het artikel - Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs BV

BALANCEREND NAAR EEN EVENWICHT:
Energieneutrale gebouwen en
In de komende jaren gaat Nederland steeds energiezuiniger
bouwen. Uiteindelijk moet dit in 2020 leiden tot energieneutraal
op het gebouwgebonden energiegebruik. Dat ligt
vast in Europees en Nederlands overheidsbeleid. Ook bij
renovaties leveren vergaande energiebesparingsmaatregelen
belangrijke voordelen op. Woningen en gebouwen kunnen
hierdoor de concurrentie weer aan en de huisvestingskosten
blijven aanvaardbaar voor de gebruiker. Maar om energieneutrale
gebouwen
te realiseren, zijn ingrijpende
wijzigingen in
het ontwerpproces
onvermijdelijk.
Auteurs:
Eric Willems (l) en Erwin Roijen
Figuur 1. Impressie van een gebouw in
De Wijk van Morgen.
EXERGIEBENADERING
De tweede hoofdmethode die als basis
geschikt is voor energieneutraal bouwen
is de exergiebenadering. De centrale gedachte
achter de exergiebenadering is dat
de kwaliteit van de aangeboden energie
zoveel mogelijk aansluit bij de kwaliteit
van de gevraagde energie III . Ook bij de
exergiebenadering is vraagbeperking het
belangrijkst (stap 1 van de Trias Energetica).
Maar daarna speelt de stedenbouwkundige
situatie een rol: de vraag of er
met actieve en passieve zonnewarmte
laagwaardige (rest)warmte in de omgeving
beschikbaar is (stap 2 van de Trias Energeningen
te ontwerpen. De eerste methode
is passiefbouwen. Zowel voor nieuwbouw
als voor bestaande bouw maken we
optimaal gebruik van stap één in de Trias
Energetica: beperk de energievraag door
bouwkundige maatregelen (extra isoleren,
zeer luchtdicht bouwen, geïsoleerde
ramen, deuren en kozijnen voorzien van
HR+++ (drievoudig) glas) en geen koudebruggen.
Hierin staat de bouwkunde
centraal. Daarnaast maakt het concept
gebruik van HR-ventilatie met wtw en
zomernachtventilatie. Een gecertificeerde
bepalingsmethode is PHPP-NL. Voorbeeldprojecten
zijn het Columbuskwartier te Almere,
de Wijk van morgen te Heerlen en de
Bestaande wijk van Morgen te Kerkrade II .
Illustratie kan echt
niet groter. Kwaliteit
is beroerd (er moet
een betere zijn)
Naarmate een gebouw energiezuiniger
wordt, neemt de onderlinge samenhang
tussen bouwkundige, bouwfysische en
installatietechnische eigenschappen
enerzijds, en de prestaties van het energieverbruik,
comfort en gebruikersgemak
anderzijds, toe. Dit vraagt om een integrale
aanpak (integraal ontwerpen) en een
benadering vanuit concepten. Bovendien,
om energieneutrale projecten tot stand te
brengen is ook een proces- en systeeminnovatie
nodig. Deze innovatie zal zich bij
energieneutrale gebouwen nadrukkelijk
richten op de interactie met de omgeving.
Naast het oogsten van duurzame energie
zal dit ook bestaan uit het slim uitwisselen
van energie tussen gebouwen en duurzame
bronnen.
ENERGIENEUTRALE WONINGBOUW
Bij gebrek aan een eensluidende, algemeen
geaccepteerde definitie gaan we hier
ervan uit dat energieneutraal gelijk is aan
een fossiel energieverbruik van nul over
een jaar gemeten. Dan blijkt al snel dat
energieneutrale gebouwen nog steeds fossiele
brandstoffen kunnen gebruiken, mits
zij dit op een ander moment compenseren
met de opwekking van duurzame energie.
In de praktijk zijn woningen met een EPC
van circa 0,3 [-] al energieneutraal te maken
door eigen opwekking van duurzame
energie I . Daarbij mist de EPC-berekening
de componenten gebruikersgebonden en
materiaalgebonden energieverbruik, die
we dus nog apart moeten beoordelen.
Er zijn twee hoofdmethoden om deze wo-
I
Energieneutraal Bouwen, hoe doe je dat?; versie 04-10-2010; AgentschapNL; Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer
II
www.DeWijkvanMorgen.nl; Columbuskwartier Almere, BAM/Cauberg-Huygen 2010
III
Exergiewaarde biedt inzicht in duurzaamheid; E.J.A. Roijen; VV+; juli/augustus 2008
26 ISSO ThemaTech - april 2012 - Energieneutraal Bouwen

smart grids
tica). Tot slot gaat het in deze methode om satie van ventilatorenergie voor ventilatie,
de afstemming van de technische installaties
op de beschikbaarheid van laagwaartoetreding
en verdiepingshoogte. Voor
optimalisatie glaspercentage, daglichtdige
warmte. De interactie tussen gebied gebouwgebonden zonne-energie is een
en installatie staat centraal. Voorbeelden kantoorgebouw minder geschikt door
zijn het mijnwaterproject in Heerlen en het meestal beperkte, nuttig te gebruiken
Rijnenburg in Utrecht IV .
dakoppervlak of door de schaduwwerking
Om deze gebouwen vervolgens energieneutraal
te maken zal in een all-electric
op gevels door omliggende gebouwen.
situatie nog zeker 40 kWhe/m 2 uit duurzame
bronnen gehaald moeten worden. kelijker te kijken naar vraagbeperking van
Daarom ligt het voor de hand om nadruk-
Dit kan grotendeels met zonne-energie, gebruikersafhankelijk gebouwgebonden
mits smart grids de mismatch in vraag en energiegebruik (GAGE) zoals buitenverlichting,
liften, maar ook het gebruikers-
zonaanbod corrigeren.
afhankelijke energiegebruik (GA) zoals ict,
ENERGIENEUTRALE KANTOREN
huisdrukkerijen en keukenapparatuur.
Zoals ook uit de berekeningen aan energieconcepten
voor kantoorgebouwen V blijkt, energienul kantoorgebouw dat kunnen
Willen we naar een op jaarbasis netto
lijkt het er op dat bij een EPC van 0,75 de we voor deze energieposten niet om
rek uit het energiezuinig ontwerpen op vraagbeperking en de inzet van duurzame
vraagbeperking wel is bereikt. Binnen de bronnen heen. In energiezuinige kantoren
kwaliteits- en comforteisen (temperatuur, bedraagt het aandeel van GAGE en GA al
tocht, verlichting, enzovoorts) leveren snel meer dan 55% van het totale primaire
zaken als extra thermisch isoleren en
energiegebruik (zie figuur 2).
warmteterugwinning nauwelijks nog iets
op. Op basis van investeringskosten zijn er Voor de kantoorgebouwen is specifiek
nog tal van optimalisatiemogelijkheden. bekeken welke kansen gebouwgebonden
Denk hierbij aan de reductie van het op photovoltaïsche (pv)-cellen en windenergie
hebben, in eerste instantie in dakop-
te stellen koelvermogen (zoals beperking
capaciteit van de wko-bronnen), optimalistelling.
Beperkte plaatsing van pv-pane-
Figuur 2. Verdeling van energieposten van een kantoorgebouw met EPC=0,75.
len aan de gevel reduceert het rendement
met circa 50%. Daarnaast leidt de verticale
opstelling tot een oriëntatierendement van
minimaal 70%. Op de zuidgevel bedraagt
het totale rendement circa 35% van het
maximale rendement. Zelfs bij een verdere
doorontwikkeling van de pv-techniek blijven
de opbrengsten beperkt. Daar ligt dan
ook een voorname reden om voor opwekking
van duurzame stroom te zoeken naar
gebiedsoplossingen VI VII .
VOORWAARDEN VOOR INTEGRAAL
ONTWERPEN
Uit het voorgaande blijkt dat ontwerpen
van energieneutrale gebouwen een
andere aanpak vereist dan het ‘stapelen’
of ‘toevoegen’ van energiebesparende
maatregelen en duurzame energie in een
project. Het gaat juist om een integrale
aanpak, die al begint bij de eerste ideeën
rond een project. Naarmate het gebouw
energiezuiniger wordt, neemt de onderlinge
samenhang toe op het gebied van:
1. energiebesparende maatregelen en
duurzame energie (onderlinge verhouding);
2. energiebronnen en lokale omstandigheden/kenmerken
(mogelijkheden
voor energie uit wind, zon, bodem,
water, restwarmte en biomassa);
3. bouwkundige, bouwfysische en installatietechnische
aspecten en maatregelen;
4. thema’s als comfort, binnenklimaat en
gebruiksgemak;
5. investeringskosten en gebruikskosten.
In de toekomst zullen materiaalgebonden
energie en gebruik van grondstoffen steeds
belangrijker worden, omdat die een groter
deel van de totale energievraag gaan vormen
naarmate gebouwen in de gebruiksfase
minder energie gebruiken. Hierop
gaan we echter in dit artikel niet verder in.
IV
www.remining-lowex.org V E. Willems; TVVL Magazine: Energieneutrale kantoren? Kijk eens om je heen! 2010
VI
UKP NESK: Unieke Kansen Programma Naar Energieneutrale Scholen en Kantoren 2009
VII
UKP NESK-rapporten Energieneutrale Kantoorgebouwen, in opdracht van IPMMC, 2009
27

INTEGRATIE VAN GEBOUW MET GEBIED
Vanuit het gebouw en vanuit het gebied
kunnen windenergie en zonne-energie in
grote mate voorhanden zijn, maar geregeld
niet op tijden dat er energievraag optreedt.
Het opheffen van deze ongelijktijdigheid
van energievraag en aanbod van duurzame
bronnen kan door het opslaan van energie
in tijden van overschot en het voeren van
voorraadbeheer ten tijde van schaarste.
Men kan in verschillende cycli energie bufferen
in relevante energiehoeveelheden:
dagcyclus, warmte en koude bufferen in
vaten of in de constructie met betonkernactivering
en/of Phase Change
Materials (PCM’s)
seizoenscyclus, het bufferen van warmte
en koude in de bodem via wko-grondwatersystemen
dag en seizoenscyclus: Nog niet
commercieel beschikbaar: compacte
thermochemische materialen (TCM)
voor warmteopslag van zonne-energie
en opslag van duurzame elektriciteit uit
zonne-energie in auto-accu’s en nog te
ontwikkelen technieken.
UITWISSELEN VAN ENERGIESTROMEN
In Europa wekken we duurzame energie
op via een breed scala aan energiedragers
zoals wind, zon, biomassa en waterkracht.
Het op grote schaal uitwisselen van energie
kan, als het gaat om elektriciteit, uitstekend
via een transportnet dat in Europa
al aanwezig is, en nog verder zal worden
uitgebreid. Ook handelen marktpartijen op
een Europese markt (APX stroombeurs) in
elektrisch vermogen en elektriciteit. Voor
een enkel kantoorgebouw (zelfs een zeer
groot kantoorgebouw is nog geen speler
op de APX stroombeurs), kan de prijsvorming
op dit net als een markt van volledige
mededinging worden beschouwd.
Onder de juiste voorwaarden is het
realiseren van gebouwgebonden opslag
van elektriciteit (accu’s) overbodig. Deze
voorwaarden zullen in de komende jaren
voor de zakelijke markt en de woningbouw
beschikbaar komen. Daarbij gaat het om:
goede en slimme bemetering die de
energievraag snel op het wisselende
aanbod van duurzame (goedkope) elektriciteit
kan afstemmen;
voorspellen van duurzaam aanbod
waardoor opslag in warmte en koude via
elektriciteit kan plaatsvinden.
Deze voorwaarden zijn onderdeel van het
zogenaamde smart grid, dat een tweeledig
doel heeft:
het voorkomen van uitbreiding van de
huidige netcapaciteit bij een toename
van het elektrisch energiegebruik;
het kunnen matchen (balanceren) van
vraag en aanbod van duurzaam energie.
De slimme energiemeter ‘avant la lettre’
is de bekende dubbeltariefmeter die dagen
nachttarief kan onderscheiden. Deze
meter zal interactief worden met naar
keuze korte af langere tijd- en prijsvensters.
Kema is ruim een jaar geleden een eerste,
kleinschalig smart grid experiment gestart
bij een aantal woningen in de gemeente
Hoogkerk in Groningen VIII .
ENERGIENEUTRAAL MET
VIJF-STAPPEN-VISIE
Het ontwerpen van energieneutrale
gebouwen vergt meer dan een triasenergetica.
Ook energieopslag en duurzame
bronnen uit de omgeving zijn niet
onderscheidend voor deze methode. Voor
een energieneutrale gebouwde omgeving
ontstaat de behoefte aan een fundamenteel
andere ontwerpsystematiek, die
bestaat uit de volgende vijf stappen:
1. Energievraag beperken. Voorkomen is
beter dan genezen blijft de basis.
2. Duurzame bronnen inzetten. Dit zijn de
Figuur 3.
De vijf-stappen- visie in
beeld (Erik Willems).
Energieuitwisseling via
buffering van energie
enige energiebronnen die voorhanden
zijn, vanzelfsprekend komen ze daardoor
in de tweede stap.
3. Bufferen van warmte en koude. Buffering
op de tijdschaal van dag (constructie,
PCM) van week (PCM) en seizoen
(wko, thermochemische warmteopslag)
is toepasbaar om vraag en aanbod
van duurzame warmte (zon, geothermie,
wind via warmtepomp) en koude
(grondwater, koude via wind, sorptiekoeling)
bij elkaar te brengen.
4. Markt met vele aanbieders van duurzame
elektriciteit. Zoals uit de berekeningen
is gebleken kan een gebouw
onmogelijk op eigen terrein in de eigen
elektriciteitsbehoefte voorzien, zelfs
na vergaande vraagbeperking. Het
ligt daarom zeer voor de hand om de
energieopwekking buiten het eigen
terrein te combineren met de behoefte
van anderen. Daarmee komen we bij
de geboorte van het smart grid voor
elektriciteit, warmte en zelfs gas.
5. Gebruik fossiele brandstoffen als backup
voor noodgevallen of in tijden van
schaarste van duurzame bronnen.
GEBOUWMAATREGELEN OF
GEBIEDSMAATREGELEN?
Vanuit duurzame gebouwen volgt bijna
vanzelfsprekend de relatie met duurzame
gebieden. Met een rekentool6 is het mogelijk
om voor gebouwen en hun omgeving
te bepalen welke energie-uitwisseling
men zou kunnen kiezen. In figuur 4 is een
Maximale inzet duurzame
energiebronnen
Gebiedsopwekking en
uitwisseling duurzame
elektriciteit via smart-grid
Energievraag
gebouw(en)
Beperken energievraag
Fossiel
energiegebruik
VIII
Internationale primeur slimme energienetten in Hoogkerk, Persbericht Kema 8 maart 2010
28 ISSO ThemaTech - april 2012 - Energieneutraal Bouwen

Figuur 4. Opzet van een gebiedsrekenschema uit transep-dgo IX .
rekenschema te zien waarin men rekening
houdt met energiegebruikers en energieproductie-eenheden.
De volgende ontwerpopgave
betreft het uitwerken van deze
tool waarbij men uitgaat van de energieconcepten
die worden ontwikkeld binnen
de vijf-stappen-visie. Binnen transep-dgo6
zal hiervoor een eerste aanzet worden
gegeven.
Gezien de geringe invloed op de verlaging
van het energiegebruik door verregaande
bouwfysische maatregelen, zoals gebouwvorm,
extra isolatie, bijzondere gevels, ontstaat
er meer bereidheid voor het verschuiven
van kosten van het gebouw naar de
technische installaties voor de benutting
van duurzame energiebronnen. Omdat
er voor goed geïsoleerde gebouwen met
efficiënte apparatuur voldoende winbare
duurzame bronnen in de omgeving aanwezig
zijn, vergroot dit de ontwerpvrijheid.
Bovendien vragen installaties voor duurzame
energiebronnen slechts financiering
en onderhoudskosten (en dus geen inkoop
van fossiele brandstof) waardoor exploitatie
op termijn goedkoper is dan de huidige
installaties op fossiele brandstoffen.
THEORIE VERSUS PRAKTIJK
Smart grids voor elektriciteit, warmte/
koude en gas vormen een randvoorwaarde
voor energieneutraal bouwen. Technisch
gezien kan het bestaande elektriciteitsnetwerk
tot 30% worden belast door decentrale,
fluctuerende opwekkers. Bij een
grotere inzet van bijvoorbeeld zon-pv en
wkk’s zijn regeltechnische aanpassingen
vereist X . De vergaande vraagreductie van
nieuwe gebouwen maakt de economische
haalbaarheid van warmte- en koudenetten
echter steeds lastiger. Maar bi-directionele
warmte- en koudenetten bieden meer
perspectieven voor wat betreft financiële
exploitatie.
De relatief kleine hulp van buitenaf die
gebouwen nodig hebben om energieneutraal
te worden, vergt vaak hoge
investeringen. Voor de uitwisseling van
elektriciteit kunnen particuliere huishoudens
al gebruik maken van de wettelijke
salderingsmogelijkheid, maar voor alle
andere gebruikers zonder ‘eigen’ elektriciteitsnetwerk
is elektriciteitsuitwisseling
door teruglevering aan het publieke net
financieel onaantrekkelijk. Bestaande
financiële en juridische structuren moeten
niet worden onderschat bij het zoeken
naar een optimaal evenwicht tussen energieneutrale
gebouwen en smart grids.
BEHEER EN EXPLOITATIE
Het realiseren van de berekende besparingen
zijn haalbaar door een kwaliteitsverbetering
van ontwerp en realisatie en in de
exploitatiefase. Daarvoor is een transitie
nodig in besluitvorming en energieconcepten,
om deze potentie te kunnen
benutten. In alle andere gevallen zal er
ongecontroleerd duurzaam opgewekte
energie worden geproduceerd zonder aanwijsbare
bestemming. Deze visie op een
dergelijk wijze van toekomstig bouwen is
uitgewerkt in de EOS-Transep-DGO XI .
Over de auteurs:
Ir. Eric Willems is adviseur bij Cauberg-Huygen
Raadgevende Ingenieurs en lid van de AdviesGroep
Nieuwbouw Breeam-NL/DGBC.
Ing. Erwin Roijen is adviseur bij Cauberg-Huygen
Raadgevende Ingenieurs.
IX
EOS-LT Transep-dgo 2009-2013, www.duurzamegebiedsontwikkeling.nl
X
Opgewekt door de buurt – smartgridonderzoek in Nederland; Prof. Ir. Lou van der Sluis; TU Delft Library; december 2011
XI
Willems ir. E.M.M., ir. F. de Haas, Duurzame gebiedsontwikkeling: neem de regie! Stedebouw & Architectuur, februari 2010
29