0

publicatie: Duurzame energie in nieuwbouw utiliteitsgebouwen

1 Duurzame energie in het ontwerpproces

1 Duurzame energie in het ontwerpproces

1.1 De motivatie

De insteek om met duurzame energie aan de slag te gaan kan heel verschillend zijn:

  • Er is een doelstelling geformuleerd in het milieubeleid van de organisatie of in het programma van eisen. De duurzame-energietechnieken zijn een oplossing voor de opgave die het ontwerpteam krijgt opgelegd, namelijk de oplossing van het probleem: ‘Hoe realiseren we die 10% duurzaam?’ In het laatste deel van deze brochure is voor de voorbeeldgebouwen opgenomen met welke technieken en combinaties ervan een ambitieniveau van 5, 10 of 15% bereikt kan worden. Ook voor enkele gerealiseerde projecten worden deze bijdrage en de wijze waarop die bereikt is, vermeld.
  • De opdrachtgever heeft de wens geuit duurzame energie te benutten en heeft behoefte dit meer concreet te maken en vast te leggen in prestatiegerichte ambities. Het ontwerpteam moet de consequenties voor het ontwerp, de financiën en de mogelijke meerwaarde inzichtelijk maken, zodat er in de loop van het ontwerpproces heldere keuzen kunnen worden gemaakt
  • Duurzame energie komt niet expliciet aan de orde bij de ontwerpopgave. Het lid van het ontwerpteam dat dit onderwerp aandraagt, zal de andere leden én de opdrachtgever op verschillende gronden moeten overtuigen.

Figuur 1
Schematische voorstelling van de meerwaarde van duurzame-energietechnieken.

Als er een doelstelling, is zal een afwegingsproces autonoom van de grond komen op basis van financiële, architectonische en gebruikscriteria. In andere gevallen zullen ook andere meerwaarden van de mogelijke toepassing van een techniek een belangrijk gewicht in de schaal leggen.

Meerwaarde van duurzame-energietechnieken
Het belangrijkste aspect van duurzame-energietechnieken is natuurlijk de vermindering van de milieubelasting, maar ook andere aspecten kunnen een rol spelen bij de beslissing om een techniek toe te passen. Hieronder staan er enkele opgesomd.

  • De uitstraling van het gebouw
    Toepassing van zonne- en windenergie kan van buitenaf heel zichtbaar zijn. Er zijn tal van voorbeelden waarbij zonnecollectoren of zonnecellen heel harmonieus passen in het beeld van het gebouw. Er wordt aan de omgeving een duidelijk signaal afgegeven van de invulling van duurzaam ondernemen van de gebruiker van het gebouw. Warmtepompen en energieopslag zijn normaliter van buitenaf niet zichtbaar; hier speelt de meerwaarde alleen indirect.
  • Een comfortabele werkomgeving
    Het realiseren van een gezond en behaaglijk binnenklimaat behoort bij elk gebouwontwerp een van de doelen te zijn, zoals ook al gedeeltelijk is vastgelegd in de arbo-eisen. Dat is niet speciaal gekoppeld aan het toepassen van duurzame energie. In de praktijk blijkt dat dit, met name bij het toepassen van warmtepompen en benutten van energieopslag gekoppeld aan de daarvoor geschikte verwarmings- en koelsystemen en het ermee te bereiken binnenklimaat, een extra argument kan zijn om deze systemen toe te passen; eenzelfde of meer comfort wordt verkregen tegen acceptabele investerings- en exploitatiekosten. Gebouwen waar speciaal aandacht besteed wordt aan passieve zonne-energie hebben in het algemeen ruimten met veel daglicht, wat door gebruikers positief gewaardeerd wordt.
  • Bedrijfseconomische factoren
    Hoewel duurzame-energietechnieken voor gebouwen vaak een lange terugverdientijd hebben, komen er ook omstandigheden voor waarbij de techniek op economische gronden aantrekkelijk is. Dit is onder meer afhankelijk van gebouwtype, energievraag en subsidie. Zie ook de voorbeeldgebouwen in deze brochure.

1.2 De rol van de opdrachtgever in het proces

De opdrachtgever speelt een belangrijke rol bij het toepassen van duurzame-energietechnieken. Allereerst is het immers de opdrachtgever die een ambitie of een doelstelling kan formuleren, maar ook in de voorwaardenscheppende rol is zijn invloed groot.
De opdrachtgever bevordert de toepassing van duurzame energie door:

  1. in het programma van eisen doelstellingen op het gebied van duurzame energie te formuleren of hierin te omschrijven dat de wens tot toepassing van duurzame energie leeft en dit onderzocht moet worden;
  2. budgettaire randvoorwaarden te omschrijven;
  3. reeds in een vroeg stadium een ontwerpteam in te stellen;
  4. van het ontwerpteam te verlangen dat er geïntegreerd ontworpen wordt, wat vooral speelt bij die technieken die voorzien in warmte- en koudevraag (warmtepomp energieopslag) vanwege de wisselwerking tussen gebouw en installaties;
  5. het ontwerpteam de ruimte te bieden om geïntegreerd te ontwerpen, wat impliceert dat andere werkwijzen geaccepteerd worden, zoals het al in een vroeg stadium uitvoeren van verkennende berekeningen;
  6. ruimte te bieden, met name budgettair, voor het inhuren van specifieke deskundigheid voor bijvoorbeeld bodemonderzoek en belasting van windmolens;
  7. zorg te dragen, zowel organisatorisch als budgettair, voor activiteiten na de ingebruikname, zoals een gebruikershandleiding en mogelijkheden voor nazorg en evaluatie. Dit onderwerp valt buiten de scope van deze brochure, maar wordt vanwege het grote belang hier toch vermeld.

Figuur 2
Rol van opdrachtgever om de toepassing van duurzame-energietechnieken op te nemen in het gebouwontwerp.

1.3 De rol van het ontwerpteam in de eerste fasen van het ontwerpproces

De invloed van de architect is bij met name het toepassen van zonne-energie heel groot. De vormgeving en oriëntatie van een gebouw kunnen de haalbaarheid van de zonne-energietechnieken sterk beïnvloeden. Bij de keuze om zonnecollectoren en zonnecellen al dan niet in het zicht te plaatsen, is de stem van de architect vaak doorslaggevend.
Omdat het extra benutten van passieve zonne-energie grote invloed heeft op het uiterlijk (oriëntatie en glaspercentage) en de indeling van het gebouw, is de rol van de architect ook hier prominent. Op dit punt is echter samenwerking met de installatieadviseur of bouwfysisch adviseur noodzakelijk. Deze samenwerking moet bij voorkeur in een zo vroeg mogelijk stadium van het ontwerp plaatsvinden, zodat bijvoorbeeld oververhitting, verblinding en ongewenste luchtstromen kunnen worden voorkomen. Een goede afstemming met de installatie kan de opbrengst van passieve zonne-energie gunstig beïnvloeden.
Bij toepassing van een warmtepomp en/of energieopslag is samenwerking met een adviseur zonder meer een vereiste, omdat de haalbaarheid van deze technieken sterk beïnvloed wordt door de warmte- en koudevraag, die de architect kan beïnvloeden met zijn ontwerp; denk hierbij aan het glasoppervlak, de isolatiewaarden etc. Maar ook aspecten als de toegepaste materialen (de massa van het gebouw) en de wijze waarop warmte en koude in de ruimte worden afgegeven, zijn van belang bij deze technieken. Architect en adviseur moeten hierover gezamenlijk tot een voorstel komen.

De adviseurs, zowel de bouwfysische als installatietechnische, hebben in de eerste fasen van het ontwerpproces vooral tot taak de relaties tussen gebouwontwerp, comfort en installaties inzichtelijk te maken. Daarvoor zijn veelal in een vroeg stadium verkennende berekeningen nodig. De constructeur van het ontwerpteam zal een bijdrage leveren bij een onderzoek naar de plaatsing van windmolens op het gebouw.
Het opstellen van een goede gebruiksinstructie en van een nazorg- en monitoringplan zou, onafhankelijk van de toegepaste techniekenstandaard, tot de taken van de leden van het ontwerpteam moeten horen. Voor duurzame technieken die voor veel gebruikers en gebouwbeheerders nieuw zijn, is het zeer belangrijk dat aan deze activiteiten voldoende aandacht wordt besteed.

Figuur 3
De wisselwerking van de technieken met gebouweigenschappen die al tijdens die eerste ontwerpfasen worden gevormd.

1.4 De wisselwerking tussen de duurzame-energietechniek en het gebouwontwerp

De kans op het succesvol toepassen van duurzame-energietechnieken wordt vergroot door in de eerste fase van het ontwerpproces al rekening te houden met dergelijk toepassingen.
In de schetsontwerpfase wordt aandacht besteed aan de vorm en oriëntatie van het gebouw en wordt een eerste aanzet gegeven voor de ruimtelijke indeling. Er is een directe koppeling tussen deze aspecten van het ontwerp en de mogelijkheden om bepaalde duurzame-energietechnieken toe te passen. Anderzijds beïnvloeden wensen van gebruikers om bepaalde energietechnieken toe te passen de ontwerpactiviteiten in deze fase. Voor duurzame technieken die gecombineerd worden met de verwarmings- en koelinstallatie geldt dat een integrale aanpak van het ontwerp tot betere eindresultaten leidt en als noodzakelijk beschouwd kan worden. Het gaat hier met name om de wisselwerking van installaties met de bouwkundige uitvoering, met het brede scala van onderwerpen zoals de massa van het gebouw, het glasoppervlak en de zonwering, de situering van ruimten etc. Bij de bespreking van de technieken (zie het tweede deel van deze brochure) wordt hierop per ontwerpfase meer in detail ingegaan.

1.5 Mogelijkheden van de combinatie van technieken

Men hoeft zich niet te beperken tot één duurzame-energietechniek in een gebouw. De positieve kant hiervan is, dat er meerdere mogelijkheden zijn om een bepaald ambitieniveau te bereiken. Anderzijds vergt het van het ontwerpteam dat het in die eerste fasen van het ontwerp ook meer mogelijkheden openhoudt om het ontwerp geschikt te houden voor meerdere technieken. Het is immers altijd mogelijk dat er zich praktische problemen voordoen bij de verdere uitwerking van een techniek.
Niet alle zes hier genoemde duurzame-energietechnieken zijn zinvol in combinatie toe te passen.
Let bij combinaties van technieken op de volgende punten;

  • De opties waarmee op duurzame wijze elektriciteit wordt geproduceerd, zijn zonder meer te combineren met opties die betrekking hebben op verwarming of koeling van het gebouw.
  • Met name bij de technieken die voorzien in de warmtebehoefte dient men bedacht te zijn op de verminderde meeropbrengst. Het is niet mogelijk hierover in algemene zin uitspraken te doen; de installatieadviseur zal dat per project moeten nagaan. Zo is in principe benutting van passieve zonne-energie te koppelen aan het gebruik van warmtepompen, maar de warmtevraag kan zo laag worden dat een warmtepomp economisch niet meer aantrekkelijk is.
  • Als zowel fotovoltaïsche cellen als een windmolen gekoppeld aan het elektriciteitsnet worden toegepast, dan vergt deze koppeling extra aandacht c.q. voorzieningen.

1.6 De duurzame-energieopbrengst

Voor alle duurzame-energietechnieken is al in de eerste fase van het ontwerpproces een indicatie te geven van de absolute opbrengst in kWh of MJ; hiervoor zijn kentallen beschikbaar, die hierna in deze brochure zijn opgenomen.
Als de ambitie geformuleerd is als percentage van het totale energiegebruik, is dat minder exact weer te geven. Dit komt door de grote spreiding in het werkelijke energiegebruik van gebouwen. Al naar gelang men vordert in het uitwerken van het ontwerp, kunnen de gebruiken beter ingeschat worden, maar aangezien de werkelijke gebruiken sterk beïnvloed worden door de bedrijfstijden en het gebruik van apparatuur, zijn afwijkingen van 20% geen uitzondering. In de voorbeelden zijn om die reden dan ook de variaties in energievraag voor de gebouwtypen weergegeven. Voor de meeste technieken is er per gebouw een maximumbijdrage; zo zal een zonneboiler meestal 50% van de tapwaterbehoefte dekken. Een warmtepomp voor ruimteverwarming zal maximaal de behoefte aan ruimteverwarming dekken, waarbij altijd nog de aandrijfenergie voor het apparaat zelf nodig is.
Alleen bij elektriciteitproducerende technieken zoals zonnecellen en windmolen wordt de bijdrage niet beperkt tot een specifieke deelvraag van het gebouw, maar is deze volledig afhankelijk van het oppervlak van de zonnecellen of de grootte van de windmolens en het aanwezige aantal molens.

De wijze waarop de duurzame-energieopbrengst wordt berekend, is vastgelegd in het Protocol Monitoring Duurzame Energie (uitgave Novem nr. DV2.3.79.99.0). Voor sommige technieken zoals een zonnecel of een zonneboiler is heel eenduidig te bepalen wat de duurzame-energieopbrengst is. Voor andere technieken, zoals warmtepompen, is dat wat complexer.
Passieve zonne-energie wordt in het Protocol niet als duurzame energie aangemerkt, en ook als er streefwaarden of ambities worden genoemd is dat veelal zonder inbreng van passieve zonne-energie. De motivatie die hiervoor wordt gegeven is, dat nagenoeg elk gebouw passieve zonne-energie benut en het bijzonder complex is om een referentieniveau eenduidig op te stellen. Om een beeld te geven van de bijdrage van passieve zonne-energie wordt deze in de voorbeelden wordt echter wel weergegeven.