Geleverde diensten:
– Verkenning van geschikte energieconcepten
– Principe en dimensionering van een autark energieconcept met zonne-energie
– Dynamische gebouwsimulatie met specifieke aandacht voor thermische massa
– De thermische invloed van het omhullende grondpakket bepalen
– Het effect van grondbuisventilatie op het binnenklimaat en de bijbehorende energievraag bepalen.
Autarke ruimteverwarming met uitsluitend zonne-energie is ook in Nederland haalbaar. Voor gebouw H, een grondgedekt fort dat wordt ingevuld met een kantoorfunctie, is daarvoor verrassend een beperkte warmteopslag 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 gebruiksoppervlak 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 en duurzaam installatieconcept. De thermische massa van de dikke muren (1-2 meter) en de omhullende grond dempen sterk de fluctuaties in het buitenklimaat en de interne warmtelasten.
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 een aanvullende warmteopwekking niet nodig voor een voldoende binnenklimaat. Een bescheiden opslag van zonnewarmte van 360 liter water in een goed thermisch geïsoleerd vat blijkt hiervoor voldoende te zijn.
De zonnecollectoren en de opslag van zonne-energie zijn afgestemd op de wintersituatie. De zonnecollectoren hebben een helling van 65° en een relatief groot oppervlak vanwege de lagere zonopbrengst in de winter. Bij 65° valt de zonnestraling in de winter dan min of meer loodrecht op de zonnecollectoren rondom het midden van de dag. Verder zijn de zonnecollectoren van het type vacuümbuis en georiënteerd op het zuiden. Vacuümbuis-collectoren hebben minder last van warmteverlies naar de omgeving dan vlakke-plaat collectoren. De omvang van de opslagvaten zijn een optimum tussen warmtecapaciteit, stilstandsverlies en geschikte temperatuur voor warmteafgifte. Gekozen is voor vloerverwarming omdat dit de meest lage afgiftetemperaturen kan benutten. De 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 ventilatie op te warmen voor het volgende stookseizoen.
Het beperken van de stilstandsverliezen en het behouden van een hoge opslagtemperatuur geschiedt door een hogere thermische isolatie dan gebruikelijk bij de opslagvaten en appendages. De gebruikelijke of standaard thermische isolatie is uitgebreid met een extra isolatiepakket. De kunst daarbij is om de warmteverliesgevende buitenzijde van de isolatie zo klein mogelijk te houden. Daartoe is voor de opslagvaten gebruik gemaakt van vacuümisolatiepanelen (VIP). De kwetsbare VIP’s met een dikte van 50 mm zijn 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 (RC) 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 als buiten het stookseizoen. 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 boven het fort (en onder de gronddekking) verbetert het comfort in het fort. Tegelijkertijd verbetert door thermische isolatie ook de haalbaarheid van de autarke ruimteverwarming.
