Autarke ruimteverwarming met uitsluitend zonne-energie is ook in Nederland haalbaar. Voor gebouw H, een grondgedekt fort met een beoogde kantoorfunctie, blijkt een beperkte warmteopslag daarvoor voldoende mits de opvang en opslag van zonnewarmte worden afgestemd op de wintersituatie. Daarnaast is er vooral aandacht nodig voor beperking van warmteverliezen door ventilatie.
Gebouw H van bastion Oranje is een ingegraven fort met een gebruiksoppervlakte van ongeveer 300 vierkante meter en een gronddekking van circa 3 meter. De eigenaar, stichting Monumenten Bezit, wil het fort een kantoorfunctie geven met een gasloos installatieconcept. De thermische massa van de dikke muren (1-2 meter) en het omhullende grondpakket komen daarbij goed van pas omdat ze sterk de fluctuaties in het buitenklimaat en de interne warmtelasten dempen.
De verkenning resulteerde in een passief energieconcept als meest interessant waarbij zonne-energie wordt opgeslagen in buffervaten. Bij de juiste afstemming van de energiemaatregelen is dan zelfs geen aanvullende warmteopwekking meer nodig voor een voldoende binnenklimaat. Een bescheiden opslag van zonnewarmte van 360 liter water in een zeer goed thermisch geïsoleerd vat blijkt hiervoor voldoende te zijn.
De zonnecollectoren en de opslag van zonne-energie zijn afgestemd op de wintersituatie. Ze hebben een relatief grote helling van 65° en een relatief groot oppervlak vanwege de lagere zonshoogte en zonopbrengst in de winter. Bij 65° valt de zonnestraling in de winter min of meer loodrecht op de zonnecollectoren rond het midden van de dag. De zonnecollectoren zijn van het type vacuümbuis die minder last hebben van warmteverlies naar de omgeving dan vlakke-plaat collectoren. De omvang van de opslagvaten is een optimum tussen warmtecapaciteit, stilstandsverlies en warmteafgiftesysteem. Gekozen is voor vloerverwarming om de lage temperaturen te benutten. Afstemming op de wintersituatie leidt tot restwarmte van de zon in de zomer. Deze warmte kan bijvoorbeeld worden benut om in de zomer de grond rondom de grondbuizen voor de ventilatie op te warmen voor het volgende stookseizoen of door de restwarmte te leveren aan een industrieel proces nabij.
Het beperken van de stilstandsverliezen en het behouden van een hoge opslagtemperatuur in het opslagvat geschiedt door een hoge thermische isolatie van de opslagvaten en appendages in de vorm van vacuümisolatiepanelen met een dikte van 50 mm. Die zijn kwetsbaar en daarom ingeklemd tussen twee isolatielagen van PIR met een dikte van 30 mm en nog twee afwerkplaten aan weerszijde daarvan. De totale warmteweerstand van de constructie bedraagt 9,6 m2K/W bij een dikte van slechts 124 mm.
De warmteverliezen door ventilatie zijn bepalend ondanks een ventilatiesysteem met een hoogrendement warmteterugwinning. Een CO2-gestuurde ventilatieregeling op basis van maximaal 1200 ppm is in staat om in het stookseizoen in gebouw H een minimale binnentemperatuur van 21 °C te garanderen tijdens de gebruikstijden. De ventilatie wordt volledig uitgeschakeld tot één uur voor en één uur na de gebruikstijden om dan de warmteverliezen door ventilatie te beperken. De ventilatie wordt bij voorkeur ook (na enige tijd) uitgeschakeld bij afwezigheid tijdens gebruikstijden.
Drie grondbuizen op een diepte van circa twee meter onder het maaiveld boven gebouw H dempen de grootste pieken in de temperatuur van de ventilatielucht, zowel in het stookseizoen als in de zomer. In de zomer is de demping het grootst en helpt zo om hoge binnentemperaturen te voorkomen. De thermische massa van gebouw H kan weliswaar goed warmte bufferen maar is daarin ook traag.
Door de grote dikte van de gebouwschil en de thermische massa zijn de transmissieverliezen zeer gering. Tegelijkertijd is de temperatuur van de thermische massa sterk bepalend voor het binnenklimaat. De temperatuur van het omhullende grondpakket varieert tussen de 9 °C en 21 °C en is relatief koel. Het aanbrengen van thermische isolatie bovenop het fort (en onder de gronddekking) verbetert het comfort in het fort. Tegelijkertijd verbetert door thermische isolatie ook de haalbaarheid van de autarke ruimteverwarming.
Geleverde diensten:
- Verkenning van geschikte energieconcepten
- Dimensionering van een autark energieconcept met zonne-energie
- Dynamische gebouwsimulatie met specifieke aandacht voor de rol van de thermische massa van het gebouw en de aangrenzende grond
- Bepaling van het effect van grondbuisventilatie op het binnenklimaat en de energievraag