T h e r m i s ch e i n e r t i e i n l i ch t e c o n s t ru c t i e s. vrijdag 16 mei

Thermische inertie in lichte constructies vrijdag 16 mei 2014

Arch. Piet Kerckhof

1


Agenda : 0. Inleiding : Omkadering ? 1.

Thermische energie-opslag.

2. Nieuwbouw in Vlaanderen. 3. Case-study. 4. Conclusie.

Arch. Piet Kerckhof

2


1. Koolstof dioxide cyclus

Biosfeer Atmosfeer Uitwisseling

50.000 x 10 9 ton 800 x 10 9 ton 204 x 10 9 ton

Menselijke tussenkomst Extra per jaar

20 x 10 9 ton

Arch. Piet Kerckhof

3


1. Koolstof dioxide uitstoot Referentiejaar Kyoto

Arch. Piet Kerckhof

4


1. Koolstof dioxide uitstoot

Arch. Piet Kerckhof

5


1. Koolstof dioxide uitstoot Mary Maersk (grootste containerschip) Afmetingen (L x B) Laadcapaciteit Draagvermogen

399 m x 58 m 18.270 TEU 196.000 TON

CO2 uitstoot (jaar 1990) (Gewicht bij 0°C en 1 bar = ± 2 kg/m³)

= 20.000 x 10 9 kg = 333 x 10 9 TEU (20’ containers) = 18,23 x 10 6 schepen

1 containerschip per 2 seconden (in jaar 1990) Arch. Piet Kerckhof

6


1. Kyoto – protocol

(anno 1990)

CO² uitstoot Jaar 1990 Jaar 2013

20 miljard ton 36 miljard ton

Volgens Global Carbon Project Tyndall Centre for Climate Change Research aan Univ. East Anglia,GB

Kyoto protocol : Tegen 2020 : Broeikasgassen (CO², CH4, N2O, CFK, PFK en SF6) --- 5,2% lager dan 1990. Vanaf 2014 (36 miljard ton) tot 2020 (18,96 miljard ton)

Nog 6 jaar om uitstoot te halveren ! Arch. Piet Kerckhof

7


Agenda : 0. Inleiding : Omkadering ? 1.

Thermische energie-opslag.

2. Nieuwbouw in Vlaanderen. 3. Case-study. 4. Conclusie.

Arch. Piet Kerckhof

8


1. THERMISCHE ENERGIE-OPSLAG 1.1. Inleiding Sinds industriële revolutie : stijgende comforteisen  grotere energie-vraag. De energie-vraag = warmte of koelte. - voedsel / drank bewaren in koelkast (diepvriezer), - warm water voor sanitaire toepassingen (douche, lavabo, keuken, …) - verwarming / koeling van gebouwen, - verwarming / koeling bij industriële processen, -… De opwekking van energie : - electriciteit - fossiele brandstof - alternatieve energie -…

Arch. Piet Kerckhof

9


1. THERMISCHE ENERGIE-OPSLAG 1.1. Inleiding Systemen voor thermische energie-opslag : Voorbeelden : - warm water boiler, - betonnen draagstructuur bij grote gebouwen, - betonkernactivering, - metselwerk bij woningbouw, - aquifers - geothermie, -… Betere energie- en kostenefficiëntie. + overbruggen van tijd tussen aanbod en vraag, + koppelen lager vermogen bij aanbod aan hoger vermogen bij vraag, + combinatie van hernieuwbare en fossiele energiebronnen bij aanbod, +… Arch. Piet Kerckhof

10


11

1. THERMISCHE ENERGIE-OPSLAG 1.2. Thermodynamica van materiaal 1. 2. 3. 4. 5.

opwarmen ijs smelten ijs opwarmen water verdampen water opwarmen stoom

(VAST) (VAST  VLOEIBAAR) (VLOEIBAAR) (VLOEIBAAR  GAS) (GAS)

Voelbare warmte : toegevoegde energie creëert temperatuursstijging. Latente warmte : toegevoegde energie creëert fazeverandering. Latente warmte : toegevoegde energie creëert fazeverandering.

860 kJ (-100°C tot 200°C) 330 kJ (

0°C)

2.230 kJ ( 100°C)

Arch. Piet Kerckhof


1. THERMISCHE ENERGIE-OPSLAG 1.3. Applicaties voor latente thermische energie-opslag

(vast  vloeibaar)

Temperatuur-stabilisator : = beheersing van ruimte-temperatuur. De opslag / afgifte leidt niet tot een betekenisvolle temperatuursverandering. Warmte / koelte buffering : = opslag van warmte / koelte met een hoge opslagdensiteit, binnen een klein temperatuursbereik.

Arch. Piet Kerckhof

12


De Heer Jan Diriken (VITO)

Arch. Piet Kerckhof

13


Agenda : 0. Inleiding : Omkadering ? 1. Thermische energie-opslag. 2. Nieuwbouw in Vlaanderen. 3. Case-study. 4. Conclusie.

Arch. Piet Kerckhof

14


2. NIEUWBOUW IN VLAANDEREN 2.1. Inleiding Huidige toestand : A. Publieke + industriële gebouwen Meerdere decennia evolutie naar metaalof betonskelet met gevel sandwichpanelen (glas architectuur)

B. Residentieel - Traditioneel : spouwmuur met gevelsteen in metselwerk, betonnen gewelven en vloeren, houten dakconstructie, … - Lichte constructie : houtskeletbouw, houtmassiefbouw, staal skeletbouw, paalen balkenstructuur, …

Arch. Piet Kerckhof

15


2. NIEUWBOUW IN VLAANDEREN 2.2. Definitie volgens EPB-regelgeving Massief = 100 kg/m² tot aan - Luchtspouw - thermische laag (<0,20W/mK)

A. Zwaar Heel weinig (zoniet geen) gebouwen hebben een zware constructie

B. Matig tot halfzwaar Traditionele woning

C. Licht Alle lichte constructies

Arch. Piet Kerckhof

16


2. NIEUWBOUW IN VLAANDEREN 2.3. Lichte constructies Voordelen + + + + + + + +

Sterke reductie van materiaalgebruik Lager totaal gewicht ( m.b.t. stabiliteit) Betere en efficiëntere isolatie-mogelijkheden (eenvoudige isolatietechnieken) Snelle en droge bouwmethode Dunnere constructie dikte Gemakkelijker luchtdicht te maken Eenvoudigere bouwknopen …

Nadelen – – – –

Zeer lage inertie Slecht zomercomfort door verhoogd risico op oververhitting Toenemend belang van technieken …

Arch. Piet Kerckhof

17



Arch. Piet Kerckhof

18


19

3. CASE-STUDIE 3.1. Omschrijving behandeld project Vrijstaande woning met eenvoudige geometrie (6,50m x 9,00m x 6,00m) - Compactheid 1,16 m - Bruto-vloeroppervlak 117,00 m² - Beschermd volume 351,00 m³ - Totaal verliesoppervlak 297,58 m² Utot = 0,31 W/m²K • • • •

Vloer : 58,50 m² Buitenmuur : 155,41 m² Plat dak : 58,50 m² Ramen / deur : 25,17 m²

(Uvloer (Umuur (Udak (Uschrijnw.

0,22 W/m²K) 0,17 W/m²K) 0,13 W/m²K) 1,76 W/m²K)

K-29 Arch. Piet Kerckhof


3. CASE-STUDIE 3.2. Berekeningsmethode : 4 constructietypes

Arch. Piet Kerckhof

20


3. CASE-STUDIE 3.2. Berekeningsmethode : 4 constructietypes E-peil met EPB-software : 8 stappen 1.

Standaard : - luchtdichtheid bij ontstentenis (= 12,0 m³/m²h), - ventilatie type A, - verwarming en sanitair op condenserende gasketel, met afgifte via vloerverwarming.

2.

Verbeterde luchtdichtheid : - luchtdichtheid = 1,50 m³/m²h.

3.

Balansventilatie : - Ventilatiesysteem type D, debieten in balans, met WTW.

4.

Alternatieve energiebron : - Gekoppeld aan een buffervat en condenserende gasketel een zonne-collector van 10,00m².

Arch. Piet Kerckhof

21


22

3. CASE-STUDIE 3.2. Berekeningsmethode : 4 constructietypes Inertie in EXCEL – tabel o.b.v. meetstaat : 2 stappen 1.

Volgens opdeling van constructietypes in EPB-software : De totale warmteopslagcoëfficiënt per wandtype volgens de twee criteria : - Alle wanddelen tot aan een luchtspouw of - Alle wanddelen tot aan een isolatielaag met U < 0,20W/m²K

2.

Tot een diepte van 5cm : Gezien de lage warmtetransmissiecoëfficiënt slechts berekend tot max. 5cm diepte. De coëfficiënt is hier merkelijk lager bij alle constructietypes.

3.

HSK concept met PCM’s : Aanname bij gebruik van een PCM : - Risico bij oververhitting = +/-25°C  warmtecapaciteit =330 kJ/m² bij 25°C (fazeverschuiving) - Alle muren en plafonds met PCM

Arch. Piet Kerckhof


23

3. CASE-STUDIE 3.4. Resultaten : 4-stappenplan vlg. EPB op Trad. (Lichte constructie scoort 5 à 6 E-punten slechter) Karakteristiek jaarlijks primair energieverbruik OMSCHRIJVING

E68

E54

E41

E31

E29

E26

E23

E22

Stappenplan

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

TOTAAL VERBRUIK (MJ / jaar)

58.307

46.410

35.360

26.748

23.664

21.544

19.335

17.962

CO2 - emissie (kg / jaar obv gas)

3.265

2.599

1.980

1.498

1.325

1.206

1.083

1.006

443.133

352.716

268.736

203.285

179.846

163.734

146.946

136.511

Verwarming

45.269

33.410

18.209

15.462

13.409

11.771

10.064

8.970

Sanitair tapwater

10.288

10.288

10.288

4.423

3.392

2.910

2.408

2.129

Koeling

1.644

1.606

1.606

1.606

1.606

1.606

1.606

1.606

Hulpenergie

1.106

1.106

5.257

5.257

5.257

5.257

5.257

5.257

46.913

35.016

19.815

17.068

15.015

13.377

11.670

10.576

-

-

-

5.865

6.896

7.378

7.880

8.159

Eco-indicator (mPt / jaar obv gas)

Resterende vraag (koeling + CV) (niet uit renewables)

TOTALE BESPARING

Arch. Piet Kerckhof


24

3. CASE-STUDIE 3.3. Resultaten : berekening inertie van 4 constructietypes Inertie tot 5cm diep [MJ/K]

Inertie volledig volgens EPB [MJ/K] 100

100

90

90

80

80

70

70

60

60

50

50

40

40

30

30

20 10 0 TRAD

(1)

TRAD +

(2) crepie

HSK

(3)

HSK concept + (4) PCM's

tussenvloer binnenmuur plat dak buitenmuur vloer

20 10 0 TRAD

(1)

TRAD +

(2)

crepie

HSK

(3)

HSK concept

(4)

+ PCM's

Arch. Piet Kerckhof



Arch. Piet Kerckhof

25


4.

CONCLUSIE 4.1. PCM als temperatuur-stabilisator A. Lichte constructies en inertie voor beheersing zomercomfort = MOGELIJK Keuze van PCM i.f.v. smelttemp. (23°C-26°C) en berekening vermogen is zeer belangrijk B. Wintercomfort : geen last van inertie, enkel lucht te verwarmen Verwarmen lucht (= 351 m³ * 0,916 kJ/m³K) : Verwarmen constructie (= effect van inertie) - Traditioneel : - Houtskelet : - HSK concept :

0,3 MJ/K 88.670,0 MJ/K 15.770,0 MJ/K 15.770,0 MJ/K

(32.514,0 MJ/K) ( 9.222,0 MJ/K) ( 9.222,0 MJ/K)

(PCM’s worden niet opgeladen, want binnentemp. < 23°C)

C. Gebouw als dynamisch object, Permanent veranderende factoren beïnvloeden het gebouw. (Buitenklimaat, bezonning, gebruikspatroon van bewoners, …)

NOOD AAN EEN DYNAMISCHE EPB-SOFTWARE !!!!! Arch. Piet Kerckhof

26


Architect Piet Kerckhof Aché Ligno Architecten bvba

Oostmolenstraat, 26 --- 9880 Aalter Email : Website :

[email protected] www.bouwenmethout.be

“Op weg naar een nulenergiewoning” Blog : lignoarchitecten.wordpress.com

Arch. Piet Kerckhof

27

T h e r m i s ch e i n e r t i e i n l i ch t e c o n s t ru c t i e s. vrijdag 16 mei

Recommend Documents