KHK Studiedag Is investeren in energie-efficiëntie rendabel? Geel, 19 april 2007
Technisch-economische analyse van de rendabiliteit van energiebesparende investeringen
ir.-arch Griet Verbeeck Departement Architectuur en Beeldende Kunst, PHL
KHK Studiedag
19 april 2007
Inhoud 1. Algemeen kader 2. Logica van energiebesparing 3. Methodologie 4. Enkele resultaten 5. Besluiten
KHK Studiedag
19 april 2007
1
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Algemeen
Doel = comfortabele leef/werkomgeving:
Middelen:
Gebouwniveau Ontwerp / concept
Comfortabel binnenklimaat
Planschikking/oriëntatie Materiaalgebruik Installaties Verlichting Elektrische apparatuur
Thermisch comfort Binnenluchtkwaliteit Visueel comfort / daglicht Akoestisch comfort
Functioneel gebouw
Uitvoering Gebruik van het gebouw Energiegebruik Watergebruik …
Stedenbouwkundig niveau KHK Studiedag
Algemeen
Logica energiebesparing
19 april 2007
Methodologie
Resultaten
Besluit
Algemeen
Energieverbruik in gebouwen • onderscheid tussen eindenergie en primaire energie
↓
↓
Niveau gebruiker
Niveau land
• omrekening naar primaire energie: maakt vergelijking tussen energiedragers mogelijk • gebouwen verantwoordelijk voor 40% van het jaarlijks primair energieverbruik in België • op individueel niveau: geen prioriteit • op maatschappelijk niveau • milieugevolgen van het gebruik van fossiele energie • maar beperkte substitutie mogelijk door duurzame energie
→ beperkt vervangingspercentage → rationeel energieverbruik KHK Studiedag
19 april 2007
2
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Algemeen
Residentieel
Niet residentieel
↔
Woningen:
Kantoren, scholen, ziekenhuizen,…:
• warmtebehoefte in winter
• sterk verschillende comforteisen
• beperkte koelbehoefte in zomer
• sterk variërende functiegebonden interne winsten • geen eensluidend advies mogelijk • niet residentieel hier hoofdzakelijk beperkt tot kantoren • gedachtengang kan uitgebreid worden naar gebouwen met andere functies
Woningen =
Niet-residentiële gebouwen =
gevel-bepaald energiesysteem
gebruikers-bepaald energiesysteem
KHK Studiedag
Algemeen
19 april 2007
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Algemeen
Prestatie-eisen voor gebouwen Niet-residentiële gebouwen:
Prestatie-eisen
Woningen
Niet-residentiële gebouwen
• comfort grote invloed op productiviteit
Wintercomfort
X
x
• energiekost << gebouwkosten << bedrijfskosten
Zomercomfort
x
X
• prestige en imago
Luchtkwaliteit
x
X
Licht / visueel comfort
x
X
Woningen:
Akoestisch comfort
x
X
• comfortgrenzen ruimer
Warm water
X
(x)
Energieverbruik apparatuur/toestellen
x
X
Energieverbruik verlichting
x
X
• gebouweigenaar ↔ gebruiker
• gebouweigenaar ↔ gebruiker
KHK Studiedag
19 april 2007
3
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Algemeen
Tijdsperspectief = levenscyclus van het gebouw: ontwerpfase
constructiefase
gebruiksfase
eindfase
onderhoud / herstel / renovatie productiefase productiefase
productiefase
Randvoorwaarden voor comfortabele leef/werkomgeving:
Tijd
1. Beperkt kader: energie-efficiëntie tijdens gebruik 2. Ruimer kader: duurzaamheid over hele levenscyclus
KHK Studiedag
Algemeen
19 april 2007
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Logica energiebesparing
Uitgangspunt: totale energieprestatie van het gebouw wordt in rekening gebracht
Aanpak 1.
Netto energiebehoeften minimaliseren
2.
Installaties voor verwarming optimaliseren koeling ventilatie luchtbehandeling
KHK Studiedag
19 april 2007
4
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Logica energiebesparing
Netto energiebehoeften: invloedsparameters Warmteverliezen
Eindenergieverbruik
Warmtewinsten
+ installaties: - productie
Compactheid C=V/A Planschikking
Planschikking
Beglazing
Beglazing
- systeem
(aard, grootte, oriëntatie en helling)
Zonwering Warmte-isolatie
Warmte-isolatie Warmte-opslag
Luchtdichtheid en Ventilatie Gebruikers Apparatuur/Machines Verlichting woningen
kantoren KHK Studiedag
Algemeen
Logica energiebesparing
19 april 2007
Methodologie
Resultaten
Besluit
Methodologie
Basis van de resultaten • •
studies over rendabiliteit van energiezuinige maatregelen voor woningen (Vlaanderen en Brussel) en kantoren (Brussel) studie over ontwikkeling van extreem lage energiewoningen
Aanpak 1.
statistische analyse van bestaande gebouwenpark en nieuwbouwactiviteit
2.
keuze van referentiegebouwen voor nieuwbouw en renovatie
3.
impact van energiebesparende maatregelen 1.
bouwkundig
2.
verwarmingsinstallatie
KHK Studiedag
19 april 2007
5
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Life cycle optimization of extremely low energy dwellings Methodologie
Besluit
Bouwkundige ingrepen woningen
kantoren
• Isolatie per schildeel
• Isolatie per schildeel
Daken, gevels, vloeren
Daken, gevels, vloeren
• Beglazing
• Beglazing
U = 5.7 tot 0.4 W/m²K
U = 5.7 tot 0.8 W/m²K
g = 0.76 tot 0.21
g = 0.76 tot 0.3 Actieve gevels in beperkte mate
• Glasoppervlakte
• Raamprofielen
• Raamprofielen
U = 4.8 tot 0.65 W/m²K
U = 4.8 tot 0.65 W/m²K
• Zonwering
• Zonwering
Manuele en automatische bediening
Manuele bediening
• Luchtdichtheid
• Luchtdichtheid
BAU, n50 = 3/h of 1/h
Bussiness as usual (SENVIVV), n50 = 3/h, 1/h of 0.6/h
KHK Studiedag
Algemeen
Logica energiebesparing
19 april 2007
Methodologie
Resultaten
Life cycle optimization of extremely low energy dwellings Methodologie
Besluit
Installatietechnische ingrepen woningen
kantoren
• Zinvolle combinaties van • Warmteproductie
• Zinvolle combinaties van • Warmteproductie
HR- en cond.ketel (gas/olie), WP (en WKK)
HR- en cond.ketel (gas), WP (en WKK)
• Warmte-afgifte
• Warmte-afgifte
HT- en LT-radiatoren en vloerverwarming
Luchtverwarming, ventilo-convectoren, radiatoren en vloerverwarming
• Regeling
• Regeling
Watertemperatuur en kamertemperatuur
Watertemperatuur en kamertemperatuur
• Sanitair ww productie
• Koelingsystemen Luchtkoeling, koelbalken, koelplafonds, reversibele WP
• Ventilatie
• Ventilatie (meer uitgebreid)
Natuurlijk, Afzuigventilatie
Natuurlijke ventilatie, Afzuigventilatie
Mech. ventilatie met of zonder recuperatie
Mech. ventilatie met of zonder recuperatie
• Alternatieve energie
• Verlichting
Zonnecollectoren voor sww
lampen en regeling
PV-modules KHK Studiedag
19 april 2007
6
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Resultaten
Besluit
Methodologie
Beoordelingscriteria (1):
Energie en emissies
Levenscyclusinventaris • Totaal primair energieverbruik : = primair energieverbruik tijdens gebruiksfase (30 jaar) + ingebouwd primair energieverbruik (t.o.v referentie)
• Totale CO2-emissies of global warming potential GWP : = CO2-emissies tijdens gebruiksfase (30 jaar) + ingebouwde CO2-emissies (t.o.v. referentie)
• Referentie nieuwbouw: niet geïsoleerde toestand renovatie: bestaande toestand, meestal niet geïsoleerd
KHK Studiedag
Algemeen
Logica energiebesparing
19 april 2007
Methodologie
Methodologie
Beoordelingscriteria (2):
Micro-economisch
Totale actuele kosten (TAK)
TAK = I 0 +
I (1 + rI ) j n K E (1 + rE ) i n K M (1 + rM ) i +∑ +∑ j (1 + a ) i (1 + a ) i j = x , y , z (1 + a ) i =1 i =1
∑
= begininvestering + herinvestering + energiekosten + onderhoudskosten geactualiseerd over 30 jaar
Netto contante waarde (NCW)
NCW = [− I 0 −
n I (1 + rI ) j n K M (1 + rM ) i ∆K E (1 + rE )i −∑ ]+ ∑ j i (1 + a ) (1 + a) i j = x , y , z (1 + a ) i =1 i =1
∑
> 0 → rendabel
→ economisch optimum: minimale TAK of maximale NCW over 30 jaar
KHK Studiedag
19 april 2007
7
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Methodologie
Energieprijzen: o.b.v. informatie Federaal ministerie Economie Aardgas
Stookolie
Tarief B, veralgemeende verwarming
Elektriciteit Tweevoudig dagtarief
Tweevoudig nachttarief
Uitsluitend nachttarief
Proportioneel [c€/kWh] Vast [€/jaar]
3 energiescenario’s o.b.v. informatie Mineco en Planbureau: • aardgas en elektriciteit:
+0% (laag) +2.1% (midden) +4.3% (hoog)
• stookolie:
+0% (laag) +1.9% (midden) +3.2% (hoog)
KHK Studiedag
Algemeen
Logica energiebesparing
19 april 2007
Methodologie
Resultaten
Besluit
Methodologie
Wisselwerking tussen energie en economie
100000 80000 60000 40000
Netto contante waarde
20000 0
60000 0
20000
40000
60000
80000
totaal primair energieverbruik [kWh] alle combinaties
trade-off
Totale actuele kosten
referentie
netto contante waarde [€]
totale actuele kosten [€]
120000
100000
40000 20000 0 -20000 -40000 -60000 -80000 -100000 -120000
800
1800
2800
3800
4800
5800
totaal primair energiegebruik [GJ] alle resultaten trade-off referentie KHK Studiedag
19 april 2007
8
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Resultaten
Wisselwerking tussen energie en economie Laag energiescenario Optima voor TAK vs. totaal primair energieverbruik rijwoning met gebruiksperiode 30 jaar 310000
totaal actuele kosten [€]
290000 270000 250000 230000 210000
E53 (cond)
(cond+wtw) E43
190000
E43 170000
(wp)
150000 800
K30/E63 K25/E55 1300
1800
2300
2800
3300
3800
4300
primair energieverbruik [GJ] isolatie
ref
+installatie
KHK Studiedag
Algemeen
+vent+wtw
19 april 2007
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Resultaten
Wisselwerking tussen energie en economie Hoog energiescenario
Optima voor TAK vs. totaal primair energieverbruik rijwoning met gebruiksperiode 30 jaar 320000
totaal actuele kosten [€]
300000 280000 260000 240000
E43 (cond+wtw)
220000 (wp+wtw) E34
200000 800
K30/E63 E43 1300 (wp)
1800
K25/E55 ref
2300
2800
3300
3800
4300
primair energieverbruik [GJ] isolatie
+install
KHK Studiedag
+vent+wtw
+wkk
19 april 2007
9
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Resultaten
Hiërarchie van maatregelen 1. Economisch optimum = hoogste netto contante waarde bij alle energiescenario’s en alle discontovoeten: • economisch optimaal isolatiepeil = K25 – 27 bij C = 1.5-2 m (K20 bij C < 1m) • HR- of condensatieketel + HT-radiatoren in combinatie met variabele watertemperatuur • natuurlijk ventilatiesysteem met aandacht voor luchtdichtheid → E57 ± 6 voor meeste woningen = daling vh jaarlijks primair energiegebruik met 66 ± 6% t.o.v. referentie 43 ± 6% t.o.v. E100
2. Net nog economisch rendabele oplossingen (netto contante waarde ≈ 0, afh van energiescenario): • laag scenario: + mech.ventilatie met wtw of lucht/water WP ipv ketel • hoog scenario: K20 + lucht/water WP + vloerverwarming + mech.ventilatie met wtw
3. Verdere energiebesparende stappen, maar niet meer economisch rendabel: • zeer laag isolatiepeil (< K20) • grond/water WP • WKK • alternatieve energie (zonnecollectoren, PV-systemen) KHK Studiedag
Algemeen
19 april 2007
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Resultaten
Enkele conclusies: productiesysteem Pareto optima, geordend per productiesysteem 60000
Vrijstaande woning, gebruiksperiode = 30 jaar, laag energiescenario
netto contante waarde [€]
40000 20000 0 -20000 high efficiency boiler
-40000
condensing boiler air-water heat pump
-60000
soil-water heat pump -80000 -100000 800
cogeneration heat and power
1300
1800
2300
2800
totaal primair energiegebruik [GJ]
KHK Studiedag
19 april 2007
10
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Resultaten
Investering versus energiebesparing Initiële meerinvestering vs. jaarlijkse energiekost spouwmuur, gebruiksperiode 30 jaar
initiële meerinvestering [€]
90000 80000
Referentie rijwoning:
70000
• nt geïsoleerde spouwmuur + gewoon dubbel glas (U=2.8W/m²K)
60000
• jaarlijks verbruik:
50000
100 634 MJ/jr fossiel
40000
380 kWh/jr elek
30000
= 119 695 MJ/jr primaire energie
20000
• K107 / E146
10000 0 200 -10000
• energiekost ≈ 1600 €/jaar 300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
jaarlijkse energiekost [€]
totaal
bwk
inst
KHK Studiedag
Algemeen
Logica energiebesparing
19 april 2007
Methodologie
Resultaten
Besluit
Resultaten
Ingebouwde niet-hernieuwbare energie Energieterugverdientijd Hoekwoning, maatregelen op gebouwschil en installaties 350
extra ingebouwde energie [GJ]
300
EPBT = 1 jaar EPBT = 2 jaar
250
alle resultaten optima
200 150 100 50 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
jaarlijkse besparing aan primaire energie [GJ]
KHK Studiedag
19 april 2007
11
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Besluit
Woningen •
Strategie is afhankelijk van drijfveer (investering, economisch, ecologisch) en beschikbaar budget.
•
Juiste volgorde respecteren en juiste prioriteiten stellen!
Nieuwbouw
Renovatie
•
Dakisolatie
•
Gevel en vloerisolatie
•
Betere beglazing
•
Betere verwarmingsinstallatie
•
Ventilatiesysteem met wtw
•
Alternatieve energie
•
Dakisolatie (en vloerisolatie bij makkelijk bereikbare vloeren)
•
Betere beglazing
•
Betere verwarmingsinstallatie
•
Ventilatiesysteem met wtw
•
Alternatieve energie
•
HT-radiatoren ↔ LT-radiatoren: systeem op HT i.c.m. buitenvoeler (d.w.z. variabele watertemp.) zal in praktijk grootste deel van het stookseizoen werken als LT-systeem, zonder de meerinvestering van een LT-systeem
•
Mech.vent + wtw ↔ nat.ventilatie: energiewinst door wtw enkel mogelijk mits voldoende luchtdichtheid en respecteren van balanssysteem → aanpassen van ventilatiegedrag noodzakelijk! KHK Studiedag
Algemeen
19 april 2007
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Resultaten
Resultaten kantoren Initiële meerinvestering 7 000 000
Referentie nieuwbouwkantoor: 6 000 000
• ca. 15000m² vloeroppervlakte, 8 verdiepingen, open bebouwing
Initiële meerkost [€]
5 000 000
• landschapskantoor • verlichting: ca. 15 W/m²
4 000 000
• verwarming via HR-gasketel 3 000 000
• koeling via ventilo-convectoren 2 000 000
• jaarlijks verbruik ≈ 9600 GJ/jr primaire energie
1 000 000
• K40 / E123 0 -1 000 000 150 000
200 000
250 000
300 000
350 000
400 000
450 000
Primair energieverbruik [GJ] Resultaat
Referentie
Pareto 2
KHK Studiedag
Pareto 1
Ref: BIM – 3E
19 april 2007
12
70%
Regeling verlichting (E84)
Isolatiegraad K42 of WP (E69)
Stooklijnregelng (E87) LT-radiatoren (E73)
80%
Goede verlichting (E98)
Regeling verlichting (E75)
Condenserende ketel (E81)
Methodologie
Condenserende ketel (E93)
Logica energiebesparing
60%
Isolatiegraad K37 + LT-rad (E61) Isolatiegraad K30 (E80)
Algemeen
200%
Man. buitenzonwering (E50) Ventilatie met HR WTW (E52) Aquifer + koelplafonds (E61) Vaste buitenzonwering (E64)
Argumentenlijst nieuwbouw kantoren
180%
160%
140%
120%
100%
80%
60%
40%
20%
50% 90%
Goede verlichting (E95)
Referentie (E103)
Resultaten
Referentie (E123)
Resultaten
100%
2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 -100 110%
Ref: BIM – 3E
2 000 1 900
1 800 1 700 1 600 1 500 1 400 1 300 1 200
1 100 1 000 900 800 700
600 500 400 300 200
100 0 110%
Meerinvestering [€/m²]
Besluit
Besluit
Meerinvestering [€/m²]
40%
Referentie (E206)
Kantoor1
Referentie (E190)
Resultaten
100%
Ref: BIM – 3E
Resultaten
Verwarming en ventilatie (E154)
Kantoor2
90%
Kantoor4
Cond. Ketel (E147)
19 april 2007
Cond ketel + ventilatie (E165)
Kantoor1
80%
Kantoor3
Lucht/lucht warmtepomp (E156)
Methodologie
70%
Kantoor4
19 april 2007
Verwarming en verlichting (E114)
KHK Studiedag
Cond. Ketel + verlichting (E123)
Referentie
60%
Regeling verlichting (E115)
PV (E41)
Water/water WP (E67)
Totaal primair energieverbruik - index
50%
KHK Studiedag
Referentie
Totaal primair energieverbruik - index
Water/water warmtepomp (E98) Zonwerende beglazing(E88)
Water/water WP (E38)
Isolatiegraad K29 + PV (E49) Ventilatie met HR WTW (E51)
Kantoor2
Verlichting met regeling (E70)
Isolatiegraad K30 (E36)
Logica energiebesparing
Kantoor3
40%
Isolatiegraad K31 (E74)
Isolatiegraad K59 (E84)
Totale actuele kost - index 0% 30%
30%
Aquifer + cond. ketel (E62)
WP + LT_radiatoren (E57) Ventilatie met HR WTW (E61)
Algemeen
350%
300%
250%
200%
150%
100%
50%
0%
-50%
-100% 20%
Isolatiegraad K25 (E50) PV (E52) Ventilatie met HR WTW (E54)
WP met vloerverwarming (E53) Isolatiegraad K39 (E55) PV (E52)
Argumentenlijst renovatie kantoren
Totale actuele kost - index
13
Algemeen
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Besluit
Prioriteitenlijst nieuwbouw kantoren
Ref: BIM – 3E
Meerinvestering [€/m²]
Resultaten voor kantoor 1 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
K55 / E103 REFERENTIE
K55/E80 - Halogeenspots vervangen door spaarlampen, condenserende ketel met radiatoren (met klokthermostaat, thermostatische kranen, frequentiesturing pompen en stooklijnregeling)
11
K37/E60 - Als hierboven, maar met lage temperatuurradiatoren Meer isolatie en zonwerende beglazing tot isolatiegraad van K40 Betere regeling van de verlichting door daglichtsturing en aanwezigheidsdetectie
50
K37/E52 - Als hierboven, maar met mechanische ventilatie met warmteterugwinning en frequentiegestuurde ventilatoren
95
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
Totale actuele kost [%]
Totale actuele kost
KHK Studiedag
Algemeen
Meerinvestering
19 april 2007
Logica energiebesparing
Methodologie
Resultaten
Besluit
Besluit
Prioriteitenlijst nieuwbouw kantoren
Ref: BIM – 3E
Meerinvestering [€/m²]
Resultaten voor kantoor 2
-40
-25
-10
5
20
35
50
65
80
95
110
K40/E123 REFERENTIE - reeds met zonwerend glas
K40/E98 - Vervangen van de halogeenverlichting door compacte fluorescentiespots
21-
K30/E70 - Verbetering isolatiegraad. Extra daglichtsturing en aanwezigheidsdetectie voor verlichting. Reversibele water/water warmtepomp met frequentiegestuurde pompen, ventiloconvectoren
2-
K30/E58 - Zelfde verlichtingsinstallatie als hierboven Aquifer voor de koeling in combinatie met koelplafonds. Verwarming door condenserende ketel met overgedimensioneerde radiatoren + thermostatische kranen. Vaste buitenzonnewering.
100
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
Totale actuele kost [%]
Totale actuele kost
KHK Studiedag
Meerinvestering
19 april 2007
14
