Afstudeerverslag Casper Janssen · zonnestraling, apparaten en personen. Voor dit onderzoek is er...

Afstudeerverslag Casper Janssen

Gevoeligheidsanalyse van energiestromen in

een woning

Auteur: Datum& Plaats: Casper Janssen 23 juni 2015 [email protected] Maastricht

Afstudeerverslag Casper Janssen

Gevoeligheidsanalyse van energiestromen in

een woning

Auteur: Casper Janssen [email protected] Datum & Plaats: 23 juni 2015 Maastricht Stageverlener: Huygen Ingenieurs & Adviseurs Parkweg 22B 6212 XN Maastricht +31 (0)88 032 22 22 Opdrachtgevers/begeleiders: Tjalle Fijlstra Adviseur Eric Willems Senior Adviseur Peter Op't Veld Senior Adviseur Onderwijsinstelling: Zuyd Hogeschool Nieuw Eyckholt 300 6419 DJ Heerlen +31 (0)45 400 60 60 Zendlijst: Tjalle Fijlstra [email protected] Eric Willems [email protected] Peter Op't Veld [email protected] Bart Muijters [email protected] Marc Dirix [email protected] Gabriel Taban [email protected]

Afstudeerverslag Casper Janssen iii

Voorwoord Voor het afronden van mijn opleiding werktuigbouwkunde, aan de Zuyd Hogeschool, heb ik een afstudeerstage gedaan. Ik heb ervoor gekozen deze in de richting installatie/energie techniek te volgen bij Huygen ingenieurs en adviseurs. Onder andere voor het monitoren van woningen is handig om te weten wat belangrijk is om te meten. Op die manier hoeft er minder apparatuur aangeschaft te worden en het verwerken van de gegevens kan sneller verlopen. Ik heb dit onderzoek uitgevoerd om er achter te komen welke factoren grote invloed hebben op de energiestromen. Door het uitvoeren van deze opdracht heb ik ook duidelijk gemaakt waar de grote energiesprongen te maken zijn bij renoveren. Bij het lezen van hoofdstuk 5 is het aan te raden om de tabellen uit bijlage 1 ernaast te leggen. De afbeeldingen maken de tekst duidelijker en beter te begrijpen. Verder wordt in het verslag veel gebruik gemaakt van de termen energiestromen en invloedsfactoren. De energiestromen zijn hier de infiltratie, interne warmtelast, etc. De invloedsfactoren zijn de factoren die de energiestromen benvloeden. Graag wil ik Tjalle Fijlstra en Eric Willems bedanken voor het begeleiden van mijn stage. Ook wil ik Peter op't Veld bedanken voor het mogelijk maken van mijn stage plek. Verder wens ik dhr. Taban beterschap toe en wil ik hem bedanken voor de begeleiding vanuit school. Ik wil Marc Dirix bedanken voor de verdere begeleiding vanuit school.

Afstudeerverslag Casper Janssen iv

Samenvatting Om er achter te komen of een renovatieproject of aanpassing in een huis het gewenste effect heeft op de energieprestatie, kan deze gemonitord worden. De vraag die dan altijd opkomt is, wat er wel en niet gemonitord dient te worden. Door slim te meten kan er met minder apparatuur dezelfde informatie worden verworven. Binnen Huygen loopt ook een project genaamd TRECO waarbij wordt gestreefd om het verschil tussen voorspeld (berekend) energieverbruik en werkelijk (gemeten) energieverbruik te verklaren en te beheersen. Als dit beheerst wordt, kan energie ingezet worden op de plek waar het de hoogste efficintie heeft. Verder kunnen energiesystemen geregeld en beheerst en de gebruikers interactief genformeerd worden over werkelijke prestaties. De aanpak van het project is een cyclus van voorspellen, monitoren, vergelijken en daarop handelen. Om meer inzicht te krijgen in het verschil tussen werkelijk en berekend energiegebruik zal er eerst gekeken moeten worden waar de grootste variatie zit. In dit onderzoek is er daarom gekeken naar de gevoeligheden van energiestromen in een woning. Naarmate steeds meer van de (grote) invloedsfactoren beheerst kunnen worden, zal de voorspelling nauwkeuriger worden. Verder kan de gevoeligheid in het stadium van vergelijken helpen bij het verklaren van verschillen. De hoofdvraag in dit onderzoek is daarom:

"Wat is de gevoeligheid van de energiestromen in een woning?"

Deze vraag is beantwoord door als eerste te bepalen welke energiestromen er voorkomen in een woning. Uit literatuuronderzoek, vooral uit NEN 7120 en ISSO publicatie 51, zijn zes energiestromen naar voren gekomen. Drie daarvan zorgen, mits het binnen warmer is dan buiten, voor afkoeling van de woning. Dit zijn: infiltratie, ventilatie, transmissie. De andere drie energiestromen zorgen voor een opwarming van de woning, te weten: zon-instraling, interne warmtelast en de verwarming. De energiestromen zijn weer afhankelijk van invloedsfactoren: buitentemperatuur, binnentemperatuur, luchtdruk, geveloppervlak, luchtdichtheid, isolatie, ventilatiedebiet, type ventilatie, zonwering, zonnestraling, apparaten en personen. Voor dit onderzoek is er een theoretische aanpak gekozen, door gebruik te maken van TRNSYS. TRNSYS is een sterk modulair simulatieprogramma waarin voornamelijk gebouwen en installaties gesimuleerd kunnen worden. In TRNSYS zijn twee referentiewoningen gemaakt, een vrijstaande woning en een tussenwoning. Deze liggen qua energieverbruik het verst uiteen n komen relatief het vaakst voor. Voor het bepalen van de instelling, denk aan ventilatievoud en interne warmtelast, is er voornamelijk gebruik gemaakt van de NEN 7120 en de ISSO publicatie 32. Deze woningen vormen de basis van het van het onderzoek. Om de gevoeligheid te bepalenis er gevarieerd met de instellingen in TRNSYS. Voor iedere invloedsfactor is er een reel minimum en maximumwaarde bepaald. Het verschil tussen de minimale en maximale waarde levert een bandbreedte op. Een invloedsfactor met een grote bandbreedte zal een grote invloed hebben op de energiestroom. Uit de resultaten van de gevoeligheidsanalyse blijkt het volgende. De infiltratie-energie wordt voornamelijk bepaald door de luchtdruk op de gevel en de luchtdichtheid van de gevel. De ventilatie-energie wordt, bij de balansventilatie, voornamelijk benvloed door de aanwezigheid van een wartmeterugwinnings-unit. Als deze niet aanwezig was door een ander type ventilatie zou het ventilatiedebiet bepalend zijn. De transmissie-energie wordt voor het overgrote deel benvloed door de isolatiewaarde van de woning. Voor de zon-instralingsenergie is de zonwering juist van zeer grote invloed. De verdeling van de interne warmtelast is ongeveer 25 tot 30% voor de personen en het andere deel is voor de apparaten en verlichting. De laatste energiestroom is de verwarmingsenergie. Deze is afhankelijk is van de andere invloedsfactoren, daarom zijn alle invloedsfactoren uitgezet ten opzicht van de verwarmingsenergie. Uit de gevoeligheidsanalyse blijkt dat de isolatiewaarde de grootste invloedheeft op de

Afstudeerverslag Casper Janssen v

verwarmingsenergie. De buitenluchttemperatuur en luchtdruk zijn de twee weersfactoren die een vrij grote invloed hebben. Verder is de luchtdichtheid en de aanwezigheid van een warmteterugwinnings-unit van redelijke invloed op de verwarmingsenergie. Voor het monitoren is het daarom van belang om de bouwkundige staat van de woning goed te kennen, denk hierbij dus aan isolatie, luchtdichtheid en type ventilatie. Factoren zoals het weer zijn niet te benvloeden. Omdat de buitentemperatuur en de plaatselijke luchtdruk grote invloed hebben, is het aan te raden deze ook te meten. Door meer factoren te beheersen, kan het verschil tussen het berekend en werkelijk energieverbruik steeds verder worden verkleind.

Afstudeerverslag Casper Janssen vi

Summary To find out whether renovation or alteration of a house will have the desired effect on energy consumption, monitor is required. The question that always arises is what to monitor. By measuring in a smart way, it's possible to obtain the same information using less equipment. Huygen is working on a project that strives to determine the difference between predicted energy consumption and real energy consumption, to explain the difference and control the real energy consumption. If the difference can be explained, it is possible to use energy where it is most efficient. Also energy systems can be better regulated and controlled. Finally users can be interactively informed about the current energy performance of the home. The approach of this project consists of a cycle of predicting, monitoring, comparing and acting accordingly. To better understand the difference between the predicted and real energy consumption, the parameter with the highest sensitivity has to be identified. For that reason this research investigates the sensitivities of various energy flows in a home. With that information it becomes clear which parameters that can be influenced are relevant and which are less important to know before monitoring. As more and more of the (major) parameters are known, the prediction will become more accurate. Furthermore, at the stage of comparing predicted and real energy consumption, the sensitivity of the energy flows can help explain some of the differences. The main question in this research is therefore:

What is the sensitivity of various energy flows in a home? This question is answered by first determining which energy flows occur in a home. From literature, especially from NEN and ISSO, six energy flows have been identified. The first group of three energy flows, will cool down the home if its warmer inside then outside: infiltration, ventilation and transmission. The second group of three energy flows effectively heat the building: solar radiation, internal heat and the heating. The energy flows are influenced by all kind of parameters: outside temperature, inside temperature, air pressure, facade surface area, air tightness of the building, insulation, ventilation system, shading, solar radiation, appliances and people. The approach of this research is of a theoretical nature using TRNSYS as simulation engine. TRNSYS is a highly modular simulation program mainly used for buildings and installations. Two buildings are available as a base reference, a row house and a detached house. These two house types are the quite dissimilar in terms of energy consumption and relatively common. To determine the baseline parameters for these houses the NEN 7120 and ISSO publication 32 are mainly used. The reference house will form the base of this research To determine the sensitivity, parameters in TRNSYS are varied. For each parameter a realistic worst-case and a realistic most favorable value is determined. Using the difference between the worst-case value and the most favorable value the sensitivity is determined for each of the parameters considered. An parameter with a large variation will have a large influence on the energy flow. The results of the sensitivity analysis show the following. The infiltration energy is mainly influenced by the air pressure and air tightness of the facade. Ventilation energy is mostly influenced by the presence of a heat recovery unit, if there is balanced ventilation. With another ventilation system the ventilation rate would be determinative. The transmission energy is influenced by the insulation for the biggest part. The type of blinds used in the house is the main influence parameter for the solar radiation energy. The division in internal heat exist mostly between 25 to 30% for person heat, the other part are lighting and appliances. Last energy flow is heating. Because heating also depends on the other energy flows and because heating energy is important for this research, the results are also plotted versus heating energy. The sensitivity analysis shows that the insulation has the highest impact on heating energy. The outside

Afstudeerverslag Casper Janssen vii

temperature and air pressure are the two biggest weather influences. The air tightness and the presence of a heat recovery unit have been found to be of reasonable influence on heating energy. For monitoring, it is therefore important to know the condition of the house well, think of insulation, air tightness and ventilation system. Of the parameters that cannot be controlled, it is advisable to measure the outside temperature and the local air pressure by measuring the air speed. As a result, the difference between the calculated and actual power consumption can be better understood and further reduced.

Afstudeerverslag Casper Janssen viii

Inhoudsopgave Voorwoord ............................................................................................................................................... iii

Samenvatting ........................................................................................................................................... iv

Summary ................................................................................................................................................. vi

Figuurlijst ................................................................................................................................................. ix

Tabellenlijst .............................................................................................................................................. ix

Begrippenlijst ............................................................................................................................................x

1 Inleiding ............................................................................................................................................ 1

2 Energiestromen ................................................................................................................................ 2

2.1 De energiestromen bepalen ....................................................................................................... 2

2.2 Infiltratie ...................................................................................................................................... 3

2.3 Ventilatie ..................................................................................................................................... 6

2.4 Transmissie ................................................................................................................................ 9

2.5 Zon-instraling ............................................................................................................................ 12

2.6 Interne warmtelast .................................................................................................................... 14

3 TRNSYS ......................................................................................................................................... 15

3.1 Wat is TRNSYS ........................................................................................................................ 15

3.2 TRNBuild en SketchUp ............................................................................................................. 16

3.3 Resultaten verzamelen ............................................................................................................. 17

4 De referentiewoningen ................................................................................................................... 19

4.1 Woning...................................................................................................................................... 19

4.2 Instellingen/uitgangspunten voor TRNSYS .............................................................................. 19

4.3 Output van TRNSYS ................................................................................................................ 20

5 Analyse gevoeligheid ..................................................................................................................... 22

5.1 Verschil tussenwoning en vrijstaande woning .......................................................................... 22

5.2 Variren van invloedsfactoren .................................................................................................. 22

5.3 Resultaten................................................................................................................................. 32

6 Conclusie ........................................................................................................................................ 37

7 Aanbevelingen ................................................................................................................................ 38

8 Bronnenlijst ..................................................................................................................................... 39

Bijlage 1 Overzichtstabel gevoeligheidsanalyse ................................................................................... 40

Bijlage 2 Resultaat gevoeligheidsanalyse absolute waarden ............................................................... 43

Bijlage 3 Waarden referentiewoningen ................................................................................................. 46

Bijlage 4 Instellingen referentiewoning .................................................................................................. 51

Bijlage 5 Verklaring voor ventilatie energie ........................................................................................... 74

Bijlage 6 Plan van aanpak ..................................................................................................................... 80

Bijlage 7 Reflectie/Competenties Casper Janssen ............................................................................... 94

Bijlage 8 Tussenbeoordeling Casper Janssen .................................................................................... 100

Afstudeerverslag Casper Janssen ix

Figuurlijst Figuur 1 energiestromen in een woning .................................................................................................. 2

Figuur 2 Thermische trek (bron: (MSc. Van Herpen, 2012)) ................................................................... 3

Figuur 3 Schematisch overzicht invloedsfactoren infiltratie .................................................................... 5

Figuur 4 Verschillende type ventilatie ...................................................................................................... 6

Figuur 5 Schematisch overzicht invloedsfactoren ventilatie .................................................................... 8

Figuur 6 Schematisch overzicht invloedsfactoren transmissie .............................................................. 11

Figuur 7 Overzicht zon-instraling door glasvlak (bron: http://www.semcoglas.com/nl/) ....................... 12

Figuur 8 Schematisch overzicht invloedsfactoren zon-instraling .......................................................... 13

Figuur 9 overzicht interne warmtelast posten. (Bron: www.educate-sustainability.eu) ......................... 14

Figuur 10 Schematisch overzicht invloedsfactoren internewarmtelast ................................................. 14

Figuur 11 Voorbeeld van een TRNSYS model ...................................................................................... 15

Figuur 12 Overzicht TRNBuild, voorbeeld van tussenwoning. .............................................................. 17

Figuur 13 Screenshot van simulatie, voorbeeld van tussenwoning. ..................................................... 18

Figuur 14 SketchUptussenwoning voor en achterzijde ......................................................................... 19

Figuur 15 TRNSYS overzicht van tussenwoning .................................................................................. 20

Figuur 16 energieverdeling van de vrijstaande woning en de tussenwoning ........................................ 22

Figuur 17 Typering van de patronen van temperatuursinstelling (tabel 2-3 (Ministierie van VROM,

2010)) .................................................................................................................................................... 24

Figuur 18 Energiebalans bij set-temperatuur 22C en 18C voor vrijstaande- en tussenwoning ......... 25

Figuur 19 grafiek van isolatiegraad vs. Energiebesparing. ................................................................... 27

Figuur 20 Resultaat van invloed op transmissie tussenwoning (l) en vrijstaande woning (r) ............... 33

Figuur 21 Resultaat van invloed op infiltratie tussenwoning (l) en vrijstaande woning (r) .................... 33

Figuur 22 Resultaat van invloed op ventilatie tussenwoning (l) en vrijstaande woning (r) ................... 34

Figuur 23 Resultaat van invloed op zon-instraling tussenwoning (l) en vrijstaande woning (r) ............ 34

Figuur 24 Resultaat van invloed op interne warmtelast tussenwoning (l) en vrijstaande woning (r) .... 35

Figuur 25 Resultaten van invloedsfactoren op verwarmingsenergie .................................................... 36

Tabellenlijst Tabel 1 Elektriciteitsverbruik bij verschillende ventilatie standen .......................................................... 29

Tabel 2 overzicht van zon straling in Nederland ................................................................................... 31

file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241739file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241741file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241742file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241744file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241746file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241752file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241756file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241757file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241758file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241759file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241760file:///C:\Users\Reken1\Desktop\Casper\School\Verslag\Afstudeerverslag%20Casper%20Janssen.docx%23_Toc422241761

Afstudeerverslag Casper Janssen x

Begrippenlijst Energiestroom = Dit zijn de infiltratie, ventilatie, transmissie, zon-instraling, interne warmtelast en verwarming.

Invloedsfactor = Dit zijn de factoren die de energiestromen benvloeden.

Q... = Alle termen waar een Q voor staat gaat het om energie.

T... = Bij de termen waar een T voor staat gaat het om een temperatuur.

QHEAT = Dit is een afkorting die uit TRNSYS komt. Het is de energiestroom die geleverd moet worden om de woning op temperatuur te houden.

Verliesposten = Uitgaande energiestromen: ventilatie, infiltratie en transmissie.

Wtw = Warmteterugwinning; dit is een apparaat die de warmte van de uitgeblazen lucht mee geeft aan de inkomende ventilatielucht.

By-pass = Zorgt ervoor dat als het te warm is in huis de ventilatielucht om de wtw heen gaat. Op die manier is de ingeblazen luchttemperatuur gelijk aan de buitentemperatuur en zal de woning sneller afkoelen.

Set-temperatuur = Ingestelde binnentemperatuur/thermostaattemperatuur.

U-waarde = Warmtedoorgangscofficint. Dit is een waarde om de isolatie van een bepaalde stof of samengesteld element uit te drukken

Passiefhuis = Een huis die zo gebouwd is dat hij zeer weinig energie nodig heeft om te verwarmen. Meestal wordt dit gerealiseerd met extreem goed gesoleerde gevels.

Afstudeerverslag Casper Janssen 1

1 Inleiding De aanleiding tot dit onderzoek is het gebrek aan inzicht in de grootte en de gevoeligheid van energiestromen. Met deze kennis kan tijdens nieuwbouw of renovatie worden gelet op de factoren die een grote invloed hebben. Daarnaast loopt er binnen Huygen een project genaamd TRECO. Het doel van TRECO is het verschil tussen voorspeld (berekend) en werkelijk (gemeten) energieverbruik te verklaren en te beheersen. Voor de aanpak van TRECO is een cyclus van voorspellen, monitoren, vergelijken en handelen toegepast. Door het verschil te verklaren en te beheersen, kan energie efficinter worden ingezet. Ook worden energiesystemen beter geregeld en beheerst en de eindgebruikers beter interactief genformeerd over hun huidige energieverbruik. Voor het TRECO-project is het van belang inzicht te verkrijgen in de gevoeligheid van de invloedsfactoren. Dit is een hulpmiddel bij bepalen welke factoren gemonitord moeten worden. Verder biedt dit ondersteuning bij het voorspellen en analyseren van het verschil tussen werkelijk en berekend energieverbruik. Doel van dit onderzoek is het inzichtelijk maken van de gevoeligheid van de energiestromen in een woning. Dit is ondervangen in de volgende hoofdvraag:

wat is de gevoeligheid van energiestromen in een woning? Voor dit onderzoek is er eerst gezocht naar welke energiestromen er voorkomen in een woning. Vervolgens is er een referentiewoning opgebouwd binnen TRNSYS. De instellingen voor deze referentiewoning zijn voornamelijk uit de ISSO publicatie 32 en 51 gehaald en de NEN 7120. De referentiewoning dient als basis voor de gevoeligheidsanalyse, deze is daarom zo genormaliseerd mogelijk opgebouwd. De gevoeligheid is vervolgens bepaald door telkens een invloedsfactor te variren naar een in de praktijk voorkomend minimum- en maximumwaarde. De afstand tussen de minimum en maximum ten opzichte van de referentie geeft een bandbreedte. Heeft een invloedsfactor een grote bandbreedte, dan heeft deze ook een grote gevoeligheid. Op deze manier is voor iedere invloedsfactor de gevoeligheid bepaald. Er is alleen gebruik gemaakt van simulaties in TRNSYS. TRNSYS is een simulatieprogramma waarin hele installaties en/of gebouwen gesimuleerd kunnen worden. Voor dit onderzoek is er dus geen praktijk onderzoek gedaan. Resultaten zijn daarom niet in absolute zin met elkaar vergeleken maar in procentuele afwijkingen ten opzichte van de referentiewoningen. Verder is het gebruikersgedrag zo veel mogelijk gestandaardiseerd omdat dit een zeer complexe en nog onbeheersbare factor is. Dit rapport is bestemd voor intern gebruik binnen Huygen en specifiek voor het TRECO project. De opbouw van dit verslag is als volgt: In hoofdstuk 2 zijn de energiestormen uitgelicht. Hoofdstuk 3 geeft de lezer inzicht in de mogelijkheden van TRNSYS. Vervolgens is in hoofdstuk 4 de totstandkoming van de referentiewoning beschreven. De resultaten van de gevoeligheidsanalyse zijn in hoofdstuk 5 te vinden. Als laatst de conclusie en de aanbevelingen.


2 Energiestromen In dit hoofdstuk zal toegelicht worden welke energiestromen er voorkomen in een woning en waardoor deze benvloed worden. Eerst is onderzocht welke energiestromen er allemaal voorkomen in een woning. Vervolgens is elke energiestroom ontleed om er achter te komen welke factoren invloed hebben op deze energiestromen. Het ontleden is gedaan doormiddel van literatuuronderzoek en het opbreken van de fysische formules die gelden voor de energiestromen. Vervolgens is er voor iedere energiestroom een schematische weergave gemaakt.

2.1 De energiestromen bepalen In een woning zijn een aantal energiestromen die met elkaar een balans moeten maken. Om er achter te komen welke energiestromen er voorkomen is er gekeken naar de NEN 7120 (Nederlands Normalisatie-instituut, oktober 2012). In deze NEN-norm staan de handvaten om een volwaardige energieprestatie berekening te maken. Uit de norm komen de volgende energiestromen naar voren: transmissie, ventilatie (waar infiltratie in zit), interne warmteproductie en zonnestraling. Er is voor gekozen om infiltratie apart uit te werken omdat dit ongewenste ventilatie is.

Figuur 1 energiestromen in een woning

De eerder genoemde energiestromen geven nog geen energiebalans. Deze balans kan pas worden verkregen wanneer verwarming/koeling wordt toegevoegd, mits de ruimte temperatuur gehandhaafd blijft. De verwarming of koeling zal van de genstalleerde opwekkingsinstallatie moeten komen. De gevonden energiestromen worden toegelicht in de volgende paragrafen.


2.2 Infiltratie Infiltratie is de toetreding van buitenlucht, door kieren en naden, een gebouw in. Infiltratie wordt gezien als een ongewenste factor. Het kan tocht veroorzaken en dit kan resulteren in comfort verlaging. Verder moet de infiltratielucht verwarmd of gekoeld worden, dit leidt tot een hoger energieverbruik. Nadat een woning is opgeleverd, is infiltratie niet of slecht beheersbaar,. In oudere woningen is meestal geen ventilatiesysteem aanwezig en wordt de ventilatie voor een groot deel verzorgd door infiltratie. Gewenste ventilatie door enkel infiltratie wordt ook wel natuurlijke ventilatie genoemd (zie Figuur 4 H2.3 Ventilatie). Tegenwoordig worden woningen steeds luchtdichter gebouwd maar infiltratie zal nooit helemaal voorkomen kunnen worden. Infiltratie is onder andere ook het openzetten van een raam. Infiltratie wordt benvloed door drukverschil. Dit drukverschil kan ontstaan door wind op de gevel en door thermische trek. Thermische trek ontstaat wanneer er een hoogteverschil is. Warme lucht is relatief lichter dan koude lucht. Hierdoor zal de warme lucht opstijgen. Onder in een ruimte zal onderdruk ontstaan en boven in de ruimte een overdruk ten opzichte van de buitendruk, zie Figuur 2. Er geldt hier dat de winddruk gelijk is en er een temperatuurverschil tussen binnen en buiten bestaat.

Figuur 2 Thermische trek (bron: (MSc. Van Herpen, 2012))

In ontwerpprocessen wordt gewerkt met de qV,10 waarde. Deze waarde geeft de luchtdoorlatendheid van een gevel of hele woning bij een drukverschil van 10 Pascal. Verder wordt de infiltratie nog benvloed door de hoogte van het gebouw. Hoe hoger een gebouw is, hoe meer wind het zal vangen. Daarbij waait het harder naarmate je hoger komt. Dit komt omdat de wind steeds minder geremd wordt door het aardoppervlak. De omgeving speelt hierbij ook een rol. Als je huis op de hei staat heeft de wind vrij spel, hij wordt niet geremd door obstakels. Midden in de stad wordt de wind meestal geremd door de overige bebouwing. In Figuur 3 is een schematische weergave te zien van alle genoemde factoren.


De factoren zijn samen te vatten met Vergelijking 2-1 en Vergelijking 2-2 uit (MSc. Van Herpen, 2012). Eerst wordt de luchtdruk op de gevel bepaald:

2

2

1vCP pw Vergelijking 2-1

Pw: drukverschil door windsnelheid en plek op de gevel. [Pa] : dichtheid van lucht [kg/m3] Cp: winddrukcofficint afhankelijk van plaats in de constructie en windrichting [-] v: windsnelheid (afhankelijk van omgeving en gebouwhoogte) [m/s] Vervolgens kan het infiltratiedebiet bepaald worden met de formule hieronder. Als de qv10 bekend is kan de luchtweerstand bij 1 Pascal bepaald worden, als deze al gegeven is hoeft dit uiteraard niet.

nPCqi

1

Vergelijking 2-2

Omdat de qv10 de luchtstroom bij een drukverschil van 10 pascal geeft, wordt de volgende formule verkregen:

nv Cq

1

1010

Samengesteld geeft dit:

3

2

2

3

2

10

2

1

10

vCq

qi pv

Vergelijking 2-3

qi: infiltratiedebiet [m3/s] per oppervlak C: luchtstroom bij 1 Pascal [Panm3/s] P: drukverschil over de gevel. [Pa] n: stromingsfactor 1=laminair, 2=turbulent De infiltratie-energie wordt bepaald met de algemene thermodynamica formule Q=mcT:

buitenbinnenTcqiQ inf Vergelijking 2-4

Qinf: Energie ten behoeve van infiltratie [Joule] c: soortelijke warmte [J/kg*K]


Fig

uu

r 3

Sc

he

ma

tis

ch

ov

erz

ich

t in

vlo

ed

sfa

cto

ren

in

filt

rati

e


2.3 Ventilatie Ventilatie kan gedefinieerd worden als de continue verversing van lucht met als doel de binnenlucht "schoon" te houden. Als in een -met name- luchtdichte woning niet geventileerd wordt, zal de lucht vrij snel "vervuild" raken. Indien geen ramen worden open gezet, komt onvoldoende verse lucht naar binnen. Daarnaast heeft niet of slecht ventileren op langere termijn tot gevolg dat vocht niet goed wordt afgevoerd. Hierdoor vormen zich overal schimmels die schadelijk zijn voor de gezondheid. Verse lucht is dus van groot belang voor de gezondheid. In de installatiebranche zijn er 4 type ventilatie gedefinieerd. Een van die vier wordt in dit verslag gezien als infiltratie. In de afbeelding hieronder zijn de verschillende type ventilatie schematisch afgebeeld. Systeem A: natuurlijke ventilatie; ofwel infiltratie en het openen van ramen. Systeem B: mechanische toevoer, natuurlijke afvoer. Systeem C: natuurlijke toevoer, mechanische afvoer. Systeem D: Balans ventilatie, mechanische toe en afvoer.

Figuur 4 Verschillende type ventilatie

Systeem A en B worden in de nieuwbouw zelden gebruikt. Dit komt omdat deze twee systemen in de meeste gevallen niet voldoende kunnen ventileren om aan de huidige regelgeving te voldoen. Systeem B blaast de lucht via kanalen in de leefruimtes (woonkamer, slaapkamers, etc). Voor systeem B zou er in de gevallen van goed luchtdichte gevels een afvoer kanaal gemaakt moeten worden. Daarnaast is A helemaal niet regelbaar en systeem B slecht regelbaar omdat deze afhankelijk is van de natuurlijke afvoer. Systeem C en vooral D verdienen voorkeur in de nieuwbouw omdat deze beter regelbaar zijn. Voor systeem C is vaak in de gevel een aanzuigtoevoer aanwezig. Maar in tegenstelling tot systeem B is C goed regelbaar. De lucht vindt zich een weg door de woning en zal zo meer of minder verversen, afhankelijk van de ventilatie stand. Systeem D verdient de voorkeur vanuit energiezuinigheid omdat bij dit systeem er goed gestuurd kan worden op de vraag n er een mogelijkheid is tot warmteterugwinning. Met warmteterugwinning stroomt de "vervuilde" warme lucht van binnen langs de "verse" koude lucht van buiten. Op deze manier hoeft de installatie de lucht veel minder op te warmen. Bij de andere systemen is warmteterugwinning niet mogelijk en zal de lucht van buiten helemaal opgewarmd moeten worden tot kamer temperatuur door de installatie. Het aanwezige systeem is bepalend voor de wijze van ventileren. Waar de systemen B, C en D aan moeten voldoen is in het Bouwbesluit vastgelegd. Het Bouwbesluit schrijft voor hoeveel lucht het


systeem moet kunnen verversen per type ruimte. Zo geldt voor de badkamer en de keuken een hogere eis dan de woonkamer of de gang. De efficintste manier van ventileren is om in te blazen in woonkamer, slaapkamers en andere gebruiksruimte. Om de lucht vervolgens af te zuigen via de badkamer, wc('s) en de keuken. De ventilatie kan op twee manieren worden aangestuurd. Namelijk door de bewoners met een, meestal 3, standen knop. Of er wordt op CO2/luchtvervuiling gestuurd. Bij die laatste regeling wordt er in de ruimte gemeten of het vervuiling niveau nog onder de eis ligt, is dit niet het geval zal de ventilatie harder gaan blazen. Ventilatiehoeveelheid wordt voor het grootste deel benvloed door het gebruikersgedrag. Als personen niet veel aanwezig zijn, zal er minder geventileerd worden. Uiteraard speelt de buitenluchttemperatuur mee. De lucht van buiten zal dezelfde temperatuur als de temperatuur van de ruimte moeten krijgen, net als bij de infiltratie. Bij aanwezigheid van warmteterugwinning(wtw) in systeem D speelt het rendement mee voor benodigd verwarming/koel vermogen. Bij een hoog rendement kan veel warmte uit de uitgaande lucht aan de inkomende lucht worden meegegeven. Schematische weergave van de factoren is te zien in Figuur 5. Met behulp van de thermodynamica wordt het verwarmingsvermogen ten behoeve van de ventilatie bepaald:

TcqQ venttotvent , Vergelijking 2-5

T bij aanwezigheid van wtw:

)1( wtwbuitenwtwbinnen TTT Vergelijking 2-6

Waarin: QVent: energie alleen voor ventilatie [Joule] qtot,vent: hoeveelheid ventilatielucht [kg] c: soortelijke warmte [J/kg*K] T: verschil tussen inkomende lucht en ruimte temperatuur [K (of C)] wtw: rendement van de warmteterugwinning [%/100]


Fig

uu

r 5

Sc

he

ma

tis

ch

ov

erz

ich

t in

vlo

ed

sfa

cto

ren

ve

nti

lati

e


2.4 Transmissie Transmissie is de overbrenging van warmte. Een ander woord voor transmissie is warmtedoorlatendheid. Binnen de gebouwberekeningen is dit de warmteoverbrenging door gevel, dak en vloer. Transmissie vindt alleen plaats als er een temperatuurverschil bestaat tussen binnen en buiten. Hoe groter het temperatuurverschil des te meer warmte zal er door de muur heen gaan. Om transmissie te begrijpen ontleden we de formule uit ISSO 51 (ISSO, 2012):

TUAQ gevelxgevelxgevelxtrans , Vergelijking 2-7

Q , : warmteverlies door transmissie.

: oppervlakte van bekeken gevel element.

: warmtedoorgangscofficint gevel element

: temperatuurverschil tussen binnen en buiten. Transmissieverlies is dus afhankelijk van het oppervlak, warmtedoorgangscofficint en het temperatuurverschil. Als een gebouw meer buiten oppervlak heeft zal er meer verlies plaatsvinden. Ook het temperatuurverschil spreekt voor zich, hoe groter het temperatuurverschil hoe meer energie er zal stromen. De warmtedoorgangscofficint vergt wat meer uitleg, deze wordt namelijk bepaald met behulp van:

tot

gevelxR

U1

Vergelijking 2-8

exttot RRRRR ...21int Vergelijking 2-9

1

11

dR Vergelijking 2-10

Bron: (Taal, 2012)

: totale warmteweerstand van gevel. / : warmteweerstand van luchtlaag tegen de muur intern en extern. 1 : dikte van element 1 1 : (Lambda) warmtegeleidingscofficint van element 1 De warmtedoorgangscofficint is afhankelijk van de warmtegeleidingscofficint en de dikte van het gebruikte materiaal. Ieder materiaal heeft zijn eigen specifieke warmtegeleidingscofficint. Zo heeft aluminium een hele hoge warmtegeleiding en lucht een relatief lage warmtegeleiding. Door gebruik te maken van de warmteweerstand (R) kan de warmtedoorgangscofficint (U) van een samengesteld element bepaald worden. Door van ieder materiaal de warmteweerstand te bepalen en deze bij elkaar op te tellen, samen met de interne en externe luchtlaag, kan de totale warmteweerstand (Rtot) worden bepaald. De interne en externe luchtlaag hebben ook invloed op de warmteweerstand. De warmte wordt via de lucht overgedragen op de gevel en andersom. Hoe gemakkelijk dit gaat is afhankelijk van een aantal factoren zoals bijvoorbeeld de luchtsnelheid. Als er lucht langs de muren stroomt, zal een deel via convectie worden overgedragen. Omdat er vrijwel altijd een temperatuurverschil bestaat, zal de lucht bewegen en daardoor via convectie warmte overdragen. Hoe hoger de Rc (en dus hoe lager de U) des te beter de isolatie.


De grootste transmissie vindt plaats door de ramen. Glas heeft een grotere warmtegeleiding dan bijvoorbeeld beton. Daarbij komt dat ramen relatief dun zijn. Dit is nadelig voor de warmteweerstand, zie Vergelijking 2-10. Hier moet wel vermeld worden dat ramen in combinatie met het kozijn een steeds lagere warmtedoorgangscofficint hebben onder andere door ontwikkelingen als HR+++ glas. Samenvattend, transmissie wordt benvloed door de hoeveelheid geveloppervlak, temperatuurverschil, materiaal (warmtegeleidingscofficint) en de dikte van toegepaste materiaal. Verder speelt de luchtsnelheid nog mee voor de warmteweerstand van de gevel naar binnen en buiten toe. Zie Figuur 6 voor schematische overzicht.

2.4.1 Accumulatie

De accumulatie is geen energiestroom maar vergelijkbaar met een buffer. Omdat deze vaker terug komt in documentatie zal hier kort besproken worden wat accumulatie is. De accumulatie is onder de transmissie geplaatst omdat de accumulatie de temperatuur van de gevel veranderd. Accumulatie is het vermogen dat de bouwkundige constructie kan opnemen en afgeven. Als het warm is zal de constructie opwarmen. Afhankelijk van de gebouwmassa zal deze opwarming snel of langzaam gaan. Een lichte constructie, denk aan een tent, zal snel opwarmen en afkoelen terwijl een zware constructie, denk aan een kathedraal, langzaam zal opwarmen en afkoelen. Op een warme zomerdag zal een gebouw opwarmen. Als het 's avonds kouder wordt gaat het gebouw langzaam zijn opgeslagen warmte weer afgeven aan de omgeving. In het berekenen van een installatie moet de gebouwmassa ook worden meegenomen. De opwarmtijd van een ruimte is daar namelijk ook afhankelijk van. Eerst zullen alle muren de warmte absorberen alvorens de ruimte-temperatuur kan stijgen. Als vervolgens een ruimte op temperatuur is en de verwarming gaat uit, zullen de muren hun warmte langzaam weer afgeven. Hierdoor zal de ruimte dus minder snel afkoelen. Het hierboven beschreven heet het accumulatievermogen van een constructie.


Fig

uu

r 6

Sc

he

ma

tis

ch

ov

erz

ich

t in

vlo

ed

sfa

cto

ren

tra

nsm

iss

ie


2.5 Zon-instraling In de bouw wordt met zon-instraling meestal de warmte en het licht van de zon bedoeld die door een transparant vlak de ruimte binnenkomt. De zonnestralen komen als kortgolvige straling gemakkelijk door een transparant oppervlak heen. In een ruimte worden deze korte golven geabsorbeerd door het oppervlak waar ze op vallen. Vervolgens stralen de oppervlakken deze energie uit als langgolvige straling. De langgolvige straling komt niet eenvoudig door het raam terug naar buiten. Op deze manier warmt een ruimte op als de zon schijnt. In de winter is dit gewenst, dan helpt het om de ruimte op te warmen. In een zomersituatie zorgt dit vaker voor oververhitting.

De ZTA-waarde is een begrip die veel wordt gebruikt als het over de zon-instraling gaat. De ZTA (zontoetreding absoluut, of zon toetredingsfactor) geeft het percentage van de hoeveelheid zon die door het glas oppervlak toe treedt in de ruimte, zie Figuur 7. Zo zal bij ieder glas dat het licht tegenkomt een klein deel worden tegen gehouden. Enkel glas heeft hierom een hoge ZTA waarde in vergelijking met het zelfde glas dubbel uitgevoerd.

Figuur 7 Overzicht zon-instraling door glasvlak (bron: http://www.semcoglas.com/nl/)

De zon-instraling wordt allereerst benvloed door het aantal ramen(transparante oppervlakken) richting de zon. Als er geen ramen zijn waar de zon op schijnt zal hier ook geen directe zonnestraling door heen gaan. De diffuse zonnestraling geeft maar een geringe opwarming in verhouding tot directe zonnestraling. Ook de zonwering is erg van belang voor deze invloedsfactor. Met een goede zonwering wordt tot bijna alle zonnestraling geabsorbeerd of geblokkeerd. Hier moet wel verschil worden gemaakt tussen binnen en buitenzonwering. Als de zonwering buiten hangt blijft de geabsorbeerde warmte ook buiten. Een binnen zonwering absorbeert de zonnestraling ook maar die warmte zal voor een deel via convectie de ruimte in komen. Zontoetreding kan ook lager gemaakt worden door speciale coatings op het glas. Zonwering kan ook passief gentegreerd zijn in de bouwkundige constructie. Denk hierbij aan overstekken boven ramen of ramen die iets terug liggen in de gevel. Op deze manier wordt ook een deel van het binnenkomende zonlicht geblokkeerd. In Figuur 8 is het overzicht te zien voor de zon-instraling.


Fig

uu

r 8

Sc

he

ma

tis

ch

ov

erz

ich

t in

vlo

ed

sfa

cto

ren

zo

n-i

nstr

ali

ng


2.6 Interne warmtelast Het door personen, apparatuur en verlichting afgegeven vermogen, (ISSO, 2010).

Figuur 9 overzicht interne warmtelast posten. (Bron: www.educate-sustainability.eu)

Zoals hierboven vermeld is de warmtelast afhankelijk van personen en apparatuur, zie Figuur 9 (verlichting wordt gezien als apparatuur). Personen geven continu warmte af om op temperatuur te blijven. De afgegeven warmte verschilt per activiteit(metabolisme) en kleding. Voor apparaten geldt dat de energie die er elektrisch in gaat er als warmte uit komt. Hoeveel warmte wordt afgegeven is daarom afhankelijk hoeveel energie (Watt) een apparaat gebruikt. De interne warmtelast is dus sterk afhankelijk van het gebruikersgedrag. Ook voor de interne warmtelast is er een overzicht gemaakt, zie Figuur 10.

Figuur 10 Schematisch overzicht invloedsfactoren internewarmtelast


3 TRNSYS Voor simulaties voor deze onderzoeksopdracht zijn uitgevoerd in TRNSYS. In dit hoofdstuk wordt dit simulatieprogramma omschreven.

3.1 Wat is TRNSYS TRNSYS (TRaNsient System Simulation program) is een wereldwijd gebruikt programma waarmee installaties en gebouwen kunnen worden gesimuleerd over een bepaalde tijd. Via een grafisch interface kan een model worden geconstrueerd die bestaat uit verschillende elementen. Er kan vanaf een leeg vel gestart worden of er kan een template worden gebruikt. Mogelijke templates zijn o.a. basismodellen voor een zonnecollector, eenvoudige en complexere woningen en een luchtstroommodel. TRNSYS heeft een uitgebreide bibliotheek met componenten die veel worden gebruikt in thermische en elektrische energiesystemen. Deze worden aangevuld met tijd gerelateerde invoer-data zoals het weer en componenten die in de regeltechniek worden gebruikt. Door de grote keuze aan componenten is TRNSYS zeer flexibel te modelleren.

Figuur 11 Voorbeeld van een TRNSYS model

TRNSYS heeft als groot voordeel dat er gesimuleerd kan worden met kleine tijdstappen, waardoor tijdsinvloeden inzichtelijk kunnen worden gemaakt. Op die manier kan heel gedetailleerd gekeken worden of en hoe de bedachte constructie werkt en reageert. Daarnaast is het heel modulair. Het hele systeem kan precies zo gemaakt worden als de gebruiker wenst. In Figuur 11 is te zien hoe de interface van TRNSYS eruitziet, rechts staan verschillende type onderdelen die in de TRNSYS-bibliotheek zitten. In het scherm kunnen deze onderdelen aan elkaar gekoppeld worden om een werkend systeem te vormen. Nadeel van TRNSYS is dat enige ervaring nodig is om er goed mee te kunnen werken. Ook het opbouwen van een installatie of gebouw duurt langer dan bijvoorbeeld in een EPC berekening.


3.2 TRNBuild en SketchUp Een belangrijk component voor dit onderzoek is het gebouw. Deze kan worden bewerkt in een apart programmatje van TRNSYS, genaamd TRNBuild. Hierin kunnen alle bouwfysische eigenschappen van het gebouw in worden vastgelegd. In TRNBuild kan een gebouw muur voor muur worden opgebouwd of er kan een SketchUp geometrie gebruikt worden. Met een add-in van TRNBuild kan een SketchUp-file zo worden opgeslagen dat TRNBuild deze kan lezen. SketchUp is een programma van Google waarin 3D schetsen gemaakt kunnen worden. Een voorbeeld is te vinden in Figuur 14 van paragraaf 4.2. SketchUp kan worden vergeleken met de eenvoudige variant van Solidworks. In de SketchUp-file worden de ruimtelijke parameters van het gebouw bepaald. Dus niet alleen hoe groot het gebouw en de ruimtes zijn maar ook de plek van ramen en duren. De eigenschappen van de wanden, vloeren en dak worden later in TRNBuild toegekend. Als in SketchUp is gewerkt met verschillende zone's kan in de TRNBuild file per zone worden aangegeven welke eigenschappen er gelden, zie Figuur 12. Eigenschappen zijn o.a. specificaties van ramen en muren en ook aan infiltratie, ventilatie, ruimtetemperaturen interne warmtelast, etc. TRNSYS beschikt over een bibliotheek met veel voorkomende raamparameters. Daarnaast kunnen ze handmatig worden samengesteld. Van ieder raam worden veel instellingen vastgelegd zoals ZTA, U-waarde van het kozijn, grootte van kozijn, aanwezigheid van zonwering, etc. De muren kunnen worden samengesteld uit een bibliotheek van allerlei verschillende bouwmaterialen. Op deze manier kan de werkelijkheid zo goed mogelijk worden benaderd. Dit heeft niet alleen invloed op de U-waarde van de gevel maar ook op de accumulatie en de mate van zontoetreding in de gevel. Verder kan er ingesteld worden welke mate van infiltratie voorkomt in een zone. Dit geldt ook voor ventilatie en interne warmtelast. De verwarming/koel temperaturen kunnen worden ingesteld, mits verwarming of koeling aanwezig zijn. De Infiltratie, ventilatie, interne warmtelast en verwarming/koel temperatuur kunnen als vaste waarde worden in gesteld. Op deze manier blijft de waarde voor elk meetstap gelijk. Er is ook de mogelijkheid om deze posten afhankelijk te maken van een variabele of een tijdschema. Met een tijdschema kan bijvoorbeeld nachtverlaging worden gerealiseerd.


Figuur 12 Overzicht TRNBuild, voorbeeld van tussenwoning.

3.3 Resultaten verzamelen Als de regeling in TRNSYS is opgebouwd naar wens, kan de simulatie straten. Vooraf moet duidelijk zijn welke informatie verzameld dient te worden. De gewenste informatie wordt verzameld een plotter/printer-object en deze kunnen worden omgezet in Excel-format. Uit de hierboven beschreven gebouw instellingen kunnen veel gegevens gehaald worden. Dit verschilt van ruimtetemperaturen en wandtemperaturen tot een complete energiebalans.


Figuur 13 Screenshot van simulatie, voorbeeld van tussenwoning.

Met alle gewenste gegevens kan al direct geanalyseerd worden of het jaarlijkse verloop klopt met de verwachting. In Figuur 13 is in het paars de buitentemperatuur en in het blauw de binnen temperatuur aangegeven. De data kan vervolgens in bijvoorbeeld Excel onder de loep worden genomen.


4 De referentiewoningen Om de invloedsfactoren te kunnen vergelijken is er een referentiewoning gemaakt. Deze is zo realistisch mogelijk samengesteld worden in TRNSYS. In dit hoofdstuk zal globaal worden toegelicht hoe de woningen zijn samengesteld. Voor gedetailleerde informatie wordt verwezen naar bijlage 4. De eerste twee pagina's geven een korte omschrijving van de uitgangspunten. Hoe alle waarden zijn bepaald volgt daarop.

4.1 Woning De eerste stap is het bepalen van een woning waarmee gewerkt kan worden. Als referentiewoning is er gekozen voor de referentiewoningen van Agentschap NL (Agentschap NL, september 2013). Deze woningen zijn gestandaardiseerd naar bepaalde woningtypes. In dit onderzoek is er gekozen voor een tussenwoning en een vrijstaande woning. Deze zijn het meest gangbaar n liggen het verst uiteen wat betreft energieverbruik. In het document van Agentschap NL zijn ook een aantal bouwkundige gegevens vastgelegd. Zo zijn de R-waarde van de bouwkundige onderdelen bekend. Ook is er mechanische toe- en afvoer ventilatie met wtw aanwezig in alle twee de woningen. De tussenwoning is hieronder te zien, voor afbeeldingen van de vrijstaande woning wordt verwezen naar bijlage 4.

Figuur 14 SketchUp tussenwoning voor en achterzijde

4.2 Instellingen/uitgangspunten voor TRNSYS In TRNSYS kunnen alle parameters ingevuld worden. Hiervoor zijn vooral de ISSO 32 "uitgangspunten temperatuursimulatie berekeningen" (ISSO, 2010), ISSO 51 "warmteverliesberekening voor woningen en woongebouwen" (ISSO, 2012) en NEN 7120 "Energieprestatie van gebouwen - bepaling" voor gebruikt. Verder zijn er nog een aantal aannames gedaan vooral m.b.t. bewonersgedrag. Dit alles is genormaliseerd om de resultaten zo relevant mogelijk te maken. De gebruikerspatronen zijn ook genormaliseerd, hierdoor wordt het gebruikersgedrag uitgesloten van dit onderzoek.


Hieronder staat een opsomming van de belangrijkste aannames: - Er is voor gekozen om het TRNSYS weerjaar van Beek (Zuid-Limburg) te gebruiken. - Er is van een gezin met 4 personen uitgegaan. - De zolder is niet in gebruik als leefruimte. - Er is zonwering op de zuid, oost en west gevel. - In de tussenwoning wordt er vanuit gegaan dat er geen warmte overdracht naar de buren

plaatsvindt. - Infiltratie is 0,19 dm3/s.m2 hier is al het gevel oppervlak in meegenomen. - De thermostaat staat standaard op 20C en s nachts op 16C. In de niet verwarmde ruimtes

is dit 15C. - De ventilatie is overdag actief in de woonkamer en keuken en s nachts in de slaapkamers. - De interne warmtelast is verdeeld over de woonkamer, keuken en slaapkamers. De keuken

en woonkamer hebben overdag meer interne warmtelast. s nachts is er meer interne warmtelast in de slaapkamers.

Het figuur hieronder laat het schema van TRNSYS zien. De tussenwoning is het zelfde opgebouwd als de vrijstaande, het verschil zit alleen in de instellingen.

Figuur 15 TRNSYS overzicht van tussenwoning

4.3 Output van TRNSYS Uit TRNSYS kan heel veel informatie gehaald worden. Voor dit onderzoek is er behoefte naar informatie over de energiestromen. TRNSYS maakt een totale energiebalans van de energiestromen. Deze balans bestaat uit een aantal factoren waaronder: Qventilatie, Qinfiltratie, Qtransmissie, Qzon, Qinterne warmtewinsten, Qheat en Qlucht. De ventilatie, infiltratie, transmissie, zon en interne warmtelast zijn de energiestromen naar binnen en naar buiten. De Qheat is het benodigd verwarmingsvermogen om de ruimtes op temperatuur te houden. Qlucht is het verschil in energie in de lucht. Als een ruimte afkoelt en er is geen verwarming nodig zal de energie in de lucht afnemen. De Qlucht wordt niet meegenomen in de verzamelde data omdat dit meer als buffer van energie gezien kan worden. Daarnaast is de Qlucht nog kleiner dan 0,01% van de totale energiebalans.


Om de energiestromen beter te kunnen interpreteren worden ook de binnen en buitentemperatuur uit TRNSYS gehaald. Voor de binnentemperatuur wordt de woonkamer gebruikt als referentie omdat deze meestal de meest gebruikte ruimte in een woning is. Als laatste, omschreven in de paragraaf hierboven, wordt de PMV uit TRNSYS gehaald. Hiermee kan gecontroleerd worden of de woning wel leefbaar is in de zomersituatie. Om de data goed te kunnen analyseren is m.b.v. Excel een bestand gemaakt waar de data van TRNSYS in verwerkt wordt. Dit bestand maakt hier vervolgens een draaitabel, spreidingsgrafiek en een totaaloverzicht. Dit totaaloverzicht geeft de energiestromen voor een heel jaar weer. De energiestromen die de woning uitgaan zijn negatief, de inkomende positief. Omdat er ook energie stroomt als de set-temperatuur1 overschreden is, kan dit een vertekend beeld geven. Omdat het ook interessant voor dit onderzoek is om te zien hoeveel energie er stroomt ten behoeve van de verwarmingsenergie, is deze bij het totaal overzicht gezet. Specifieke informatie kan in dit zelfde Excel bestand per ingestelde T of een maandoverzicht worden bekeken. Er is voor gekozen om de waardes in Excel om te zetten naar kWh. 1 kWh is intutiever bij het interpreteren van de data dan MJ. Met de waardes in kWh kan tevens snel gezien worden of de referentiewaardes van interne warmtelast overeen komen met de werkelijkheid. De energiestromen die de woning uit gaan zijn vrijwel nooit 0, ook niet als de set-temperatuur overschreden is. Dit komt omdat er bijna altijd een temperatuurverschil is tussen binnen en buiten. Zoals in hoofdstuk 2 is beschreven zijn de verliesposten allemaal afhankelijk van het temperatuurverschil tussen binnen en buiten. De energie van de verliesposten wordt in een jaar bijna nooit positief (als Tbuiten > Tbinnen) omdat de woning mee opwarmt. Dus ook in de zomer als de set-temperatuur overschreden is, zal er energie naar buiten stromen.

1 Zie Begrippenlijst


Qvent3% Qinf

13%

Qtrns34%

Qzon11%

Qintwl13%

Qheat26%

Energieverdeling vrijstaande woning

5 Analyse gevoeligheid Nu de referentiewoningen gedefinieerd zijn, kan begonnen worden met de analyse van de gevoeligheden. Per energiestroom is gekeken naar de invloedsfactoren die direct invloed op de energiestromen uitoefenen. Dit zijn de factoren die direct aan de energiestroom vast zitten uit de figuren van pagina 5, 8, 11, 13 en 14. Met de gevoeligheid wordt de grootte van invloed op de betreffende energiestroom bedoeld. Wordt de infiltratie bijvoorbeeld voor meer dan 50% benvloed door de luchtdruk dan heeft deze dus een grote invloed.

5.1 Verschil tussenwoning en vrijstaande woning Uit Figuur 16 blijkt de verdeling van de energie stromen. Alle gegevens zijn te vinden in bijlage 3. Hier valt direct op dat de transmissie een groot aandeel heeft in de energiestromen. Verder valt op dat in de tussenwoning de Qheat veel kleiner is dan in de vrijstaande woning. Dit komt door de grootte van de woning en het extra geveloppervlak van de vrijstaande woning. Verder is het nog opvallend dat de ventilatie maar een klein aandeel heeft in de energiebalans, vooral in de vrijstaande woning. Dit is te verklaren door de aanwezigheid van de wtw-unit.

Met de verdeling van de energiestromen kunnen de aangebrachte variaties beter verklaard worden.

5.2 Variren van invloedsfactoren Om iets te kunnen zeggen over de gevoeligheid/invloed van een invloedsfactor is er in de referentiewoning telkens n parameter gewijzigd in de instellingen. Deze verandering is zo gekozen dat hij alleen n bepaalde invloedsfactor benvloed. Er wordt hierbij altijd een realistisch minimum en maximum gezocht. Om bijvoorbeeld de invloed van de luchtdichtheid van het gebouw te bepalen is de infiltratie in het programma op de, in de praktijk, laagst mogelijke en hoogst mogelijke waarde gezet. Bij iedere verandering is de simulatie opnieuw doorlopen, waarbij de resultaten die hieruit volgen, zijn vergeleken met de referentie. Het verschil tussen de referentie en de wijziging zijn in een tabel gezet om een overzicht te krijgen, zie bijlage 1. Het is aan te raden om deze bijlage erbij te houden tijdens het lezen van dit hoofdstuk. In deze bijlage zit u het procentuele verschil ten opzichte van de referentiewaarde. Niet alle variaties zijn weergegeven in de tabel om het overzichtelijk te houden. Hoe de verschillen tot stand zijn gekomen en de conclusies die hieruit getrokken zijn, zullen in deze paragraaf toegelicht worden. Als er niet wordt vermeld of het om de tussenwoning of de vrijstaande woning gaat, geldt het voor beide.

Qvent8%

Qinf10%

Qtrns32%

Qzon15%

Qintwl19%

Qheat16%

Energieverdeling tussenwoning

Figuur 16 energieverdeling van de vrijstaande woning en de tussenwoning


5.2.1 Luchtdichtheid

Om de luchtdichtheid te variren is er gekeken in de ISSO 51 (ISSO, 2012) en het Bouwbesluit. Hieruit blijkt dat een laagste infiltratie die aangehouden kan worden 0,1 dm3/m2s is. Dit is te vergelijken met gevel van 10 m2 waar 1 liter lucht iedere seconde binnen komt en is gebruikelijk voor nieuwbouw met ventilatie systeem D. De hoogste waarde die aangehouden kan worden, mits volgens Bouwbesluit, is 0,45 dm3/m2s. Dit is voor een woning met mechanische toe of afvoer. Als een woning niet aan het huidige Bouwbesluit voldoet en de qV10 niet bekend is, moet voor de infiltratie 1,9 dm3/m2s aangehouden worden. Er zijn hier drie simulaties gedaan om het verschil tussen minimale en maximale waarde volgens Bouwbesluit te vergelijken en de maximale waarde niet volgens Bouwbesluit. Resultaat Na het maken van de simulatie blijkt uit de resultaten dat het procentuele verschil tussen de vrijstaande woning en de tussenwoning minimaal is. Door het laten zakken van de infiltratie naar 0,1 dm3/m2s treedt er 45% minder infiltratie op. Dit resulteert in een verlaging van 19% op het verwarmingsvermogen. De bovengrens van het Bouwbesluit levert een verhoging van 120% op de infiltratie energie. Dit heeft een negatief effect van bijna 60% op het verwarmingsvermogen. Bij de situatie niet volgens Bouwbesluit hoort een verhoging van ongeveer 750%. Dit resulteert in een verhoging van het verwarmingsvermogen van ongeveer 400%! De infiltratie is meestal bekend van een gebouw dat gemonitord gaat worden. De infiltratie van 1,9 dm3/m2s wordt daarom niet gebruikt voor het eindresultaat, wel geeft dit aan hoe groot het verschil kan zijn als de infiltratie onbekend is. Verder valt op dat de ventilatie en transmissie veranderen. Dit komt omdat het binnen sneller afkoelt door de grote infiltratie. Door snellere afkoeling en het fenomeen beschreven in bijlage 5 zal de T(Tbinnen-Tbuiten) kleiner worden. Een kleinere T resulteert in een lagere energie stroom. Conclusie Uit deze gegevens kan worden geconcludeerd dat een kleine verandering in de luchtdichtheid van de constructie al snel grote gevolgen heeft op het verwarmingsvermogen.

5.2.2 Luchtdruk

Voor de luchtdruk is er geen tabel waar rechtstreeks een minimale en maximale waarde gehaald kan worden. Omdat de luchtdruk o.a. bestaat uit de luchtsnelheid en winddrukcofficint, zijn deze twee factoren gevarieerd.

5.2.2.1 Luchtsnelheid

Om de luchtsnelheid te kunnen variren zijn er gegevens nodig over windsnelheden boven Nederland. De klimaatatlas van het KNMI (KNMI, 2011) geeft deze informatie. Hieruit blijkt dat de gemiddelden door het land heen sterk verschillen. In Arcen en de Bilt is er weinig wind (3,2 m/s) en aan de kust, IJmuiden en Hoek van Holland, waait het het hardst (7,6 m/s). Omdat voor de referentiewoning het weer van Zuid-Limburg is aangehouden,wordt er vooral gekeken naar weerdata van Maastricht. In Maastricht is de langjarige gemiddelde windsnelheid 4,4 m/s. Omdat er niks bekend is over de gemiddeld laagste windsnelheid wordt er slechts 1 m/s afgetrokken van de windsnelheid uit TRNSYS. Op die manier wordt de laagste gemiddelde wind in Nederland benadert. Er is wel data over de gemiddelde hoogste windsnelheden. Hieruit blijkt dat het in de zomer ongeveer 1 m/s hoger ligt dan gemiddeld, in de winter kan dit tot wel 5 m/s hoger liggen. Gemiddeld zal dit per jaar ongeveer + 3,5 m/s zijn. Met behulp van Vergelijking 2-3 is deze verandering in windsnelheid omgezet in een verandering in infiltratie. De infiltratiewaarde kan vervolgens eenvoudig ingevoerd worden in TRNSYS.


Resultaat Wederom geldt dat het procentuele verschil ten opzichte van de referentie voor de vrijstaande en tussenwoning nagenoeg gelijk zijn aan elkaar. Zo levert een lagere windsnelheid een reductie van 17% infiltratie en een reductie van 7% van het verwarmingsvermogen op. Bij de gemiddeld hoge windsnelheid het hele jaar treedt er een verhoging van 135% infiltratie op. Dit resulteert in een extra verwarmingsvermogen van 65%. De ventilatie en transmissie stijgen om de zelfde reden als hierboven bij de luchtdichtheid genoemd. Conclusie Omdat deze parameter afhankelijk is van het weer kan hij niet eenvoudig benvloed worden. Om de wind te breken zou bijvoorbeeld begroeiing om het huis geplant kunnen worden, mits het huis niet midden in de stad staat.

5.2.2.2 Winddrukcofficint

De winddrukcofficint is een dimensieloze factor die afhankelijk is van de plek op de gevel. Op de gevel waar de wind tegenaan blaast is er een hoge winddrukcofficint. Aan de tegenoverstaande gevel van het gebouw heerst meestal een onderdruk en is de cofficint negatief. Volgens (MSc. Van Herpen, 2012) kan de winddrukcofficint variren tussen 0,2 en de 0,7. Deze waarden zijn dan ook als minimum en maximum genomen. Door de waarde in Vergelijking 2-3 te veranderen zijn er een maximum en minimum infiltratie uit gekomen. Resultaat Resultaat van laagste winddrukcofficint is een infiltratie reductie van 40% en 18% verlaging van verwarmingsvermogen. Voor de hoogste cofficint is er een infiltratie verhoging van 25% en het verwarmingsvermogen neemt met 11% toe. Conclusie Op basis van de verandering in infiltratie is het duidelijk dat de plek op de gevel waar gemeten wordt van invloed is.

5.2.3 Binnentemperatuur

Er is vanuit gegaan dat de mensen die het niet snel koud hebben of eerder een trui aan trekken de verwarming op 18C hebben staan. Vaak hebben ouderen de verwarming hoger staan. Er wordt van 22C als een maximum uitgegaan. Er zijn altijd uitzonderingen die hoger of lager zijn dan de aangehouden minimum/maximum maar het merendeel is hierdoor ondervangen, zie Figuur 17.

Figuur 17 Typering van de patronen van temperatuursinstelling (tabel 2-3 (Ministierie van VROM, 2010))

Resultaat De simulatie laat zien dat er 10-12% minder verwarmingsenergie nodig is door de thermostaat 2 graden lager te zetten. Als de thermostaat van 20 naar 22C wordt verhoogd, kan dit 13-19% extra verwarmingsenergie betekenen.


De resultaten van deze simulaties zijn anders dan verwacht. Dat de verwarmingsvraag afneemt bij een lagere set-temperatuur en stijgt bij een hogere set-temperatuur is logisch. Het vreemde hierbij is dat de procentuele daling/stijging in de vrijstaande woning kleiner is dan in de tussenwoning. Er werd verwacht dat dit gelijk was of zelfs andersom. In een vrijstaande woning is er meer lucht die opgewarmd moet worden en meer geveloppervlak waardoor de warmte kan stromen. Door de energiebalans van de referentiewoningen (Figuur 16) n de energiebalans bij de varianten van 18C en 22C (Figuur 18) te bekijken, kan een verklaring worden gegeven voor het hierboven beschreven verschijnsel. Het relatieve verschil tussen 18C en 22C op de verwarmingsenergie is voor beide woningen gelijk (3%). Het was bekend dat de vrijstaande woning (26%) een groter aandeel verwarmingsenergie in de energiebalans heeft dan de tussenwoning (16%). Een verandering van 3% op 16% heeft een groter effect dan de verandering van 3% op 26%. Hierom stijgt de tussenwoning sterker dan de vrijstaande woning.

Figuur 18 Energiebalans bij set-temperatuur 22C en 18C voor vrijstaande- en tussenwoning

Conclusie Het veranderen van de set-temperatuur kan op een eenvoudige manier relatief veel energie besparen. In een vrijstaande woning is het verschil iets kleiner dan in een tussenwoning. Relatief gezien wordt in een tussenwoning meer energie bespaard door de thermostaat lager te zetten dan in een vrijstaande woning. Absoluut gezien wordt in een vrijstaande woning uiteraard meer bespaard.


5.2.4 Isolatiewaarde gevel

Voor het veranderen van de U-waarde van de muren is er gekeken naar veel gebruikte configuraties. Na onderzoek bleek dat veel jaren 50-70 woningen bestaan uit twee muren met een spouw van circa 5 cm. Dit is aangehouden als laagste U-waarde. De ramen zijn ook aangepast op de bijpassende situatie. Zo is voor enkel glas gekozen bij een woning met een ongesoleerde spouw. Verder is er om het effect van spouw isolatie te zien een simulatie gemaakt waarin de spouw is gevuld met isolatie, hierbij is dubbelglas gekozen als glas type. Bij het zoeken naar warmtedoorlatendheid van gevels, bleek de referentiewoning niet aan het Bouwbesluit te voldoen. In een aanvulling op het Bouwbesluit staat het volgende: "Met het eerste lid is de Rc-waarde voor verticale uitwendige scheidingsconstructies van een verblijfsgebied, een toiletruimte of een badruimte is verhoogd van 3,5 naar 4,5 m

2.K/W. Met een Rc-waarde van 4,5 is het nog mogelijk om een

metselwerkspouwmuur te bouwen met de in Nederland gebruikelijke bouwwijzen. Voor horizontale en schuine uitwendige scheidingsconstructies is op grond van het tweede lid de Rc-waarde verhoogt naar 6,0 m

2.K/W."

De gevel moet dus van 3,5 naar 4,5 m2K/W stijgen en het dak zelfs tot 6 m2K/W. Deze variant volgens Bouwbesluit is ook gesimuleerd. De referentie blijft staan op 3,5 m2K/W omdat hier al een aantal simulaties mee gemaakt zijn. Een passiefhuis2 is als maximum isolatie aangehouden. Voor passieve huizen geldt vaak een Rc van 10 m2K/W. Om een verloop te zien in mate van isolatie en besparing, is er ook een variant gemaakt met Rc-waardes rond de 6,5 voor de gevel en 7 voor het dak. Dit is tevens een goede middenweg tussen muurdikte en isolatie. Een Rc van 6,5 m2K/W is haalbaar in een niet al te dikke muur. Voor het passiefhuis zijn muren van meer dan 40/50 cm nodig om aan de Rc van 10 m2K/W te komen. De ZTA-waarde van de ramen is geprobeerd gelijk te houden. Op deze manier heeft de zon-instraling minder invloed op de energiebalans. Helemaal gelijk is de ZTA niet gebleven bij het veranderen. Zo is hij bij enkel glas 0,1 hoger en bij HR+++ glas 0,02 dan de referentie. Dit is terug te zien aan procentuele verandering van de zon-instraling in de resultaten. Resultaten In de tussenwoning versie zonder isolatie is er bijna 7x meer verwarmingsvermogen nodig dan de referentiewoning. In de vrijstaande woning is dit 5,5x zo veel als de referentie. Bij de extreem goed gesoleerde passiefhuis variant wordt het verwarmingsvermogen ongeveer gehalveerd. Wel treedt er in de tussenwoning een onacceptabel aantal overschrijdingsuren op. De ventilatie neemt sterker toe/af dan de andere verliesposten. Dit heeft wederom te maken met het temperatuurverschil tussen binnen en buiten, zie bijlage 5. In een slecht gesoleerde woning zal de T kleiner worden en in een goed gesoleerde woning juist groter. Verder valt op dat de procentuele verandering van de transmissie kleiner is dan de verandering in verwarmingsenergie. Absoluut gezien (op de verandering van ventilatie, infiltratie en zon na) zijn de veranderingen wel gelijk aan elkaar. In Figuur 16, is te zien dat de transmissie een groter aandeel heeft dan de Qheat in de energiebalans. Als ze beide evenveel stijgen zal de verandering van Qheat groter zijn dan die van de transmissie.

2 Voor uitleg passiefhuis zie begrippenlijst.


Figuur 19 grafiek van isolatiegraad vs. Energiebesparing.

Om het effect van isoleren beter weer te geven is Figuur 19 gemaakt. Om te laten zien dat het verloop van de vrijstaande woning gelijk is aan de tussenwoning, is de tussenwoning op de rechter as gezet. In het figuur is duidelijk te zien dat het loont om een ongesoleerd huis te isoleren. Daarna loopt de lijn steeds vlakker en is het effect van extra isolatie steeds kleiner. Desalniettemin wordt er vanaf Rc 3,5 per 1 Rc omhoog nog steeds ongeveer 10% bespaard op de verwarming. Conclusie De isolatiewaarde van de gevel heeft een grote bandbreedte, het verschil tussen de slechtste en de beste isolatie is zeer groot. Als een huis beter wordt gesoleerd levert dit een besparing op maar de besparing zal wel steeds kleiner zijn naarmate de isolatiewaarde toeneemt. Bij het beter isoleren van tussenwoningen moet er goed naar de oververhitting in de zomer gekeken worden. In een vrijstaande woning is dit veel minder aan de orde. Een effectieve zonwering kan al veel helpen.

5.2.5 Zonwering

De zonwering is gevarieerd door het toepassen van alleen binnenzonwering als minimum. Als maximum zonwering is er voor gekozen rolluiken te gebruiken die de persoon vervolgens bijna altijd naar beneden laat. In TRNSYS kan worden aangegeven bij hoeveel W/m2 op de gevel de zonwering moet zakken. Standaard voor automatische zonwering, in referentie aangehouden, gaat de zonwering bij 70 W/m2 naar beneden. Bij de binnenzonwering is niet alleen type zonwering aangepast maar ook de voorwaarde voor het naar beneden laten van de zonwering. Voor de handbediende zonwering is deze waarde op 140 W/m2 gehouden. Hierdoor komt er dus meer zon binnen voor de zonwering naar beneden zal gaan. 70 W/m2 is te vergelijken met ongeveer de sterkte van de zon rond 8 uur 's ochtends op een heldere zomerdag, net voor hij echt warm wordt. Resultaat Beide woningen worden met alleen binnenzonwering veel te heet. Omdat dit niet leefbaar is, is ervoor gekozen buitenzonwering toe te passen die hand bedient is. De handbediening zorgt ervoor dat de zonwering pas later naar beneden gaat. Met rolluiken die bijna nooit open gaan wordt in de tussenwoning 23% minder zonnewarmte binnen gelaten, in de vrijstaande woning is dit zelfs 37%. Op de verwarmingsenergie heeft het een geringere invloed. Beide woningen moeten 9% meer verwarmingsenergie leveren.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 2 4 6 8 10 12

Ve

rwar

min

gsve

rmo

gen

[kW

h]

Rc-waarde schil [m2*K/W]

Isolatie vs. energiebesparing

vrijstaande

tussen


Met zonwering op handmatig komt er in de tussenwoning 13% meer zon binnen en in de vrijstaande woning 27% meer zon. Dit resulteert voor de tussenwoning en de vrijstaande woning in een reductie van verwarmingsenergie respectievelijk 4 en 6%. Uit de resultaten blijkt een optimalisatie mogelijk in de vrijstaande woning door de zonwering pas omhoog te laten gaan als er meer W/m2 zonnestraling op de gevel valt. De extra oververhitting is namelijk minimaal waardoor verwarmingsenergie wordt bespaard. De zonwering is hier niet op aangepast om de vrijstaande en tussenwoning beter met elkaar te kunnen vergelijken. Conclusie Een effectieve zonwering is nodig om extreme oververhitting van de woningen te voorkomen. Verder is het effect tussen automatische zonwering (referentie), handmatige zonwering en rolluiken gering op de verwarmingsvraag. Dit heeft echter wel grote invloed op het zomercomfort in de woning.

5.2.6 Glasoppervlak

Het glasoppervlak zal in een bestaand gebouw niet snel veranderen. Om toch een idee te krijgen wat de invloed van het glasoppervlak is, is er met het oppervlak gevarieerd. Omdat de zon voornamelijk naar binnen komt op de door de zon beschenen gevels is het glasoppervlak van deze gevels gevarieerd. Voor de tussenwoning is dit alleen de zuid gevel, voor de vrijstaande woning zijn dit de oost, zuid en west gevel. De verhouding tussen glasoppervlak en het geveloppervlak op de zon gevels wordt met 80% verkleind als minimum en 33% groter gemaakt als maximum. Resultaat Ondanks dat er in de tussenwoning 25% minder zonnewarmte binnen komt en in de vrijstaande woning zelfs 50% minder liggen de verschillen in verandering van het verwarmingsvermogen dicht bij elkaar. Gemiddeld wordt er 15% minder verwarmingsenergie gevraagd bij verkleinen van het glasoppervlak. Omdat de gevel nu groter is geworden, en deze een beter Rc heeft dan het glas, neemt de transmissie af. Aan het feit dat de verwarmingsenergie afneemt i.p.v. toeneemt kunnen we concluderen dat de transmissie een veel grotere invloed heeft dan de zon-instraling. Als het glasoppervlak groter wordt, zorgt dit voor een toename van de zonenergie van 11% respectievelijk 20% in de tussenwoning en de vrijstaande woning. Ook zorgt het voor een toename van de verwarmingsenergie van gemiddeld 6,5%. Conclusie Minder glasoppervlak is beter voor het benodigd verwarmingsvermogen door de betere gemiddelde isolatiewaarde. Het heeft dus zin om tijdens de ontwerpfase kritisch te kijken naar het benodigde glasoppervlak.

5.2.7 Warmteterugwinning ventilatie

Als minimum warmteterugwinning is er vanuit gegaan dat er geen wtw in de woning is. Als maximum is 95% aangehouden, dit zou de wtw volgens (Agentschap NL, september 2013) halen. In de praktijk blijkt dit bijna niet haalbaar (Op 't Veld & Smolders, 2001). Uit het laatst genoemde rapport blijkt dat het minimum rendement van de wtw 70% is. Dit rendement is ook meegenomen in de simulatie. Resultaten In de vrijstaande woning zijn de verschillen in ventilatie energie groter dan in de tussenwoning. Dit komt omdat er meer lucht wordt geventileerd in de vrijstaande woning. De invloed op de verwarmingsenergie is echter groter in de tussenwoning. Dit kan verklaard worden door naar Figuur 16 te kijken. De ventilatie in de vrijstaande woning is een veel kleiner partje dan in de tussenwoning. In de tussenwoning gaat, bij het niet aanwezig zijn van wtw, het verwarmingsvermogen met 70% omhoog. In de vrijstaande woning is dit 38%. Door het verbeteren van het rendement naar 95% kan gemiddeld 10% op het verwarmingsvermogen bespaard worden.


Conclusie De aanwezigheid van warmteterugwinning op de ventilatie heeft een grote invloed op het verwarmingsvermogen, met name in de tussenwoning. Door het verbeteren van het warmteterugwinning rendement kan er nog een kleine winst behaald worden op het verwarmingsvermogen.

5.2.8 Ventilatie

Om de ventilatie te variren, is er gekeken naar de verschillende ventilatiesystemen. Een veel gebruikt systeem in woningbouw is de drie-standen ventilatie. De bewoner bepaalt de hoeveelheid ventilatie met drie standen. Deze drie standen zijn gesimuleerd door het ventilatiedebiet te veranderen volgens (Op 't Veld & Smolders, 2001). Hierbij is geen tijdschema gebruikt, de ventilatie is dus continu aan. Om te ventileren is er een ventilator nodig en deze gebruikt stroom. Om te kijken hoeveel het verschil tussen de verschillende standen is, is het elektriciteitsverbruik van de ventilatoren hier meegenomen. Resultaat Het verschil in verwarmingsenergie is tussen stand 1 en stand 3 ongeveer 20% in de tussenwoning. Voor de vrijstaande woning is dit verschil nog kleiner slechts 8%. Het verschil met de referentie is niet heel groot omdat deze niet continu aan staat maar wel op stand 3 ventileert. In de tussenwoning kan het verwarmingsvermogen tot 25% omhoog gaan als de ventilatie continu aan zou staan op stand 3. De gekozen referentie ligt tussen stand 1 en 2 in, de referentie is dus redelijk goed gekozen. Bewoners zullen namelijk vooral tussen stand 1 en 2 schakelen. Tabel 1 Elektriciteitsverbruik bij verschillende ventilatie standen

Qventilator [kWh/jaar]

Vermogen [W]

stand 1 79 9

stand 2 280 32

stand 3 578 66

Ref 322 66

Het elektrisch vermogen is bepaald door de specificaties van een aantal wtw ventilatie-units te bekijken. Stand 1 gebruikt meestal maar heel weinig vermogen en dit loopt meestal sneller op naarmate de belasting groter wordt op de ventilator. De referentie zit nu niet tussen stand 1 en 2 in omdat er vanuit is gegaan dat de ventilator, als deze aan staat, op stand 3 draait. Als daadwerkelijk tussen stand 1 en 2 gewisseld wordt door bewoners zal het verbruik ook ergens tussen die waarden liggen. Conclusie De ventilatiestand heeft niet direct een grote invloed op het verwarmingsvermogen, mits er een wtw-unit aanwezig is. Als de ventilatie lager wordt gezet, wordt er een kleine hoeveelheid verwarmingsenergie bespaard omdat er minder lucht verwarmd hoeft te worden. Anderzijds bespaart het ook ventilatie-elektriciteit. Wel moet de luchtkwaliteit gehandhaafd blijven.

5.2.9 Interne warmtelast

De interne warmtelast is verdeeld over de apparaten en personen, hieronder zijn deze uitgelicht.

5.2.9.1 Personen

Om het aantal personen te variren, is er gekeken naar het percentage van de interne warmtelast die van de personen komt. Dit is gemiddeld tussen de 20-30%, met de gegevens uit (ISSO, 2010). Er is


aangenomen dat de ISSO 32 van 4 personen uitgaat. Voor het minimum is de 20-30% van de interne warmtelast is terug gebracht naar n persoon, afhankelijk per ruimte. In de slaapkamer heeft persoonswarmte meer invloed dan bijvoorbeeld in de woonkamer. Als maximum is uitgegaan van 6 personen in de woning. Resultaten De interne warmtelast door personen maakt meer uit dan gedacht werd. Zo is er ongeveer 8% extra verwarmingsenergie als maar een persoon aanwezig is. Twee personen extra maken minder uit, slechts 5% minder verwarmingsvermogen. De interne warmtelast verandert relatief meer in de vrijstaande woning omdat hier de verhoudingen van de oppervlakken anders liggen. De keuken en woonkamer zijn in verhouding een stuk groter in de vrijstaande woning dan de tussenwoning. Conclusie De afgegeven warmte door personen heeft vooral bij minder personen een redelijke invloed op de verwarmingsenergie. Extra personen leveren geen grote voordelen op de verwarmingsenergie.

5.2.9.2 Apparaten

Om de apparaten te minimaliseren is de warmtelast opgebouwd uit personen en verlichting. Hierbij wordt uitgegaan dat bewoners nauwelijks apparaten hebben. Als maximum is er een aanname gedaan dat er 30% meer interne warmtelast zal zijn. Dit zou veroorzaakt kunnen worden door iemand met veel apparatuur, aquarium etc. Resultaten Bij afwezigheid van apparatuur in een woning loopt het verwarmingsvermogen sterk op. 16% extra in de vrijstaande woning en zelfs 33% in de tussenwoning. Dertig procent meer interne warmtelast levert een reductie van 10% in de vrijstaande tot 18% in de tussenwoning op. Extra apparatuur is gunstig voor het verwarmingsvermogen omdat die energie uiteindelijk als warmte in de ruimte komt. In de zomer is extra apparatuur ongunstig omdat deze de ruimte nog verder opwarmen. Conclusie Apparaten leveren een reductie op voor het verwarmingsvermogen echter dit is niet een op een. Als apparatuur 10% meer warmte afgeeft, levert dit niet een reductie van 10% op de verwarmingsenergie op. In de zomer is de interne warmtelast vaak ongewenst terwijl deze in de winter helpt de ruimte warm te houden.

5.2.10 Buiten temperatuur

Ondanks dat het weer niet te benvloeden is, is er een manier gezocht om deze wel te kunnen variren. Om de buitentemperatuur te variren is er bij het KNMI in de klimaatatlas (KNMI, 2011) gezocht naar langjarige gemiddelde. Uit de gevonden gegevens bleek dat de gemiddelde minimum en maximum jaartemperatuur ongeveer 4,5C boven en onder het gemiddelde ligt. De temperatuur die uit de weermodel van TRNSYS komt is daarom het hele jaar met 4,5C opgeteld respectievelijk afgetrokken. Resultaat In het koudere jaar wordt meer dan de helft extra verwarmingsvermogen gevraagd. Voor een warmer jaar is er een reductie van 40% op het verwarmingsvermogen. Dit gaat wel ten kosten van het bewonerscomfort door, in beide woningen, een flinke overschrijding van het aantal PMV uren. De ventilatie valt op omdat deze totaal niet mee gaat met de infiltratie en de transmissie. Om er achter te komen waardoor dit komt, is er een onderzoek gedaan naar de oorzaak. Na het uitsluiten


van een aantal verdachte punten, kwam naar voor dat de by-pass3 van de warmteterugwinning de boosdoener was, zie bijlage 5 voor uitgebreider onderzoek. Omdat in een warmer jaar vaker de setpoint temperatuur wordt overschreden zal de by-pass vaker gebruikt worden. Dit resulteert in een hogere T in de zomer en een kleinere T In de winterperiode ten opzichte van de referentie. Omdat er in een warmer jaar in de winter minder energie stroomt en in de zomer meer (door de by-pass) blijft de ventilatie ongeveer gelijk. Voor een kouder jaar geldt het omgekeerde. Conclusie De buitentemperatuur kan voor een redelijke variatie zorgen in verwarmingsenergie. De invloed van de buitentemperatuur op de ventilatie is gering door de aanwezigheid van warmteterugwinning.

5.2.11 Zon straling/intensiteit

Om de variatie te bepalen is er gekeken naar gegevens van het KNMI van de laatste 25 jaar, Tabel 2. Hieruit blijkt dat het verschil tussen die jaren niet erg groot is. Door het gemiddelde te pakken en deze te vergelijken met de laagste en hoogste waarde is er een variatie bepaald. Als minimum is de zon met 8% verlaagt. Voor het maximum is de zon verhoogt met 5%. Tabel 2 overzicht van zon straling in Nederland

Langjarig gemiddelde:

Gem.: 368292 J/cm2

Verschil:

1990 366000 -0,6%

1995 366000 -0,6%

2000 338000 -8,2%

2010 385402 4,6%

2011 380409 3,3%

2012 373022 1,3%

2013 376163 2,1%

2014 385951 4,8%

Resultaat De zon-instralingsenergie neemt gemiddeld 6,5% af als er minder zon is in een jaar. In een jaar met meer zon neemt de zon-instralingsenergie gemiddeld 4,3% toe. De verandering van de benodigde verwarmingenergie is klein. In de vrijstaande woning varieert het van -1% tot +2% en in de tussenwoning van -2 tot 3%. Conclusie De zon straling/intensiteit in Nederland is vrij constant, hierdoor is de invloed op de verwarming minimaal.

5.2.12 Geveloppervlak

Het geveloppervlak kan niet kleiner gemaakt worden in een bestaand gebouw. De minimum is hier dus 0. Om een rele verandering in geveloppervlak te maken is er gekeken naar mogelijke uitbouwen. Voor de tussenwoning is een uitbouw van de woonkamer naar achter aangehouden van 2,7 bij 2,7 bij 2,6 meter. Bij De vrijstaande woning is de woonkamer 2meter verlengd. Als deze aanbouwen zo in TRNSYS gesimuleerd worden, verandert het gebruiksoppervlak ook. Dit kan een vertekend beeld geven van de verandering puur ten gevolge van het geveloppervlak. Om alleen het geveloppervlak te veranderen, is in TRNSYS het externe geveloppervlak groter gemaakt. Hierbij is gebruik gemaakt van de verhouding tussen gebruiksoppervlak en geveloppervlak.

3 Zie begrippenlijst voor uitleg by-pass.


Resultaten De infiltratie verandert het meest in de tussenwoning 15% extra. In de vrijstaande woning is dit 3% extra. De transmissie en ventilatie veranderden maar een klein beetje. Op de verwarmingsenergie heeft de verandering van de gevel een vergelijkbaar effect als op de infiltratie. De tussenwoning heeft 14% meer verwarmingsenergie nodig en de vrijstaande woning slechts 3%. Conclusie Vergroten van geveloppervlak heeft vooral invloed op de infiltratie. In een kleine woning heeft een uitbouw een groter effect dan in een grotere woning.

5.2.13 Accumulatie

Om de accumulatie te variren is de massa van de muren hoger of lager gemaakt. Voor een maximum waarde zijn de muren heel zwaar gemaakt. Als minimum zijn alle gevelelementen weggelaten op de isolatie na. Isolatiemateriaal heeft namelijk een heel lage soortelijke massa. Resultaten De resultaten waren zo gering,


8%

88%

1% 3%

Transmissie

Tbuiten

U-waarde

Opp gevel

Tbinnen

10%

87%

0.2% 3%

Transmissie

Tbuiten

U-waarde

Opp gevel

Tbinnen

16%

40%

38%

3% 3%

Infiltratie

Tbuiten

luchtdruk

luchtdichtheid

Opp gevel

Tbinnen

16%

41%

39%

1% 3%

Infiltratie

Tbuiten

luchtdruk

luchtdichtheid

Opp gevel

Tbinnen

Transmissie Voor beide woningen is de isolatiegraad ruimschoots de grootste invloed op de transmissie. Daarna komt de buitentemperatuur. Het geveloppervlak en de binnentemperatuur zijn maar van zeer kleine invloed op de transmissie.

Infiltratie De infiltratie is iets gelijkmatiger verdeeld. De luchtdruk op de gevel heeft samen met de luchtdichtheid van de gevel het grootste invloed op de infiltratie (80%). De buiten temperatuur heeft hierbij 16% in beide woningen. Het geveloppervlak en de binnentemperatuur hebben een zeer geringe invloed op de infiltratie.

Figuur 20 Resultaat van invloed op transmissie tussenwoning (l) en vrijstaande woning (r)

Figuur 21 Resultaat van invloed op infiltratie tussenwoning (l) en vrijstaande woning (r)


3%

27%

69%

1%Ventilatie

Tbuiten

ventilatiedebiet

WTW

Tbinnen

1%

16%

82%

1%

Ventilatie

Tbuiten

ventilatiedebiet

WTW

Tbinnen

6%

19%

75%

Zon-instraling

zon straling

raam opp

Zonwering

3%

24%

73%

Zon-instraling

zon straling

raam opp

Zonwering

Ventilatie De ventilatie energie wordt gedomineerd do

Afstudeerverslag Casper Janssen · zonnestraling, apparaten en personen. Voor dit onderzoek is er...

Documents

Transcript of Afstudeerverslag Casper Janssen · zonnestraling, apparaten en personen. Voor dit onderzoek is er...