, direct van buiten bereikbaar, 6 meter verwijderd van trafo en HKL.

20

Wand of dak voorzien van plofluik. Rookgasafvoer door dak.

6x4

24

Kan gecombineerd worden met ketelruimte. Condensors opstellen op dak.

Ketelruimte

HR-ketels, verdelers, buffervat en dergelijke

Nader te bepalen

Techniekruimte koude (concept 1, 2 en 4)

Koelmachine

Techniekruimten ventilatie school (concept 1 tot en met 3)

Lbk, regelkasten, kanalen

15 x 6

2 x 90

Direct grenzend aan schacht.

Techniekruimte ventilatie sporthal

Lbk, regelkasten, kanalen

10 x 5

1 x 50

Direct grenzend aan schacht.

Techniekruimte ventilatie (concept 4)

Regelkasten, TSA, buffervat

Nader te bepalen

25

Techniekruimte, warmte-/koudeopslag (concept 3)

TSA, warmtepomp, verdelers, regelkast en dergelijke

Nader te bepalen

90

Gelegen in de kelder, toegang van buiten. Geluidsproductie.

11712hp202nv

Conceptenstudie

Ventilatieruimte per lokaal (concept 4)

Toevoerunit verse lucht

Techniekruimte afzuiging school (concept 4)

Lbk, afzuiging met geïntegreerde warmtepomp

Minimale benodigde hoogte = 0,4 15 x 6

1 x 50

1,2 x 1,6

1,9

Gelegen op begane grond nabij entree.

Nader te bepalen

1,5

Gelegen aangrenzend aan de watermeteropstelling.

Elk 8,5

Watermeteropstelling Drinkwaterdrukverhoging Technische schachten

Ten behoeve van verdeling installaties. Twee stuks naast lbk-ruimten.

Nader te bepalen

Dakafzuigventilatoren

Voor afzuiging sanitaire ruimten.

Nader te bepalen

tabel 3.2

Het plafond wordt op overdruk gezet. Per lokaal of verblijfsruimte een afgesloten plafond. Direct grenzend aan schacht.

Dit oppervlak, per verdieping boven elkaar aanbrengen en eindigend in een lbk-ruimte.

Op dak

Direct boven de schachten.

Oppervlakte (m2)

Voorwaarden

Ruimtebehoefte elektrotechnische installaties

Ruimte

Inhoud

Transformatorruimte

Trafo, aansluiting energiebedrijf

3 x 4 x 2,5

12

Op begane grond, van buiten toegankelijk. Kelder van 1 meter diep.

Inkoopruimte

Aansluiting energiebedrijf

3 x 3 x 2,5

9

Direct tegen traforuimte, van buiten toegankelijk. Kelder van 1 meter diep.

Hoofdverdeelinrichting (HKL)

Hoofdverdeelinrichting

3 x 2 x 2,4

6

Gelegen op de begane grond nabij de transformatorruimte.

Verdeelinrichtingen licht/kracht

Verdeelinrichtingen voor de elektrotechnische installaties

1,5 x 0,6 x 2,4

Elk 0,9

Zwakstroomruimte

Centrale apparatuur ten behoeve van inbraakbeveiliging, toegangscontrole en brandmeldcentrale.

2 x 0,5 x 2,4

1

MER

Opstelling patchkasten, servers en dergelijke

5x4x3

20

SER

Patchkasten

3x2x3

6

3.3

Afmetingen (b x d x h)

Op elke bouwlaag een kast met dubbele deuren. Gelegen op de begane grond. Voorzien van dubbele deuren.

Wellicht voorzien van computervloer. Centraal in het gebouw gelegen in verband met maximale lengte. Opnemen per verdieping.

Concept 1: basis (Q/Q = 0,922)

Het basisconcept is de traditionele manier van verwarmen en ventileren. Verwarmen gebeurt door HR-ketels en het ventileren door middel van centrale mechanische toevoer en centrale mechanische afvoer. Op het dak of in de technische ruimte wordt de luchtbehandelingskast geplaatst met daarin opgenomen de warmteterugwinning. De HR-ketels worden in de technische ruimte geplaatst. De installatietechnische uitgangspunten zijn opgenomen in tabel 3.3.

11712hp202nv

3

Conceptenstudie

tabel 3.3

Installatietechnische uitgangspunten

Werktuigbouwkundige installatie Verwarmingstoestel

[-]

HR-107 ketel

Warmteafgiftesysteem

[-]

Vloerverwarming

Warm tapwater

[-]

HR-ketel met cv-boiler

Ventilatieconcept

[-]

Gebalanceerde mechanische ventilatie

Ventilatiedebiet

m³/h

68.000

Elektrotechnische installatie Geïnstalleerd vermogen verlichting

W/m²

Aanwezigheidsdetectie

[-]

12 Ja, meer dan 70% b.v.o.

In dit concept is geen koeling opgenomen.

3.4

Concept 2: basis + koeling (Q/Q = 0,982)

Dit concept is gebaseerd op concept 1, aangevuld met een koelmachine. Door toepassing van een koelmachine is het binnenmilieu behaaglijker. Tevens stijgen zowel de investerings- als de exploitatiekosten. De installatietechnische uitgangspunten zijn opgenomen in tabel 3.4. tabel 3.4


Werktuigbouwkundige installatie Preferent verwarmingstoestel

[-]

HR-107 ketel

Preferente koudeopwekking

[-]

Compressiekoelmachine

Warmte- en koudeafgiftesysteem

[-]

Vloerverwarming/-koeling

Warm tapwater

[-]


Ventilatieconcept

[-]


Ventilatiedebiet

m³/h

68.000


W/m²


[-]

3.5


Concept 3: warmtepomp met warmte- en koudeopslag (Q/Q = 0,702)

Algemeen Door gebruik te maken van een seizoensmatige opslag van warmte en koude in de bodem,\ kan op een efficiënte, duurzame manier worden voorzien in de warmte- en koudevraag. De toepassing van warmte-/koudeopslag (wko) geeft een forse besparing op het fossiele energieverbruik voor verwarming en koeling, vergeleken bij toepassing van een verwarmingsketel en koelmachine.

4

11712hp202nv

Conceptenstudie

De werking van het systeem kan als volgt worden samengevat. • ’s Winters wordt winterkoude opgeslagen in de koude bron. Deze koude bron levert koeling tijdens de zomerdag. • ’s Zomers wordt de warmte die uit de gebouwen wordt weggekoeld, opgeslagen in de warme bron. Deze warmte wordt in de winter gebruikt als warmtebron voor de warmtepomp. • De warme en koude bron vormen samen één brondoublet. De meerjarige energiebalans, het saldo van warmte- en koudelevering, dient in evenwicht te zijn om de leveringscapaciteit te waarborgen.

figuur 3.1

Schematische voorstelling werking energieopslag

Inzet warmtepomp Met het water uit de koude bron kan direct worden gekoeld. De warmte uit de warme bron kan worden gebruikt om gebouwen te verwarmen. Dit laatste is mogelijk door de inzet van een warmtepomp. De laagtemperatuurwarmte uit de warme bron wordt door de warmtepomp opgewaardeerd naar een hoger temperatuurniveau, zodat het geschikt is voor gebouwverwarming. Laagtemperatuurverwarming (ltv) is hierbij een voorwaarde voor de inzet van de warmtepomp. Energiebalans in de bodem Een energieopslagsysteem is in balans wanneer de hoeveelheid (voor koeling) onttrokken koude gelijk is aan de hoeveelheid geladen koude (namelijk door de warme bron geleverde warmte). In scholen is de verwarmingsvraag groter dan de koelvraag. Zodoende zal de bodem netto afkoelen. Deze onbalans is te corrigeren met een droge koeler. Deze regeneratie heeft twee functies. • Winterdag: aanvullend laden van koude in de koude bron van de energieopslaginstallatie. • Zomerdag: afvoeren van condensorwarmte van de warmtepomp waarmee de pieken in de koudevraag worden geleverd. De condensorwarmte, die wordt afgeblazen naar de buitenlucht, kan geen opwarming van de energieopslaginstallatie veroorzaken. Installatietechnische uitgangspunten In de onderstaande tabel staan de installatietechnische uitgangspunten. tabel 3.5



[-]

Warmtepomp

Niet-preferent verwarmingstoestel

[-]

HR-107 ketel


[-]

Bodemopslag en warmtepomp


[-]


Warm tapwater

[-]


Ventilatieconcept

[-]


Ventilatiedebiet

m³/h

11712hp202nv

68.000

5

Conceptenstudie


W/m²


[-]

3.6


Concept 4: TNO-ventilatieconcept en warmtepomp (Q/Q = 0,814)

Het vierde concept is gebaseerd op het door TNO ontwikkelde ventilatieconcept. Verse buitenlucht wordt door middel van toevoerventilatoren in de gevel per leslokaal of vertrek toegevoerd. De verse lucht wordt door middel van overdruk via het plenum boven het verlaagde plafond via perforaties in het plafond, gelijkmatig verdeeld over het lokaal. De retourlucht wordt aansluitend overgestort naar de gangen of afgevoerd naar buiten door middel van op te nemen gevel-/raamroosters. Installatietechnische uitgangspunten tabel 3.6



[-]

Warmtepomp

Niet-preferent verwarmingstoestel

[-]

HR-107 ketel


[-]

Compressiekoelmachine

Niet-preferente koudeopwekking

[-]

Warmtepomp


[-]


Warm tapwater

[-]


Ventilatieconcept

[-]

TNO-ventilatieconcept.

Ventilatiedebiet

m³/h

68.000


W/m²


[-]

4


Concepten beoordeling

tabel 4.1

Gedefinieerde pakketten 1

Basis

Qpres,tot / Qpres,toel

2

Basis + koeling

0.922

3

Warmtepomp + wko

0.982

4

TNO-toevoer + warmtepomp

0.702

0.814

Technische installaties Ventilatie

Gebalanceerd met wtw



Mechanische toevoer per lokaal, centrale mechanische afzuiging

Opwekking warmte

HR-ketels

HR-ketels

Warmtepomp met wko

Warmtepomp en HR-ketel

Opwekking koude

-

Koelmachine

Warmtepomp met wko

Koelmachine

Afgifte warmte/koude

Vloerverwarming

Vloerverwarming

Vloerverwarming

Vloerverwarming

Toelichting op de gedefinieerde pakketten • Om een eerlijke vergelijking te krijgen tussen de concepten, is concept 2: basis met koeling, als referentie gebruikt. • Ten opzichte van concept 2, zorgt de warmtepomp met wko voor een EPC-verlaging van 29% en concept 4 voor een EPC-verlaging van 17%. • De warmtepomp met warmte-/koudeopslag beantwoordt aan de gewenste EPC-verlaging van 20%.

6

11712hp202nv

Conceptenstudie

4.1

Economisch vergelijk

4.1.1 Investering tabel 4.2

Voorontwerpraming investering per pakket

Raming investering

1

Basis

2

Basis + koeling

3

Warmtepomp + wko

4

TNO-toevoer + warmtepomp

Werktuigbouwkundige installatie

€

1.453.800,-

1.757.800,-

1.936.300,-

1.823.900,-

Elektrotechnische installatie

€

890.700,-

890.700,-

890.700,-

890.700,-

Bouwkundige kosten

€

P.M.

P.M.

P.M.

P.M.

Meerkosten inducerend plafond

€

-

-

-

P.M.

Subtotaal

€

2.344.500,-

2.648.500,-

2.827.000,-

2.714.600,-

Onvoorzien (15%)

€

351.700,-

397.300,-

424.100,-

407.200,-

Totaal

€

2.696.200,-

3.045.800,-

3.251.100,-

3.121.800,-

Meerinvestering

€

205.300,-

76.000,-

Totaal

€/m²

360,-

346,-

299,-

337,-

Toelichting op de voorontwerpraming • De bouwkundige kosten zijn niet meegenomen in de raming. • De meerinvestering is ten opzichte van concept 2, basis met koeling. • De meerkosten voor het inducerend plafond dat noodzakelijk is bij concept 4, zijn niet meegenomen. • Belangrijk is om de meerkosten voor het inducerend plafond bij concept 4, helder te hebben om conclusies te verbinden aan tabel 4.2. • Concept 3, warmtepomp + wko, vraagt de grootste investering. Dit dient echter integraal met de exploitatie beoordeeld te worden.

4.1.2 Exploitatie en ETVT De exploitatiekosten zijn gebaseerd op de volgende eenheidsprijzen. tabel 4.3

Eenheidsprijzen energie Concept 1 en 2

Concept 3 en 4

Aardgas

€/m³

0,42

0,60

Elektriciteit

€/kWh

0,09

0,09

De eenheidsprijzen zijn gebaseerd op de jaarlijkse afname. Hoe groter de afnamehoeveelheid, hoe lager de eenheidsprijs. In de onderstaande tabel zijn de exploitatielasten per concept aangegeven.

11712hp202nv

7

Conceptenstudie

tabel 4.4

Exploitatielasten 1

Basis

2

Basis + koeling

3

Warmtepomp + wko

4

TNO-toevoer met warmtepomp retourlucht

Aardgas

€/jaar

33.500,-

36.400,-

5.100,-

6.100,-

Elektriciteit

€/jaar

19.700,-

29.800,-

35.700,-

47.100,-

Onderhoudskosten

€/jaar

2.600,-

6.800,-

12.400,-

10.100,-

Totale exploitatie

€/jaar

55.800,-

73.000,-

53.200,-

63.300,-

Besparing ten opzichte van basis + koeling

€/jaar

19.800,-

9.700,-

ETVT

Jaar

10

8

Toelichting op de exploitatielasten • De terugverdientijd is eenvoudig. Dit wil zeggen dat de stijging van energiekosten, het verdisconteren van de jaarlijkse cashflow, de kapitaalslasten en de eventuele herinvesteringen niet meegenomen zijn. • Bij het berekenen van de terugverdientijd van concept 4 is geen rekening gehouden met de meerinvestering voor het inducerend plafond. • De exploitatielasten bij concept 3 zijn het laagst. De terugverdientijd is echter hoger dan bij concept 4. De lagere exploitatielasten zijn een blijvend voordeel ten opzichte van concept 4.

4.2

Duurzaamheid

4.2.1 Energiegebruik en CO2-emissie In onderstaande figuur is het primaire energieverbruik per concept gevisualiseerd.

Primair energieverbruik 7.000 6.000 5.000

verlichting

GJ/jaar

koeling 4.000

pompen tapwaterverwarming

3.000

ventilatoren ruimteverwarming

2.000 1.000 0 1.Basis

figuur 4.1

8

2.Basis + koeling

3.WP + WKO

4.TNO + Wpretourlucht

Primair energieverbruik

11712hp202nv

Conceptenstudie

Gelieerd aan het primaire energieverbruik is de CO2-emissie. Deze is in figuur 4.2 weergegeven.

CO2 emissie 400 350

uitstoot ton CO2/jaar

300 250 200 150 100 50 0 1.Basis

2.Basis + koeling

Aardgas

figuur 4.2

3.WP + WKO

4.TNO + Wpretourlucht

Elektriciteit

CO2-emissie per concept

Toelichting op het primaire energieverbruik • Het basisconcept met koeling heeft het hoogste primaire energiegebruik door de conventionele manier van warmte- en koudeopwekking. Ten opzichte van het basisconcept is dit te verklaren door het extra energiegebruik door koeling. • De keuze voor concept 3, warmtepomp met wko, geeft de laagste benodigde primaire energie. Overeenkomstig paragraaf 4.1 zijn de exploitatielasten bij dit concept het laagst. Concept 3 is dan ook de duurzaamste keuze. Ing. H. van Prooijen

11712hp202nv

9

NOTITIE. 1 Inleiding. 2 Bouwkundige maatregelen

Recommend Documents