LINEAR klant ECO.S Energieconsulting levert energetisch renovatieconcept
In samenwerking renoveerden de stad Aken en het huisvestingsbedrijf gewoge AG tussen 2013 en 2018 377 appartementen in binnenstadsblokken in het kader van het EU-GUGLE subsidieproject. Het doel van het project was om het Co2-verbruik in de wijk te verminderen door het isoleren van het omhulsel (vermindering van de energiebehoefte), het kiezen van de energiebron en het verminderen van het verbruik door huurdersadvies. Met de maatregelen kon een energiebesparing van 50 tot 54 procent worden bereikt. Bij de implementatie van het MEP-concept vertrouwden de betrokken partijen op de softwareoplossingen van LINEAR.
De energetische renovatiemaatregelen bestaan voornamelijk uit de isolatie van de omhullende oppervlakken, de vervanging van balkons om koudebruggen te voorkomen, de installatie van nieuwe ramen en de installatie van moderne gebouwverwarming en technologie zoals ventilatiesystemen, sommige met warmteterugwinning en algemene LED-verlichting. Een bijzondere uitdaging: 67 procent van de gebouwen die in het project werden gerenoveerd zijn geklasseerde gebouwen, wat de mogelijkheden voor buitengevelisolatie aanzienlijk beperkt. De renovaties werden uitgevoerd om de huurprijzen laag te houden en ze zo economisch mogelijk te houden. De energetische renovatie ging gepaard met verdere structurele moderniseringsmaatregelen, bijvoorbeeld van de badkamers, evenals de creatie van gedeeltelijk nieuwe appartementindelingen en een algehele visuele opwaardering van de gebouwen en de individuele wooneenheden. Het adviseren van huurders en breed informatief werk over energiebesparing en het juiste gebruik van de nieuwe technologie is ook een begeleidende activiteit. Het doel was om de kwaliteit van leven en wonen in de hele wijk te verbeteren. De moderniseringen werden uitgevoerd in het kader van het EU-GUGLE project (EUropean cities serving as Green Urban Gate towards Leadership in sustainable Energy), dat wordt gefinancierd door de EU Commissie. Meer informatie is ook te vinden op www.eu-gugle.eu, www.aachen.de/eu-gugle.
EU-GUGLE maakte een innovatieve, effectieve en duurzame bijdrage mogelijk aan het bereiken van de klimaatdoelstellingen in de stad Aken door de samenwerking van de stad, gewoge AG en de gemeentelijke nutsbedrijven. Met de ervaring die met het project is opgedaan, zal het stedelijke gebouwenbestand in de toekomst verder worden verbeterd. Dankzij de gezamenlijke inzet kon ondanks de hoogwaardige renovatie goedkope woonruimte worden behouden.
Van de in totaal 377 appartementen werden er 271 aangesloten op een warmteleveringssysteem dat gedeeltelijk (148 appartementen) of uitsluitend (123 appartementen) is gebaseerd op afvalwaterwarmte uit de riolering.
Grondbeginselen van het ontwerp van gebouwinstallatiesHet grootste deel van de warmte-energie voor verwarming en warm water is afkomstig van twee warmtepompen, die het nabijgelegen riool gebruiken als warmtebron en de gebouwen voeden via een lokaal warmtenet (afb. 1). Het ingenieursbureau ECO.S, dat ook verantwoordelijk was voor de renovatie van de verwarmings-, loodgieters- en ventilatiesystemen in de bewoonde staat, was verantwoordelijk voor het concept en het ontwerp.
Het uitgangspunt voor de technische gebouwuitrusting is daarom een technisch concept voor verwarming en warmwaterbereiding, dat een energetisch en economisch efficiënte warmtepompwerking mogelijk maakt.
Verwarming
Twee factoren zijn doorslaggevend om het doel van lage temperaturen in het verwarmingsnetwerk te bereiken:
Een paneelverwarmingscircuit (vloerverwarming) is niet mogelijk vanwege de renovatie in bewoonde toestand. Door de energetische renovatie van de gebouwschil is het realiseren van lage ontwerptemperaturen van bijvoorbeeld maximaal 50 °C ook probleemloos mogelijk met radiatoren.
Warm water opwekkenEr zijn twee basisopties voor warmwaterproductie: gecentraliseerd of gedecentraliseerd.
Voor centrale warmwaterproductie - met warmwatertank of verswaterstation - moet om hygiënische redenen een warmwatertemperatuur van 60 °C worden gegarandeerd. Dit vereist permanente temperaturen van ongeveer 65 °C van de warmteopwekker. Deze temperatuur kan worden bereikt met warmtepompen. Dit is echter niet efficiënt om een hoge jaarlijkse prestatiefactor te bereiken: Ondanks een gunstige warmtebron met temperaturen boven 12 °C gedurende het hele jaar, kan de jaarlijkse prestatiecoëfficiënt nauwelijks hoger zijn dan 3,0 als er permanent 65 °C moet worden geleverd (Fig. 2).
Decentrale waterverwarming lost dit dilemma op. De hamvraag is hier of het warme water elektrisch of via het verwarmingsnetwerk wordt opgewekt. De exploitatiekosten voor de huurder zijn het hoogst bij elektrische warmwaterbereiding. En ondanks het feit dat 40% van de opgewekte elektriciteit hernieuwbaar is, is de milieubalans niet optimaal. Decentrale warmwaterbereiding kan ook worden uitgevoerd via het verwarmingsnetwerk, dat dan het hele jaar door in bedrijf is. Hier zijn de hoge eenheidskosten voor de woonstations vaak een afschrikmiddel. Bovendien zijn er fabrikanten die een verwarmingsnettemperatuur van 55 °C en meer eisen, wat niet ver af ligt van de 65 °C van de centrale warmwatervoorziening. Beide handicaps kunnen echter worden overwonnen: Gespecialiseerde fabrikanten leveren woningstations die betrouwbaar warmwatertemperaturen van 40 tot 42 °C leveren, zelfs bij een verwarmingsdebiet van 48 tot 50 °C. In de praktijk zijn er geen klachten van huurders bij deze temperaturen.
Ook de kostenkwestie is bij nader inzien niet kritiek. Huurders hebben het grootst mogelijke voordeel als het gaat om exploitatiekosten: De energie komt van het verwarmingssysteem en is veel goedkoper dan elektriciteit. Bovendien is de hoeveelheid energie 30 tot 50% lager, omdat driekwart van de circulatieverliezen wordt geëlimineerd. Tot slot vervallen de kosten voor het factureren van de warmwatermeter.
De investeringskosten vereisen een zorgvuldige vergelijking om tot betrouwbare en realistische verklaringen te komen. De kosten voor woonstations worden gecompenseerd door investeringen voor centrale warmwaterbereiding:
- Warmwaternetwerk en circulatienetwerk incl. fittingen
- Warmwatertank / drinkwaterstation
- Circulatiepomp
- Armaturen voor hydraulische balancering van het verwarmingsnetwerk (dit vindt ook plaats in het woonstation)
- Extra warmtepompkosten voor 65 °C in plaats van 55 °C maximale vertrektemperatuur
- Investeringen/huur voor warmwatermeters en warmtekostenverdelers
Het woonstation maakt het mogelijk om het totale energieverbruik van de huurder voor verwarming en warmwaterbereiding te meten via één warmtemeter. Het waterverbruik voor koud en warm water wordt ook alleen geregistreerd door een enkele koudwatermeter (fig. 3).
Bovendien zijn er geen kosten voor regelmatige bemonstering van het warmwaternetwerk. Vanuit hygiënisch oogpunt is het altijd voordelig om af te zien van de opslag van verwarmd drinkwater.
In Wiesental werden de volgende cijfers als voorbeeld verkregen voor een van de vier flatgebouwen:
Gecontroleerde huishoudelijke ventilatie
De laatste component in het energieconcept is ventilatie: Moderne dichte bouw vereist minimale mechanische ventilatie voor vochtbescherming. In Wiesental werd een zuiver luchtafvoersysteem geïmplementeerd, de luchttoevoer wordt verzekerd via ventilatoren met raamsponningen.
De afvoerlucht van alle ca. 30 wooneenheden van een blok wordt samengebracht op de zolder. De daarin opgenomen warmte-energie wordt centraal teruggewonnen via een afvoerlucht-warmtepomp en aan het verwarmingsnet toegevoerd. Aangezien de afvoerlucht permanent in bedrijf is, d.w.z. 8.760 uur per jaar, en temperaturen van meer dan 20 °C heeft, is hier een zeer kosteneffectieve warmtepompwerking mogelijk die een deel van de warmtelast dekt - in dit project ongeveer 15% van het vermogen.
Dit concept kan zowel bij renovatie als nieuwbouw worden toegepast met de laagste investeringskosten, terwijl de warmteterugwinning nog steeds hoog is en, last but not least, de elektriciteitskosten voor de ventilator net zo laag zijn als de onderhoudskosten. De technologie op zolder en in de centrale verwarmingsinstallatie is immers altijd toegankelijk, toegang tot de huurappartementen is niet nodig.
Technische implementatie
De CAD- en berekeningsimplementatie werd uitgevoerd door het ingenieursbureau van ECO.S met softwareoplossingen van LINEAR. ECO.S gebruikt deze softwareoplossingen al meer dan 10 jaar met succes en waardeert in het bijzonder de detaillering en diepgang in de technische berekeningen. Vooral belangrijk zijn de berekeningsmogelijkheden van de LINEAR software op het gebied van de gebruikte woningstations, zowel aan de verwarmings- als aan de drinkwaterzijde. Door de mogelijkheid om verschillende gelijktijdigheidsbenaderingen te selecteren, kunnen de systemen worden gesimuleerd en geoptimaliseerd. Daarnaast is ook de dimensionering van het buffergeheugen mogelijk via de LINEAR software, onmisbaar voor de juiste interpretatie van een verwarmingssysteem met huisstations. Uitgebreide datasets van gespecialiseerde fabrikanten ronden het serviceportfolio af en maken het mogelijk om direct vanuit de berekeningen correcte massacompilaties te genereren.
Renovatie van de gebouwschilOm de energiebehoefte van de 123 appartementen in het Wiesental-project te verminderen, moest de energie-efficiëntie van de gebouwschil worden verbeterd. De gevels van de gebouwen uit de jaren 1960 met geïntegreerde balkonplaten en een grote verscheidenheid aan oppervlakken (tegels, klinkers, pleisterwerk, vliesgevels) vertoonden ouderdomsschade. De bestaande balkons werden afgezaagd en vervangen door balkontorens om de koudebruggen te minimaliseren. Het vloeroppervlak van de balkons werd aangepast aan de huidige behoeften, d.w.z. balkons bij de woonkamers werden vergroot, zeer kleine uitgangen bij de keukens werden verwijderd. In totaal kon de leefruimte worden vergroot.
Alle ramen, inclusief de bestaande rolluiken en de trapramen met enkel glas, werden vernieuwd. Deze ramen werden uitgerust op basis van een ventilatieconcept met raamsponningventilatoren als luchttoevoeropeningen. De oorspronkelijk bestaande platte daken waren in de jaren 1980 al voorzien van een ongeïsoleerd zadeldak. Daarom is isolatie van het plafond van de bovenste verdieping gerealiseerd, de resterende hoogte is voldoende voor gebruik als droge opslag. De ruimte kan ook worden gebruikt voor het leggen van de luchtafvoerkanalen en het installeren van de centrale luchtafvoerventilator. De hoogte van de kelder was voldoende voor de installatie van een kelderplafondisolatie. Voor elk appartementenblok werd een technische ruimte ("subcentrum") gebouwd en de kelders van de huurders werden dienovereenkomstig verplaatst. Het maatregelenpakket werd aangevuld met een vernieuwing van de toegangsdeuren van de woningen en appartementen, en de elektrische huisaansluitingen werden ook vernieuwd. Met dit pakket maatregelen en de verandering van het verwarmingssysteem werden niet alleen de doelstellingen van het Europese project bereikt, maar ook de "KfW 100" energienorm.
OverdraagbaarheidHet energieconcept voor de woonwijken Wiesental en Joseph-von-Görres-Straße is uitstekend geschikt als blauwdruk voor andere nieuwbouw- en renovatieprojecten waarvan de warmtevoorziening geheel of gedeeltelijk door warmtepompen wordt verzorgd. Het concept van decentrale waterverwarming leidt tot een betere drinkwaterhygiëne, lagere warmteverliezen en een kosteneffectievere, efficiëntere werking van warmtepompen.
Authors
Dipl-Ing. (FH) Ulrike Greiner-Lövenich
Civil engineer, energy consultant and project manager
gewoge AG, Aachen
Dipl.-Ing. (FH) Wolfram Stodtmeister
Engineer for supply engineering
energy concept, design, construction supervision
ECO.S Enegieconsulting Stodtmeister,
Berlin / Ratingen / Regensburg