Toekomstbestendige installatieconcepten voor de...

Toekomstbestendige installatieconcepten voor de

woningmarkt

Hans van Wolferen

10 mei 2017 - Ede

Van Wolferen Research

Ervaring

• Verwarming, warmtapwater, koeling

• Rapporteur EPG en EMG (NEN 7120 / 7125)

• Betrokken bij CEN normen EPBD

• Opstellen GWV voor warmtenetten en

WKO/WP-systemen

• Product- en systeemontwikkeling

• Legionellapreventie

Onderwerpen

Het kader voor het ontwerp

• Doelstellingen en instrumenten vd overheid

• Bronnen van Duurzame Energie

• Overige eisen (comfort, geluid, luchtkwaliteit)

Het ontwerp

• Bouwkundige basis:

warmte, koude, ventilatie, tapwater

• Verschillende klimaatsystemen

Doelstellingen overheid

• Energieagenda

Vrijwel CO2-neutrale economie in Nederland in 2050.

• Het aardgas verdwijnt uit de Nederlandse huishoudens. Geen

nieuwe gasinfrastructuur en de aansluitplicht wordt geschrapt.

• Verwarming door warmtenetten

gevoed door restwarmte uit industrie, afvalverbranding en

warm water uit geothermie.

• Koken elektrisch.

• Ook het vervoer gaat naar elektriciteit en waterstof. Vanaf

2035 geen „fossiele” auto’s te koop.

Overheid en woningmarkt

Doelstellingen

• Nieuwbouw BENG 2019 / 2021

• Gasloos?

Instrumenten

• Bouwbesluit / Omgevingsvergunning

• EPC → BENG (nieuwbouw)

• EPG → Nieuwe methode

• Energielabel (bestaande bouw), WWS

• Subsidieregelingen

Bouwbesluit, EPG en EPC

Bouwbesluit* vereist gebruik EPG om

Energieprestatie-coëfficiënt EPC te

berekenen

Twee normen

• NEN 7210 – EPG:2011 – A-blad:2017

• NEN 8088 – Ventilatienorm

Aanscherping EPC

• Bouwbesluit geeft maximum EPC

• voor U-bouw per functie

EPC eis 1996 1998 2002 2006 2011 2015 2020

Woningen 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0

Utiliteit 50% energiezuiniger in 2017

Nieuwe EP Methode

• Opdracht van BZK

• NEN als programmamanager

• Geen norm maar NTA 8800

– Geen commentaarronde

– Programmaraad – projectgroep - taakgroepen

• Uiterlijk medio 2018 (90%-versie) operationeel voor het overgrote deel van de nieuwbouw.

• Vanaf 2021 wettelijk van kracht.

Nieuwe EP Methode (2)

• Splitsen beleid – fysica

• Verschillende nauwkeurigheidsniveaus

(inklapbaarheid)

• Werkelijke energiegebruik van een

gebouw op individueel niveau

• Energielabel - verbetermogelijkheden

Nieuwe EP Methode (3)

Opties voor de inhoud

• Huidige EPG methoden of

• CEN normen (EPBD)

– verre van compleet

– niet eenvoudig bruikbaar

• Verwachting

– CEN: overarching standard / gebouwmodel

– EPG: Installaties

• Maand of uur basis

EPC bepaling

EPTot - Karakteristiek Energiegebruik Gebouw

EPC = ---------------------------------------------------------- EP;adm;tot;nb – Toelaatbaar energiegebruik (functie van Ag, Als)

• Karakteristiek Energiegebruik in MJ (primair)

• Bouwbesluit stelt maximum EPC-eis, per gebouwtype

• Overige indexen ook op basis Karakteristiek Energiegebruik

EPC bepaling

Karakteristiek Energiegebruik Gebouw, o.a: • Verwarming (H) + hulpenergie (aux)

• Warmtapwater (W) + hulpenergie (aux)

• Ventilatoren (V)

• Verlichting (L)

• Koeling (zomercomfort) (C/SC)

• Bevochtiging (hum)

• Ontvochtiging (dhum) (is geheel opgenomen in koelbehoefte)

• Opwekking elektriciteit (el)

Zomercomfort als geen koelinstallatie aanwezig is

Nieuw in EPG en EMG

EPG (NEN 7120)

• Methode COP bepaling voor B/W en W/W WP

• Methode COP Booster WP

• Lagere waardering DWTW

• Waardering biobrandstof

• Lagere e-factor elektriciteit: 2,14 ipv 2,56

EMG (NEN 7125)

• DE en Groen Gas als gebiedsmaatregel binnen 10 km?

• Biogasnetten

All electric: EPC van 0,4 naar 0,33

Van EPC naar BENG

Handreiking BENG (RVO-site)

• BENG 1 - eisen aan warmte + koudevraag

• BENG 2 - eisen aan primair energiegebruik voor gebouwgebonden gebruik (teller vd EPC)

• BENG 3 - eisen aan aandeel duurzame energie

• Eis voor BENG 1/2 ≤ 25 kWh/m2

• Eis voor BENG 3 ≥ 50%

• Voorlopig alles berekend volgens EPG

Van EPC naar BENG (2)

BENG 1

• Warmtevraag Verwarming (H)

• Koudevraag Koeling (zomercomfort) (C/SC)

• Alleen utiliteit: Verlichting (L)


BENG 2 - primair energiegebruik

• Verwarming (H) + hulpenergie (aux)

• Koeling (zomercomfort) (C/SC)

• Ventilatoren (V)

• Warmtapwater (W) + hulpenergie (aux)

• PV - Opwekking elektriciteit (el)

• Alleen utiliteit: – Verlichting (L)

– Bevochtiging (hum)

– Ontvochtiging (dhum) ? (is geheel opgenomen in koelbehoefte)


BENG 3 - aandeel duurzame energie

Bruto hernieuwbare energie

Primaire energie + Bruto hernieuwbare energie

Bruto hernieuwbare energie

• PV en wind - opbrengst

• WP – opbrengst minus energiegebruik

• Zonneboiler – opbrengst

• Biomassa ketel / WKK – opbrengst

Ontwikkeling van de verschillende bronnen van Duurzame Energie

gas, warmte, elektriciteit

NL - All Electric (1)

Situatie en trends

• Nu ca. 10 % DE

• Vooral wind en biomassa (centrales)

• Vergt nog veel subsidie

• Grote toename Wind

• PV in woningen/gebouwen


Knelpunten

• Grote onbalans vraag – aanbod

• Vraagaanpassing is onvoldoende

• Accu’s voor dag/nacht balans

• Seizoenopslag

– Stuwmeren – te weinig

– Chemisch (H2 , ammoniak)

– Rendementsverlies → Lagere prijs opwekker


Gevolgen voor woningen

• Nu saldering → lagere vergoeding voor

teruglevering?

• Vraagaanpassing in woning?

• Accu’s voor maximalisering eigen

opbrengst?

Biomassa

• Beschikbaarheid biobrandstof

– Potentieel NL / EU / wereld?

– Concurrentie met voeding

– Aanslag op milieu

• Vaste biobrandstof (hout, snippers, pellets)

• Vloeibaar/gasvormig

– olie (palm, koolzaad, …)

– Vergisting vaste biobrandstof

Duurzaam gas

• Vloeibaar/gasvormig

– olie (palm, koolzaad, …)

– Vergisting vaste biobrandstof

• Overschot zon- en wind-energie

elektro-chemisch omgezet en opgeslagen

(H2, ammoniak)

Duurzame warmte

• Geothermie

• Distributie via

warmtenetten

• Zeer hoge COP

> 20

Overige eisen

comfort, geluid, luchtkwaliteit

Comfort

Comfort- of operatieve temperatuur

• Gemiddelde van straling- en luchttemperatuur

• Gevoelig voor luchtsnelheid

• Stabiel (regelgedrag)

• Gelijkmatige verdeeld

• Stralings(temperatuur) asymmetrie

• Optimale gradient: warme voeten, koel hoofd

Geluid – eisen en wensen

• Binnenshuis

– Algemeen < 30 dB

– In slaapkamers is dat voor sommigen te veel

• Aandachtspunten:

– Ventilatoren, pompen, compressor WP

• Buitenshuis < 30 dB

– Buitenunit L/W warmtepomp

Luchtkwaliteit

• Voldoende ventilatie

– CO2-sturing

– Sturing op aanwezigheid

• Juiste criterium voor goede luchtkwaliteit?

– Geur

Ontwerp

warmte, koude, ventilatie, tapwater

Isolatie

Eisen bouwbesluit en haalbare hogere

waarden

voor Rc-waarde [m2K/W]

• Vloer 3,5 / 5,0

• Gevel 4,5 / 5,0

• Dak 6,0 / 8,0

U-waarde ramen [W/m2K]

• Ramen 1,65 / 1,00

Keuze ventilatiesysteem

• C. Mechanische ventilatie natuurlijke toevoer met regelbare roosters en ventilator

• D. Gebalanceerde ventilatie WTW met by-pass – Regeling naar behoefte (aanwezigheid, CO2)

– Regeling als geheel of per vertrek

– Ook voor nachtventilatie voor koeling?

• Voldoende spuiventilatie per vertrek

Keuze ventilatiesysteem (2)

• Effect op setpoint kamertemperatuur

• 1 K lager bij systeem D

• Geen waardering in EPG

Natuurlijke toevoer

Kamer

Mechanische ventilatie

Kamer

Gebalanceerde ventilatie

Zonwering / koeling

Zonder passieve koeling (bodemsysteem)

• Vaste zonwering (overstek)

• Nachtventilatie

• Zonwerend glas (hogere warmtevraag!)

Met passieve koeling

• Nuttige warmte voor bodembalans

• Geen zonwerend glas

Warm tapwater

• Tapvraag ligt vast in de norm

• Extra verlies door lengte uittapleidingen

• Vraagreductie door DWTW of …

Warm tapwater (2)

• Vraagreductie door …recirculatiedouche

• Vooralsnog voor topsegment

Verschillende

klimaatsystemen

Eengezinswoningen

Referentie tussenwoning

• 110 m2

Referentiegebouwen BENG – RVO site

Referentie tussenwoning

• dichte delen

Rc vloer/gevel/dak 3,5/4,5/6,0 m2.K/W

• open delen ramen Utotaal 1,0 W/m2.K, voordeur

1,4 W/m2.K, dakraam 1,65 W/m2.K

• infiltratie qv10;spec 0,40 dm3/sm2

• verwarming HR-ketel

• tapwater DWTW, HR combiketel

• koeling geen

• ventilatie balansventilatie met HR-wtw (D2b2)

• PV 3.500 Wp, circa 17,5 m2

Aardgas

• Gas is uit de gratie – hier als referentie

• Combi-ketel:

Rendement verwarming 95 / 97,5 %;

Rendement tapwater 80% of hoger

• Collectieve ketel(s):

Rendement verwarming 90 / 92,5 %;

Rendement tapwater - verliezen in

circulatiesysteem

DE (PV, Wind)

PV

• Op het eigen dak

• Beperkt potentieel

voor gestapelde bouw

Wind

• Waardering via EMG

• Langdurige contractuele

verbinding vereist

• 10 km grens?

EPC met gasketel en DWTW

PV 3.500 Wp, circa 17,5 m2

Woning 2004

Warmtenetten (1)

Waardering via EMG

Equivalent OpwekkingsRendement (EOR) omvat alle energiegebruik en –verlies

• Distributie – Warmteverliezen

• Warmte- / koudeopwekking – Rendement per opwekker

– Aandeel in de warmte- / koudelevering per opwekker

• Hulpenergie distributie en opwekking

Warmtenetten (2)

Traditionele warmtebronnen:

• Aftapwarmte van E-centrale

• Aftap-/restwarmte van AVI

• Nauwelijks restwarmte industrie

• Bijstook gasketels

• EOR tussen 125 en 300%

• Tapwaterproductie met afleverset (rendement 75 / 85%)

Warmtenetten (3)

Knelpunten – lagere EOR:

• Lagere inzet E-centrales

Meer bijstook

• Lager referentie E-rendement (50%)

Lagere waardering centrales met derving

• Lage warmtelevering per woning in nieuwbouw

Relatief grote distributieverliezen

Warmtenetten (4)

Equivalent opwekkingsrendement warmtenet

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1

Energiefractie STEG

Ren

dem

en

t

Fossiel

AVI

Warmtenetten (5)

Nieuwe warmtebronnen:

• Geothermie

– Hoge temperatuur mogelijk - afhankelijk bron

– Diepe uitkoeling gewenst

• Biobrandstofketels

– Bij grote inzet wordt warmte verspild (netverlies!)

• WKO / WP

– LT net gewenst (< 50 gr.C)

– Tapwater?

Warmtenetten (6)

Toekomst warmtenetten:

• Continuïteit AVI’s (ca. 10)

• Afname aftapwarmte E-centrales

• Vervanging door geothermie?

• Biobrandstofketels als bijstook

• Restwarmte industrie – op welk

temperatuurniveau?

• Kleine, lokale netten met WKO?

Warmtenetten (7)

EPC met warmtenet

PV 3.500 Wp, circa 17,5 m2

Warmtepompen en WKO (1)

Eengezinswoningen / laagbouw

• LT afgiftesysteem (35°C)

• B/W combi warmtepomp

• L/W combi warmtepomp

lagere COP

• Bodem (warmtewisselaars)

als bron van warmte en koude

• Bodembalans!

Warmtepompen en WKO (2)

• Voor LT-verwarming is een hoge COP mogelijk (5 à 6 – primair rendement 200 – 240%)

• Voor HT-verwarming en warmtapwater lijkt een COP van 2,5 à 3 de bovengrens (primair rendement 100 – 120%)

• Hoog rendement koudeopwekking (COP > 10)

• Bodem (warmtewisselaars) of open bronnen als bron van warmte en koude

• Bron moet in balans zijn

• Monitoring aanbevolen

EPC met warmtepompen

PV 3.500 Wp, circa 17,5 m2

Biobrandstoffen (1)

Biobrandstoffen (2)

• Moderne techniek voor een goed rendement en lage emissies van NOx, CO, CxHy

• Maar slechtere prestaties dan gasketels

• De toestellen zijn groter en vereisen ruimte voor de opslag van de pellets

• Waardering in de EPG-EMG - e-factor: – 0,0 ketel onder activiteitenbesluit

– 0,5 ketel voldoet aan eisen emissie / rendement

– 1,0 overige ketels

Biobrandstoffen (3)

Biogas en groen gas – via het gasnet

• Zelfde rendement en emissies als gewone

gasketels

• Benutting bestaande energiestructuur

• Waardering via EMG

• Langdurige contractuele

verbinding vereist

• 10 km grens?

EPC met biobrandstof

Directe elektrische verwarming

• Elektrische convectoren

• Elektrische vloerverwarming

• Stralingspanelen (IR)

Directe elektrische verwarming (2)

• Opwekkingsrendement: 100%

• Claim: lagere warmtevraag

– Meer dynamiek

– Lagere luchttemperatuur – hogere

stralingstemperatuur – waardoor dezelfde

comforttemperatuur optreedt

– Minder verwarming in niet gebruikte ruimten


• Claim: lagere warmtevraag -overwegingen

– Meer dynamiek

Levert wellicht een iets lagere gemiddelde

temperatuur op

– Lagere luchttemperatuur – hogere

stralingstemperatuur – waardoor dezelfde

comforttemperatuur optreedt

Effect kan verschillend uitpakken

– Minder verwarming in niet gebruikte ruimten

Zoals 1e punt sterk afhankelijk van bewonersgedrag


• Comfort vloerverwarming vs stralingspanelen

Gelijkmatige verdeeld Stralings(temperatuur) asymmetrie Optimale gradient: warme voeten, koel hoofd


En het tapwater?

• Elektroboiler (2-4 kW el vermogen)

• Doorstroomheater (24 kW el vermogen) Vergt zware woningaansluiting

• Warmtepompboiler (dan geen WTW)

EPC met elektrische verwarming

PV 3.500 Wp, circa 17,5 m2


Wellicht interessant in weinig gebruikte ruimten waar snel een goed comfort gewenst

• Badkamer is reeds mogelijk binnen de EPG maakt aanleg drinkwater veel eenvoudiger (opwarming / legionellapreventie)

• Studeerkamer

• Let op de bediening: handmatig aan/ automatisch uit

Toepasbaar in bestaande bouw

• Regelbare mechanische ventilatie

• DWTW – bij juiste / voldoende plaats

• HR ketel

• L/W WP (bivalent met ketel) één labelstap t.o.v. HR ketel

• Warmtepompboiler op ventilatielucht (indien een systeem C aanwezig is)

• Pelletketel (past op zolder?)

• Warmtenet (vergt aanpassing leidingloop)

Niet toepasbaar in bestaand

• WTW

vergt nieuw luchtkanaaal

• B/W WP

vergt o.a. bodemwarmtewisselaars

• Direct elektrische verwarming

onvoldoende aansluitvermogen

Verschillende

klimaatsystemen

Gestapelde bouw

Toepasbaar in gestapelde bouw

Vraagbeperking

• WTW

vergt ruimte voor toe- en afvoerkanalen

• DWTW

horizontaal – laag rendement

verticaal – niet eenvoudig

Toepasbaar in gestapelde bouw (2)

Individuele opwekkers

• HR ketel - vergt ruimte voor toe- en

afvoerkanalen

• L/W WP – veel buitenunits

• W/W WP met collectief bronsysteem

en koude leidingen in schachten

tevens koeling

Toepasbaar in gestapelde bouw (3)

Collectieve opwekkers voor verwarming en

afleverset of circulatiesysteem voor warm

tapwater:

• HR ketels

• Pelletketels

• Warmtenet

• Warmtepompsystemen

Warmtepompsystemen

• WKO

• Collectieve WP met LT verwarming

• Hoog rendement koudeopwekking (COP > 10)

• Open bronnen als bron van warmte en koude

• Bron in balans vergt aandacht

Warmtepompsystemen (2)

• COP_H = 4,5

• COP_W = 2


• COP_H = 4,5

• COP_W = 2,5

• Variant: L/W WP

voor warm tapwater

Mitsubish Q-Ton


• COP_H = 4,5

• COP_W = 2,2

• Varianten in aansluiting BoosterWP

WP

B

WP

warm tapwater

koud tapwater

optie bijstook ketel

verwarming LT

koeling (optie)

aquifer bron systeem

intern koudwaternet

aquifer bron

stroomrichting:

omhoog voor verwarmen

omlaag voor koelen

40°C

30°C

9°C

17°C14-17°C

6-9°C

warmte/koude-afgifte

stroming in wisselende richtingen

voor warme/koude bron

warmtewisselaars

Omschakelen

verwarmen/koelen

De toekomst (1)

Energiesystemen voor woningen

Uitgangspunt nieuwbouw (en totale renovatie):

• Goede isolatie, kierdichtheid, zonwering

• Warmteterugwinning waar mogelijk: WTW en DWTW

• Hiermee wordt voldaan aan BENG 1

De toekomst (2)


Overwegingen:

• Besparingsparadox:

Als de warmtevraag voor verwarming (en tapwater) heel laag wordt,

dan wordt het rendement van de opwekker minder belangrijk.

• Waarom zou je dan een warmtepomp kopen als een ketel plus PV

hetzelfde kosten en meer opleveren?

• Dezelfde overweging kan gelden voor directe verwarmers

• Elektrische warmtepompen (of elektrische heaters / IR) vergen een

hoog vermogen en een zwaarder elektrisch net (2500 Euro extra per

woning)

• Gasnet levert een hoog vermogen en is relatief goedkoop (< 1000

Euro per woning)

De toekomst (3)


Nieuwbouw

• Warmtepompen en warmtenetten (met een EOR van 200% of meer)

leveren een hoog rendement en laag energiegebruik.

Hiermee kan aan BENG 2 en 3 worden voldaan.

• Warmtepompen met bodemsystemen leveren tevens koeling.

• Directe elektrische verwarming en biomassa lijken voor nieuwbouw

minder voor de hand liggend.

De toekomst (4)


Bestaande bouw

• Gasketels – voorlopig niet weg te denken

• Warmtenetten

Nieuwe opties

• Regelbare mechanische ventilatie

• DWTW – bij juiste / voldoende plaats

• Biobrandstof ketels

• L-W WP met ketel (hybride systeem)

• L-W WP voor warm tapwater bij circulatiesystemen

Toekomstbestendige installatieconcepten voor de

woningmarkt

Dank voor uw aandacht

Toekomstbestendige installatieconcepten voor de...

Documents

Transcript of Toekomstbestendige installatieconcepten voor de...