TVVL juni 2013

Juni 2013 | Jaargang 42 | Nr 6

LG’S ADD-ON VOOR AUTOCAD BESPAART U VEEL TIJD! JAARGANG 42 NR. 6 TVVL MAGAZINE JUNI 2013

LG Climate Solutions

Geothermie Intelligente warmtenetten Microforest HVAC

LG NIEUWS

LG GREENOVATION

LG ACADEMY

LG B2B

LG PRODUCT

LG LATS CAD BRENGT SNELHEID EN NAUWKEURIGHEID NAAR UW HVAC AUTOCAD ONTWERP

Thema:

Glastuinbouw

Een compleet programma van commerciële airconditioning producten staat in deze add-on klaar om te worden gesimuleerd, volgens alle voorwaarden voor directe expansie systemen. Met op maat gemaakte lagen en echte blokken bent u in staat om zeer eenvoudig HVAC-projecten te ontwerpen waarin je een complete totaal oplossing in het ontwerp kunt creëren. Hiermee zorgt u voor nog meer nauwkeurigheid binnen uw ontwerp en kan uw tijdwinst per ontwerp oplopen tot wel 60%.

Wilt u meer weten over LG LATS CAD of zelf een exemplaar ontvangen van deze design software?

Neem dan contact op met LG via telefoonnummer 020 456 31 68, of stuur een bericht naar lg.klimaat@lge.com

www.lgklimaat.nl

TM0613_cover.indd 1

3-6-2013 12:20:50

Bespaar ruimte en onderhoud door het gebruik van slimmere warmteoverdracht SWEP hardgesoldeerde platenwarmtewisselaars is de meest slimme keuze voor warmteoverdracht. Geen onderhoud aan pakkingen en met ons compacte design bespaart u ruimte en vereenvoudigt u de installatie.

Met de grootste vermogens-warmtewisselaars op de markt in hardsoldeer techniek, zijn wij uniek in het aanbieden van deze technologie voor veeleisende toepassingen. Ons assortiment bereikt capaciteiten tot 12 MW en werkdrukken tot 31 bar (koeltechniek tot 140 bar). Met ons Centraal Europees Magazijn in Duitsland kunnen wij voorraadproducten snel leveren.

Neem vandaag nog contact met ons op en wij informeren u graag over de mogelijkheden van onze slimme warmteoverdracht!

SWEP International AB, Sales Office Benelux Rijksstraatweg 36, 7231 AG Warnsveld, The Netherlands Phone: +31 575 575 197, Fax: +31 575 57 57 53 info.benelux@swep.net

TM0613_omslag_binnen_02_71.indd 2

7-6-2013 12:28:01

Inhoudsopgave Redactieraad: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Mw. dr. L.C.M. (Laure) Itard M. (Michiel) van Kaam Ing. J. (John) Lens H. (Henk) Lodder G.J. (Geert) Lugt Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. O.W.W. (Oscar) Nuijten Mw. drs.ir. I. (Ineke) Thierauf Ing. J. (Jaap) Veerman Ing. R (Rienk) Visser Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) Redactie: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ing. J. (John) Lens Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) Redactie-adres: TVVL: De Mulderij 12, 3831 NV Leusden Postbus 311, 3830 AJ Leusden Telefoon redactie (033) 434 57 50 Fax redactie (033) 432 15 81 Email c.mulder@tvvl.nl

TVVL MAGAZINE Juni 2013 Microforest HVAC M. (Giancarlo) Mangone, Arch., prof.ir. PG (Peter) Luscuere 6

Energiepotentiestudie Oostland Ir. S. (Siebe) Broersma, M.A. (Michiel) Fremouw BSc., prof.dr.ir.

A.A.J.F. (Andy) van den Dobbelsteen 10

Klimaat adaptieve kassen Ir. A.C. (Arie) Taal, dr. L.C.M. (Laure) Itard

14

Optimaal thermisch comfort Dr.ir. L. (Lisje) Schellen, dr.ir. M.G.L.C. (Marcel) Loomans, prof.dr.ir. M.H. (Martin) de Wit, dr. W.D. (Wouter) van Marken Lichtenbelt

Uitgave: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Postbus 275, 2740 AG Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl www.merlijnmedia.nl secretariaat: Email info@merlijnmedia.nl Abonnementen: Merlijn Media BV Postbus 275, 2740 AG Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl Benelux € 109,Buitenland € 212,Studenten € 87,Losse nummers € 18,Extra bewijsexemplaren € 13,Het abonnement wordt geacht gecontinueerd te zijn, tenzij 2 maanden voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd.

Advertentie-exploitatie: Merlijn Media BV Ruud Struijk Telefoon (0182) 631717 Email r.struijk@merlijnmedia.nl Prepress: Yolanda van der Neut Druk: Ten Brink, Meppel ISSN 0165-5523 © TVVL, 2013 Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Publicaties geschieden uitsluitend onder verantwoording van de auteurs. Alle daar in vervatte informatie is zorgvuldig gecontroleerd.

De auteurs kunnen echter geen verantwoordelijkheid aanvaarden voor de gevolgen van eventuele onjuistheden.

6

18

Deellastgedrag van een koelbatterij in een Nederlands klimaat Ir. A.H.T.M. (Alet) van den Brink, ir. G. (Gert) Boxem, dr.ir. A.W.M. (Jos) van Schijndel

Microforest HVAC

24

Aarding van luchtbehandelingskasten H. (Harry) Bosveld, C. (Caroline) Nurmohamed 30

Transitie naar ‘intelligente warmtenetten’ Ir. J.M.E. (Jorik) van de Waerdt, ir. J.J. (Hans) Buitenhuis

34

Thermisch comfort: historisch overzicht Ing. S.R. (Stanley) Kurvers, drs. J.L. (Joe) Leijten 40

Thermisch comfort: huidige en toekomstige normen Ing. S.R. (Stanley) Kurvers, drs. J.L. (Joe) Leijten 46

EDITORIAL 4 52 Interview 56 Projectbeschrijving 59 Actueel 63 Uitgelicht 65 regelgeving nieuws 66 67 Internationaal 68 summary 69 voorbeschouwing 70 Agenda

REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld ‘door redactieraadleden’.

De uniforme ‘peer review’ waarborgt de onafhankelijke en kwalitatieve positie van TVVL Magazine in het vakgebied. Een handleiding voor auteurs en beoordelingsformulier voor de redactieraadleden (‘peer reviewers’) zijn verkrijgbaar bij het redactie-adres.

Interview: Eldert van Henten

54 56

Project: Wijk Hoogland, Naaldwijk

TVVL Magazine is het officiele orgaan van TVVL Platform voor Mens en Techniek. De vereniging, opgericht op 26 mei 1959, heeft tot doel de bevordering van wetenschap en techniek op gebied van installaties in gebouwen en vergelijkbare objecten. Als lid kunnen toetreden personen, werkzaam (geweest) in dit vakgebied, van wie mag worden verwacht, dat zij op grond van kennis en kunde een bijdrage kunnen leveren aan de doelstelling van de vereniging. Het abonnement op TVVL Magazine is voor leden en begunstigers van TVVL gratis. De contributie voor leden bedraagt € 139,15 incl. BTW per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt.

3

TM0613_inhoud.indd 3

10-6-2013 8:50:55

editorial

Glastuinbouw Het themanummer dat voor u ligt is uiteindelijk een gemengd nummer geworden. Zeer interessante en actuele artikelen werden aangeboden en het was zonde om te moeten wachten op een niet thematisch nummer om ze te publiceren. Voor elk wat wils dus! Naast een heel praktisch artikel over de aarding van luchtbehandelingskasten en een theoretische benadering van het deellastgedrag van koelbatterijen via simulaties, vindt u drie artikelen over comfort en vier over het oorspronkelijk thema: glastuinbouw.

Dr. L.C.M. (Laure) Itard, De Haagse Hogeschool, lectoraat Energie en de Gebouwde Omgeving, en TU Delft, Onderzoeksinstituut OTB April jl. wonnen Stanley Kurvers en Joe Leijten de B.J. Max-prijs voor hun omvangrijk werk op het belangrijk gebied van comfort en de rol van gebouwen en installaties daarin. In twee artikelen kijken ze terug op de geschiedenis van theorie en normen over het thermisch comfort en geven ze aan hoe toekomstige normen en richtlijnen eruit zouden moeten zien om een verbeterd comfort en een lager energiegebruik te bewerkstelligen. Een derde artikel, afkomstig van de TU Eindhoven, laat zien dat met de huidige normen en richtlijnen niet uniforme thermische condities kunnen ontstaan, die niet goed te voorspellen zijn en discomfort als resultaat hebben.

INSPIRATIE De vier artikelen over glastuinbouw hebben gemeenschappelijk dat ze niet alleen over glastuinbouw gaan maar ook over de manier waarop glastuinbouw inspiratie kan geven voor andere typen gebouwen en wat dit kan betekenen voor de gebouwde omgeving. In het artikel over ‘microforest’ nemen de auteurs ons mee op ontdekkingsreis naar de betekenis van het gebruik van planten binnen gebouwen voor comfort- en klimaatinstallaties. Het gaat dan niet om een paar planten, maar om heel veel groen. Twee artikelen gaan in op de relatie tussen

4

TM0613_editorial.indd 4

glastuinbouw en de gebouwde omgeving. Een artikel van de TU Delft beschrijft energiepotentiestudies die op gebieds- of regioniveau de energievraag naar warmte, koude, elektriciteit en brandstof gestructureerd in kaart brengt samen met de verschillende lokale potenties om duurzame energie op te wekken. De inzichten worden toegepast op een locatie waar veel glastuinbouw aanwezig is. Het tweede artikel is van DWA en gaat in op de vraag hoe de transitie van huidige warmtenetten naar intelligente warmtenetten praktisch gerealiseerd kan worden. Ook hier speelt de glastuinbouw een rol als potentiele aanbieder en afnemer van energie. Verder wordt er in een vierde artikel ingegaan op mogelijke energiebesparingen door het gebruik van klimaat adaptieve glasgevels in de glastuinbouwsector. Last but not least kijkt prof. Eldert van Henten in het interview naar de belangrijkste trends in de glastuinbouw en vraagt hij zich af wat er zou gebeuren in kantoorgebouwen als leidinggevenden net zoveel aandacht hebben voor de comfortbeleving van medewerkers als de tuinder aandacht heeft voor de groei van zijn gewas. Eigenlijk wel logisch zo, een gecombineerd themanummer over comfort en glastuinbouw!

Veel leesplezier!

TVVL Magazine | 06 | 2013 EDITORIAL

24-5-2013 14:13:32

AIRCONDITIONING EN VERWARMINGSOPLOSSINGEN

Watergekoelde koelmachines en warmtepompen met variabel toerental 30XW-V 30XWHV

■ Seizoensgebonden energie-efficiëntie ■ Betrouwbaar

Carrier realiseert met haar eigen state-of-the-art antwoord op de hoge eisen die door de markt worden gesteld: een compleet productassortiment met nieuwe frequentiegeregelde schroefcompressoren, gebaseerd op de succesvolle AquaForce serie.

De nieuwe AquaForce Greenspeed-serie biedt een verbeterde algehele prestatie, tezamen met de topkwaliteit, betrouwbaarheid en klantenservice waar Carrier om bekend staat.

■ Economisch ■ Veelzijdig www.carrier.nl

2069356 NL 30XWV.indd5 1 TM0613_05_carrier.indd

26-02-13 15:28 3-6-2013 13:38:25

Prestaties van kwaliteit gebaseerde klimaatsystemen

Microforest HVAC Traditionele kantoor- en werkomgevingen en de bijbehorende klimaatsystemen hebben een negatief effect op de gebruiker en de gebouwprestatie. Het resultaat is een excessief energiegebruik, lage productiviteit, verminderde mate van creativiteit en vermindert het algemene welbevinden. Klimaatsystemen waarin kwaliteitscomponenten en -ruimten, zoals Microforests, worden mee ontworpen kunnen energie-efficiënter zijn. Daarnaast kunnen zij de productiviteit, het comfort en het algemeen welbevinden verhogen. Samengevat zijn kwaliteit gebaseerde klimaatsystemen effectiever en waardevoller voor gebouweigenaren en gebruikers.

G. (Giancarlo) Mangone, M. Arch. en prof.ir. PG (Peter) Luscuere, Department of Architectural Engineering + Technology, Delft University of Technology Vertaald door: dr.ir. Lisje Schellen

Traditionele kantooromgevingen verminderen de productiviteit, creativiteit, het welbevinden en comfort. Zo zorgen statische temperaturen voor een toename van stress, reduceren ze de mogelijkheden van individuele thermoregulatie voor het handhaven van het thermisch comfort en verkleinen ze de thermische comfortrange [1]. Privacy, geluid en andere werkplek gerelateerde kwaliteitsissues beïnvloeden bovendien de productiviteit, het welbevinden en comfort. Deze negatieve effecten van slecht functionerende werkomgevingen zijn jaarlijks terug te vinden in substantiële financiële bedrijfsverliezen.

Om het nog erger te maken: het gros van het onderzoek naar de effecten van werkomgevingen op gebouw en productiviteit is voornamelijk gericht op het minder slecht kunnen laten functioneren van dergelijke omgevingen. Een betere benadering zou zijn te onderzoeken hoe kantooromgevingen zodanig kunnen worden ontworpen dat ze goed functioneren.

Zo is er relatief weinig onderzoek gedaan naar het ontwerp van werkomgevingen die de creativiteit stimuleren en het energiegebruik

6

TM0613_mangone_2144b.indd 6

verminderen. Bestaand onderzoek richt zich voornamelijk op het verminderen van ‘slecht’ gedrag en omgevingskarakteristieken, zoals het reduceren van geluidoverlast en thermisch discomfort, het voorzien in daglicht en het aanmoedigen van mensen om ervoor te zorgen dat zij hun elektrische apparatuur uitschakelen wanneer ze het kantoor verlaten. De prestatie van werkomgevingen is grootschalig geëvalueerd op basis van de kwantiteit van negatieve kernmerken van de werkomgeving. Echter, het oplossen van deze negatieve prestatiekarakteristieken kan, op zijn best, resulteren in een neutraal presterende werkomgeving – de werkomgeving reduceert niet het gebouw- en de werkprestatie, maar verbetert deze ook niet.

POSITIEVE GEBOUWOMGEVINGEN Hoe kunnen positieve gebouwomgevingen ontwikkeld worden? De evolutionaire ontwikkeling van de mensheid geeft wellicht inzicht in dit probleem. Mensen zijn gedurende miljoenen jaren geëvolueerd door interacties met zinnenprikkelende natuurlijke

omgevingen en processen. Onderzoek binnen verschillende wetenschappelijke disciplines, zoals omgevingspsychologie en neuroplasticiteit, hebben vastgesteld dat deze interacties met het inherente dynamische en zinnenprikkelende karakter van natuurlijke omgevingen, adaptieve menselijke responsies vereisen. Deze responsies waren essentieel voor de evolutie van het menselijke fysieke, emotionele, probleemoplossende, creatieve en constructieve vermogen dat essentieel is voor de gezondheid, volwassenheid en productiviteit [2-5]. Echter, traditionele en ‘nieuwe’ kantooromgevingen zijn voor een groot deel niet-stimulerend en niet-reagerend, hetgeen de werknemers ‘afstompt’. Toegang tot daglicht was normaliter een gewone leefomstandigheid, niet een faciliteit. Natuurlijke omgevingen waarin mensen verbleven, droegen positief bij aan hun prestatie en welbevinden; de huidige werkomgevingen doen dat niet. De vraag is dus: hoe kunnen we in de huidige tijd positief presterende werkomgevingen ontwikkelen?

De potentie van werkomgevingen met een hoge kwaliteit, en de identificatie van de

TVVL Magazine | 06 | 2013 GEBOUWPRESTATIE

24-5-2013 14:14:13

kenmerken van dergelijke werkomgevingen, blijft voor een groot deel ongedefinieerd. Zo zij er slechts enkele omgevingskwaliteiten, zoals planten, gevonden die de creativiteit verbeteren [6]. Daarnaast worden de relaties van positieve prestatiekenmerken amper begrepen. Toch richt een groeiend onderzoeksgebied zich nu op het identificeren van de positieve potentie van werkomgevingen. Bovendien wijzen enkele onderzoeksresultaten erop dat het voorzien in positieve prestatie’features’ in werkomgevingen, zoals natuurlijke omgevingen, wellicht een grotere invloed hebben op de productiviteit en tevredenheid dan de vermindering van negatieve kantooromgevingskarakteristieken. De ontwikkeling van positieve features in werkomgevingen maken negatieve features wellicht minder belangrijk vanuit het oogpunt van de gebruiker. Positieve werkomgevingen kunnen effectiever zijn, zowel in termen van het verbeteren van de productiviteit en het beheersbaarder maken van de negatieve features als het verkleinen van het effect op de productiviteit, het comfort en de tevredenheid.

POTENTIE VAN MICROFORESTS Promotieonderzoek, verricht binnen de capaciteitsgroep Architectuur en Bouwtechniek van de faculteit Bouwkunde aan de Technische Universiteit Delft, is gericht op het identificeren en evalueren van de potentie van positieve werkomgevingen. Het doel is om de gebouwprestatie (energiegebruik, beheerkosten, ruimtegebruik etc.), werkprestatie (creativiteit, productiviteit en welbevinden) en de ecologische prestatie (invloed van het gebouw op het lokale ecosysteem) te verbeteren. Dit onderzoek spitst zich voornamelijk toe op het identificeren en evalueren van de potentie van microforests die als positief presterende wekomgevingen functioneren. Dit doel wordt bereikt door de integratie van vegetatie in het klimaatsysteem en andere infrastructurele gebouwsystemen. Microforests zijn ruimten die beschikken over een hoge vegetatiedichtheid op drie verschillende verticale niveaus: vloerhoogte (grondbedekking), ooghoogte op zitniveau en boven hoofdhoogte (plafond).

Microforests zijn ruimtelijke omgevingen; geen oppervlaktetoepassingen zoals groene wanden en daken. Microforests zijn aantrekkelijker voor de gebruiker. Daarnaast vergroten ruimtelijke omgevingen de mogelijkheden van directe interacties tussen de gebruiker en de natuur, hetgeen als effectiever wordt ervaren in vergelijking tot indirecte interacties (zoals het passeren van een groene wand op weg naar een vergadering of het uitzicht door een raam op een boom) [7]. En inderdaad, de

TVVL Magazine | 06 | 2013 GEBOUWPRESTATIE

TM0613_mangone_2144b.indd 7

resultaten laten zien dat deze ontwerpoplossing effectief de gebouw- en gebruikersprestatie kunnen verbeteren. De integratie van kwaliteitscomponenten en -ruimten in de technische infrastructuur van gebouwen, inclusief klimaatsystemen, kan resulteren in effectievere, robuustere en veerkrachtigere gebouwklimaatsystemen die de beheerkosten verminderen.

EFFECT VAN PLANTEN De algemene voordelen van planten zijn goed gedocumenteerd in een veelheid aan wetenschappelijke disciplines en culturen over de hele wereld, zoals ‘forest bathing’ in Japan en onderzoek naar genezende en herstellende omgevingen. Ten aanzien van mensen en gebouwomgevingen hebben planten verschillende voordelen. Onderzoekers concludeerden bijvoorbeeld dat planten de productiviteit met 10 tot 15% vergroten en de creativiteit met 11 tot 30%. Daarnaast vonden zij dat planten het gebruikerscomfort, de perceptie ten aanzien van de luchtkwaliteit en het ruimtegebruik verbeteren [8] [9] [10] [11]. Ook zijn er algemene schattingen ontwikkeld voor de fysiologische prestatie van planten, zoals hun schaduw- en isolatiepotentie en evaporatiehoeveelheden [12, 13]. Echter, de potentiele prestatievoordelen van het effectief integreren van planten in de gebouwde omgeving zijn nog niet intensief gekwantificeerd en gekwalificeerd. Het effect van het zicht op een plant, in vergelijking met de directe interactie met een natuurlijke omgeving zoals een tuin of bos, is bijvoorbeeld nog niet goed bekend. Dit gebrek aan duidelijkheid maakt het lastig om deze resultaten toe te passen in het ontwerp van werkomgevingen, en om de effecten van ontwerpoplossingen op de werkprestatie te evalueren. Deze ontwerpissues hebben geleid tot algemene, ineffectieve oplossingen ten aanzien van de werkomgeving.

Dit onderzoek is daarom gericht op het identificeren en evalueren van mogelijke verbeteringen aan natuurlijke omgevingen, in termen van

microforests, de werk- en gebouwprestatie en ecologische prestatie.

EXPERIMENT Essentieel voor het onderzoeksproces waren: experimenten, observaties van bestaande kantoorgebouwen en kantoren met natuurlijke omgevingen, het ontwerp van ‘real world’ projecten en interviews met experts uit gerelateerde disciplines en gebouwgebruikers. Het effect van planten op het thermisch comfort van de gebruiker is, bijvoorbeeld, een jaar lang geëvalueerd in een experiment dat verricht werd op het hoofdkantoor van Priva in De Lier. Grote hoeveelheden planten, ongeveer vier per persoon, werden geplaatst in twee 16-persoons kantoren (zie figuur 1). Daarnaast werden de bestaande planten van twee aangrenzende 16-persoonskantoren verwijderd. Het thermisch comfort van de ongeveer 60 werknemers is gemeten via een online vragenlijst die twee keer per dag gedurende een maand in elk seizoen gedurende een jaar werd afgenomen. De thermische condities van de ruimten werden gemeten via thermische sensoren die geplaatst werden op het bureau.

Deze sensoren registreerden de luchttemperatuur, relatieve luchtvochtigheid en de verlichtingsniveaus. Eén van de ruimten met planten beschikt hier het gehele jaar over, om zo de langetermijneffecten van de planten op het thermisch comfort te kunnen evalueren. In de andere ruimte met planten worden de planten halverwege iedere maand verplaatst naar het aangrenzende kantoor. Zo kan het effect van de planten op het thermisch comfort binnen eenzelfde groep gebruikers en tussen verschillende groepen gebruikers worden geëvalueerd. De temperatuur varieert gedurende de maand om zo het effect te kunnen evalueren van de planten op het thermisch comfort van de gebruikers onder gebruikelijke temperaturen, maar ook onder hoge zomer- en lage wintertemperaturen. Het doel hiervan is om de potentie van planten te onderzoeken ten

-Figuur 1- Plattegrond van de kantoren van Priva waar elke twee weken gedurende het experiment planten verplaatst werden

7

24-5-2013 14:14:14

aanzien van lagere en hogere temperatuursetpoints. Ondanks dat het experiment nog loopt, laten de huidige resultaten zien dat de planten een significant effect hebben op het thermisch comfort van de gebruikers, en dat ze geïntegreerd kunnen worden in werkomgevingen voor het reduceren van het gebouw gebonden energiegebruik. Het lijkt erop dat mensen zich thermisch comfortabeler voelen in de nabijheid van planten, zelfs bij hogere temperaturen in de zomer en lagere temperaturen in de winter. Dit effect staat toe dat de setpointtemperaturen van werkomgevingen kunnen worden verhoogd in de zomer en verlaagd in de winter, hetgeen het gebouw gebonden energiegebruik vermindert terwijl het comfort, welbevinden, de productiviteit en creativiteit van de gebruikers vergroot wordt. Het is belangrijk om op te merken dat uitzicht op een plant door een naastgelegen raam, en de aanwezigheid van een of twee planten in een 16-persoonse werkomgeving, het thermisch comfort niet lijkt te beïnvloeden. Daarnaast werd het fysieke effect van planten op het gebouw gebonden energiegebruik geëvalueerd gedurende mijn rol als duurzame adviseur voor de architect City Förster, voor de ontwikkeling van een nieuw commercieel kantoorgebouw (11.000 m2) in Accra, Ghana. De klant wilde het prestatiepotentieel bepalen van het gebruik van planten voor het beschaduwen van het gebouw. Het fysische effect van het schaduwen van de planten werd geëvalueerd, en als effectief beoordeeld; wellicht zelfs effectiever dan traditionele zonwering. De integratie van het ontwerp van werkomgevingen, inclusief het gebruik van planten, in het ontwerp van klimaatsystemen kan het gebouw gebonden energiegebruik reduceren, terwijl tegelijkertijd de werkprestatie verbetert. Daaruit volgt dat klimaatsystemen die kwaliteit gebaseerde componenten integreren effectiever zijn en grotere voordelen bieden voor gebouweigenaren en gebruikers.

WERK- EN GEBOUWPRESTATIE Echter, de energiekosten van kantoorgebouwen zijn in het algemeen minder dan 1% (ongeveer 0,6%) van de totale jaarlijkse gebouwkosten. De jaarlijkse kosten van salarissen en bonussen zijn, gemiddeld, 82% van de totale jaarlijkse gebouwkosten. Dit is ongeveer 135 keer meer dan de jaarlijkse energiekosten van een gebouw. Daarom kan een stijging gedurende een jaar van 1% in de productiviteit de energiekosten dekken van 1,35 jaar (figuur 2) [14]. Deze resultaten laten zien dat vanuit een financieel oogpunt gebouweigenaren en gebruikers geïnteresseerder zijn in het verbeteren van de productiviteit dan in het reduceren van het gebouw gebonden energiegebruik.

8

TM0613_mangone_2144b.indd 8

-Figuur 2- Jaarlijkse NLC-energiebesparings- en gebouwproductiviteitwaarden als functie van de totale jaarlijkse gebouwkosten

Daarom zijn klimaatsystemen die de werkprestatie verbeteren veel waardevoller voor gebouweigenaren en gebruikers dan traditionele en energie-efficiënte klimaatsystemen.

De vraag is nu: hoe kunnen klimaatsystemen tegelijkertijd de werkprestatie en gebouwprestatie efficiënt en effectief verbeteren?

Om deze vraag te kunnen beantwoorden, is dit onderzoek gericht op het identificeren van het type en de kwaliteit van werkplekken die werknemers prefereren voor het verrichten van verschillende werktaken die ze uitvoeren op kantoor. Ondanks dat creativiteit en innovatie sterk gerelateerd zijn aan de productiviteit en het succes van bedrijven, heeft dit onderwerp weinig aandacht gekregen. Dit onderzoek heeft 15 verschillende werktaken geïdentificeerd die als essentieel bevonden werden voor werknemers die werken aan creatieve en innovatieve ontwikkelingsprojecten. Daarnaast werden meer dan 75 kenniswerkers, van twee verschillende creatieve bedrijven, geïnterviewd voor het bepalen van de type werkplekken en werkplekkwaliteiten die zij prefereren voor het uitvoeren van deze verschillende creatieve werktaken. Als onderdeel van het interview werd een selectie van 15 werkplekken, inclusief vier verschillende type microforests, aangeboden. Het doel hiervan was om te bepalen welke ruimte hun voorkeur had voor elke afzonderlijke werktaak. De resultaten laten zien dat de kenniswerkers over het algemeen diverse werkomgevingen prefereren. Dit blijkt ook uit de onderzoeksresultaten van andere onderzoekers. Ze prefereren overigens een grotere range aan werkomgevingen dan alleen traditionele kantooromgevingen, waaronder de zogenaamde ‘nieuwe’ creatieve werkomgevingen die ontwikkeld worden. Daarnaast prefereren kenniswerkers in hoge mate natuurlijke omgevingen voor het verrichten van bijna iedere werktaak. De voorkeur voor verschillende typen microforests werd alleen

gereduceerd voor taken die een continue focus en lage stimulatie vereisen, ondanks dat een specifiek microforesttype als twee na beste werd beoordeeld voor deze concentratietaken. Daarom geven deze resultaten aan dat de huidige werkomgevingen die aangeboden worden aan werknemers niet de juiste ruimten en tools bieden die creatieve werknemers nodig hebben voor het effectief uitvoeren van hun werk. Bovendien identificeren de resultaten van dit onderzoek de specifieke ruimten en kwaliteiten die creatieve werknemers prefereren voor elke afzonderlijke werktaak. Tot slot, microforests kunnen effectieve oplossingen zijn die creativiteit stimuleren, die voorzien in een efficiënte en effectieve werkomgeving en die het gebouw gebonden energiegebruik verminderen.

ONTWERPONDERSTEUNING In aanvulling op voorgaande kan een microforest ook de biodiversiteit en gezondheid (ecologische integriteit) verbeteren van het lokale ecosysteem. Bouwen voor ecologische prestatie is voor een klein deel onderzocht.

Er zijn enkele voorbeelden die verder gaan dan het voorzien in groene daken, ‘bioswales’, groene wanden en bijenkorven. Ondanks dat deze absoluut kunnen bijdragen aan de ecologische integriteit van het lokale ecosysteem, zijn er veel meer effectieve oplossingen met variërende initiële kosten. Daarom werd er een systeem ontwikkeld dat voorziet in de ontwerpondersteuning voor het evalueren van de potentie van de nieuwe constructie en renovatie van traditionele middelgrote commerciële kantoorgebouwen. Het doel hiervan is het verbeteren van de biodiversiteit en gezondheid van het lokale ecosysteem. De resultaten laten zien dat ontwerpoplossingen die de prestatiedoelen van gebouw en gebruiker combineren, ook baat kunnen hebben bij het ondersteunen van de ecologische prestatie

TVVL Magazine | 06 | 2013 GEBOUWPRESTATIE

24-5-2013 14:14:15

van het lokale ecosysteem. Atria kunnen bijvoorbeeld functioneren als microforest dat tijdelijk onderdak biedt aan inheemse soorten.

Daarnaast kan dit microforest voorzien in ecologische diensten zoals het filtreren van grijs water en stormwater. Ook kan het in de winter functioneren als zonnecollectorruimte en als thermische buffer voor het gebouw in de zomer, zie figuur 3. Bovendien kan dit microforest onder andere gebruikt worden als ruimte voor informele bijeenkomsten, individuele en groepswerkplekken en pauzeruimte. Door deze ruimten te laten grenzen aan een natuurlijke omgeving is de prestatie en het welbevinden van de gebruikers verbeterd. Het accent van dit artikel ligt op de ontwikkeling van klimaatsystemen. Daarom zal de potentie van de bijdrage die het gebouw kan leveren aan de ecologische prestatie van het lokale ecosysteem niet verder bediscussieerd worden.

INTEGRATIE De integratie van ontwerpoplossingen die de werknemersprestatie en de gebouwprestatie combineren is nog niet uitgebreid bediscussieerd. Een oplossing werd geëvalueerd in het Accra kantoorgebouwproject. De potentie van een semi-buitentuin ten aanzien van het verminderen van het gebouw gebonden energiegebruik is geëvalueerd. De tuin was bedoeld als informele bijeenkomstruimte voor gebruikers. De tuin werd ontworpen als microforest: een plafond bekleed met vegetatie en voorzien van bomen, struiken en waterelementen (figuur 4). De hypothese was dat wanneer kantoorgebruikers tijd doorbrachten in de tuin, de vermindering van de totale interne warmtelast van mensen en computers significante energiebesparingen zou opleveren. Er werd bepaald dat wanneer 5 tot 10% van de gebruikers tijd zou doorbrengen in de tuin, de jaarlijkse energiebesparing van het mechanische systeem en de apparatuur meer dan verdubbeld zou kunnen worden

-Figuur 3- Microforest kantoorrenovatie

in vergelijking tot de energiebesparing die het beschaduwen van het gebouw door planten oplevert. Bovendien, zoals de resultaten van het creatieve onderzoek laten zien, heeft deze natuurlijkere informele bijeenkomstruimte de voorkeur van de kenniswerkers voor het houden van informele bijeenkomsten, pauzeren en verrichten van verschillende werktaken.

Een en ander hangt af van de uiteindelijke ontwerpoplossing. Daarnaast, zoals al eerder werd bediscussieerd, wordt het gebruik van planten geassocieerd met een toename in de creativiteit, productiviteit en het algemeen welbevinden van de gebruiker. Het gebruik van de tuinruimte en de bijbehorende kwaliteitservaring en bruikbaarheid van de tuinruimte kan daarom direct gerelateerd worden en het gebouw gebonden energiegebruik, en kan dit laatste verbeteren. Daarnaast wordt de prestatie van de ruimte direct gerelateerd aan de kwaliteit van het ontwerp van de ruimte.

De resultaten van dit project laten zien dat de ontwikkeling van hoogwaardige ruimtelijke ontwerpoplossingen de gebouwprestatie en gebruikersprestatie kan verbeteren. In een case studie werd de prestatie van de gebouwde ruimte als effectiever bevonden in vergelijking tot de fysische schaduwpotenties van planten voor het verminderen van het energiegebruik van het gebouw. Dit geeft aan dat het meenemen van hoogwaardige ontwerpoplossingen in technische klimaatsystemen de prestatie van dergelijke systemen kan verbeteren. Deze verbetering is soms groter dan de fysische besparing van het gebouw gebonden energie-

gebruik.

Het is belangrijk om op te merken dat het ontwerp van effectieve en efficiënte microforests afhangt van de context: de condities van de individuele gebouwen, de omringende omgeving en de gebruikers. Echter, dit onderzoek toont aan dat enkel technische klimaatsystemen alleen in staat zijn om gebouwen minder slecht te laten functioneren, in plaats van het voorzien in een positieve presterende gebouwde omgevingen. Daarom biedt het ontwerp van werkomgevingen, inclusief de ontwikkeling van microforests, de potentie om hoogwaardige componenten en ruimten te integreren in het technische klimaatsysteem voor het verbeteren van de effectiviteit van het systeem. Microforests en andere hoogwaardige ontwerpoplossingen kunnen een bijdrage leveren aan het waardevoller maken van gebouwklimaatsystemen binnen de gebouwde infrastructuur. Daarnaast kunnen ze een bijdrage leveren aan de positieve prestatie van bouwprojecten.

DANKBETUIGING De auteurs willen het PIT fonds, TVVL, van Dorp Installaties en Zuidkoop bedanken voor de financiële bijdrage aan dit onderzoek. Ook willen zij Priva bedanken voor het participeren in de experimenten. City Förster wordt bedankt voor de deelname in het NLC-project en het aanleveren van de originele rendering van het NLC-project en de gepresenteerde projectrendering waarop het vegetatieconcept is gebaseerd.

-Figuur 4- NLC-tuin met vegetatieplafond

TVVL Magazine | 06 | 2013 GEBOUWPRESTATIE

TM0613_mangone_2144b.indd 9

9

24-5-2013 14:14:21

Energiepotentiestudie Oostland De leerstoel Climate Design & Sustainability van de faculteit bouwkunde aan de TU Delft heeft een energiepotentiestudie uitgevoerd voor het door kassen gedomineerde gebied Oostland, bestaande uit de gezamenlijke gemeenten Pijnacker-Nootdorp en Lansingerland. De studie is geïnitieerd door lokale vooruitstrevende ondernemers. Onder anderen de Rabobank Zuid-Holland-Zuid, enkele tuinders en glastuinbouw gerelateerde ondernemers hebben zich in een duurzaamheidsgroep verenigd met als doelstelling kansen aan te grijpen om duurzame ingrepen in het gebied te bewerkstelligen. In deze bijzondere bottomup benadering wordt gezocht naar korte-termijningrepen die ook in duurzame langetermijnvisie passen van beide meedenkende gemeenten.

Ir. S. (Siebe) Broersma, M.A. (Michiel) Fremouw BSc., prof.dr.ir. A.A.J.F. (Andy) van den Dobbelsteen; TU Delft

Om de doelstelling te bereiken is eerst een energiepotentiestudie uitgevoerd waarin zowel de werkelijke energievraag naar warmte, koude, elektriciteit en brandstof gestructureerd in kaart is gebracht als de verschillende lokale duurzame potenties die met de technieken van nu zijn op te wekken. De potenties en deze ‘energie-nul-meting’ zijn vervolgens als energiecatalogus gebruikt om verschillende duurzame ingrepen in het gebied voor te stellen met een doorkijk naar een mogelijkheid voor de lange termijn. Dit artikel bespreekt vooral de langetermijnvisie voor de case Pijnacker.

ENERGY POTENTIAL MAPPING Voor de energiepotentiestudie (zie ook Energy Potential Mapping in de literatuur) heeft de TU Delft eerst een energie-nul-meting van het gebied gemaakt, waarin de huidige energievraag naar elektriciteit, warmte, koude

10

TM0613_broersma_2148.indd 10

en brandstoffen is onderverdeeld, teruggerekend vanuit het huidige gebruik. Er is dus niet gekeken naar de gasvraag maar naar de werkelijke warmtevraag. Zo wordt bijvoorbeeld ook een groot gedeelte van het aardgas in wkk’s (warmte/krachtkoppeling) naar elektriciteit omgezet. Niet verwonderlijk is de enorme warmtevraag van 12 PJ in het Oostland, die voor zo’n 90% aan de ruim 1.000 hectare kassen is toe te schrijven. Door de werkelijke warmtevraag te bepalen, kan deze uitgezet worden tegen lokale duurzame warmtepotenties.

Alle mogelijke duurzame energiepotenties samen met antropogene bronnen, oftewel bronnen van restwarmte, zijn vervolgens gekarteerd en gekwantificeerd. Hiermee zijn lokaal voor het Oostland de hoeveelheden energie bepaald die praktisch winbaar zijn en werkelijk duurzaam. Om deze praktisch winbare energie te bepalen, is er telkens reke-

ning gehouden met beperkingen; allereerst van technische aard, dus met de rendementen van de gangbare opweksystemen, maar ook met beperkingen in de vorm van restricties, zoals voor hoogten van windmolens. Tevens is gesteld dat er voor opwekking niet van enkelvoudig ruimtegebruik sprake mag zijn, om werkelijk duurzaam te zijn en niet te conflicteren met bijvoorbeeld voedselproductie. Eerste generatie biomassa is dus niet meegenomen en voor actieve opwekking van warmte en elektriciteit via pv-cellen en zonnecollectoren is gekeken naar integratiemogelijkheden in de gebouwde omgeving.

Hoewel de letterlijke energiepotentiestudie van het karteren van vraag en aanbod en ook het besparingspotentieel gestructureerd en methodologisch is uitgevoerd en hiermee een degelijke energiecatalogus van het gebied vormt, is de vervolgstap recht door zee geweest. Er zijn diverse principevoorstellen

TVVL Magazine | 06 | 2013 ONDERZOEK

24-5-2013 14:15:04

geïdentificeerd op de grotere schaal, de buurten wijkschaal, en vervolgens geprojecteerd op de geschiktste locatie in het gebied. Daarna is de energetische impact berekend.

Met deze aanpak zijn snel diverse mogelijkheden voor het gebied op tafel gekomen. De korte-termijnvoorstellen zijn voor de case study Pijnacker in het perspectief van een langetermijnvisie gezet. Dit heeft tot het inzicht geleid hoe een kassengebied in verschillende stappen in de loop der jaren opgenomen kan worden in de lokale energievoorziening van de bebouwde omgeving.

Interessant is dat met verschillende mogelijke lokale warmteprojecten naar eenzelfde grootschaligere langetermijnvisie toegewerkt kan worden. Die bestaat uit een groot verbindend warmtenet dat alle vraag en aanbod robuust op elkaar afstemt. Dit hoofdnet verbindt niet individuele afnemers met één bron maar verschillende bronnen en kleinschaligere lokale warmtenetten.

-Figuur 1- Potentiekaarten duurzame energie in het Oostland

WARM PIJNACKER Deze langetermijnvisie toont Pijnacker waarin het geheel zelfvoorzienend is op het gebied van warmte. De ambitieuze gemeente Pijnacker-Nootdorp zou graag nu al, waar mogelijk, willen anticiperen op een toekomst waarin meer lokaal opgewekte (laagwaardige) warmte beschikbaar is. Door in warmtenetten te investeren kan duurzaam opgewekte warmte ook bij diverse afnemers terechtkomen. In Pijnacker zijn momenteel al twee aardwarmteprojecten ten uitvoer gebracht door de tuinders Ammerlaan en Duijvestein.

Zij voorzien niet alleen de eigen kassen van warmte maar ook, via lokale warmtenetten, een naastgelegen scholengemeenschap, buurkassen en, spoedig, een geplande woonwijk.

Er zijn nog veel meer verschillende mogelijkheden, ook in combinatie met de glastuinbouw, om lokaal warmte op te wekken. De ondergrond is zeer geschikt om meer van aardwarmte gebruikt te maken; er liggen hiervoor dan ook al meerdere plannen op ontwikkeling te wachten. Ook ontvangen alle kassen veel meer warmte van de zon dan ze door het jaar heen nodig hebben, en de bodem is goed geschikt voor warmteopslag. De toepassing van het concept van de ‘Gesloten Kas’ kan dus zorgen voor een groot aanbod van warmte.

Een gesloten kas onttrekt in de zomer het overschot aan warmte via warmtewisselaars aan de kas en slaat dit tijdelijk in de bodem op.

De gemeente zou kunnen investeren in de aanleg van warmtenetten langs woningen en andere gebouwen in Pijnacker, maar worstelt met de vraag hoe de trend van ontwikkeling van duurzame warmtesystemen bij de glastuinbouw zal zijn. Zullen gesloten kassen in

TVVL Magazine | 06 | 2013 ONDERZOEK

TM0613_broersma_2148.indd 11

-Figuur 2- Schema’s duurzame warmtesystemen

de toekomst bijvoorbeeld gebruikelijk zijn met hun grote aanbod van laagwaardige warmte?

Anderzijds zou de gemeente ook meer in kunnen zetten op energiebesparing door energierenovatie van de bestaande gebouwenvoorraad, waarbij lokale luchtwarmtepompen in de warmtevraag gaan voorzien.

BOUWSTENEN De langetermijnvisie die de TU Delft voorstelde, berust echter wel op deze lokale productie van warmte getransporteerd via een slim verbonden warmtenetsysteem met groeimogelijkheden. Uitgangspunt hiervoor is dat er veel verschillende technische mogelijkheden voor opwekking in het gebied liggen en dat vraag en aanbod dichtbij elkaar liggen.

Het eindbeeld is een groot verbonden systeem dat op een optimale temperatuur vraag en aanbod reguleert. Dit is gegroeid uit de losse projecten, zoals de nu al bestaande geothermiebronnen en toekomstige andere duurzame systemen die telkens d.m.v. een eigen

warmtenet een wijk of andere afnemer van warmte voorzien. Op welke temperatuur dit verbindende net zal werken, heeft verder geen invloed op de temperatuur van de individuele systemen.

In de figuur 2 zijn voorbeelden van duurzame warmtesystemen schematisch weergegeven en is te zien op welke temperatuur ze ongeveer werken. Vaak zal, in geval van bodemopslag, een warmtepomp nodig zijn om de temperatuur wat te verhogen.

Pas bij een bepaalde ‘kritieke massa’ van verschillende warmteprojecten zal het nuttig worden deze te gaan verbinden, zodat vraag en aanbod beter verdeeld kunnen worden. Er kan dan ook meer vraag en aanbod op aangesloten worden; vraag en aanbod die eerder relatief ver van elkaar lagen. Deze verbinding maakt het systeem robuuster.

Eén hoofdnet vereist echter wel één temperatuur, waar voorheen de losse systemen op verschillende temperaturen konden werken.

De temperatuur zal op het moment van aanleg

11

24-5-2013 14:15:06

-Figuur 3- Links: verbindend warmtenet op 50°C; rechts op 35°C

-Figuur 4- Principe van een warmte-infrastructuur voor een zelfvoorzienend Pijnacker

van dit verbindende warmtenet bepaald worden. Warmtepompen kunnen dit opwaarderen in geval van te laag aangeboden warmte, bijvoorbeeld wanneer een oudere woonwijk een hogere temperatuur nodig heeft.

Met de aanleg van het verbindende net kan geanticipeerd worden op toekomstige warmtesystemen, die vooral laagwaardige warmte zullen produceren door het al te dimensioneren op transport van warmte van lagere temperatuur (grotere doorsnede van buizen).

Wanneer er steeds meer tuinders op gesloten kassystemen overgaan, kan de temperatuur van het hoofdnet verlaagd worden om het totaalsysteem optimaler te laten werken.

Wanneer er echter veel meer op gebruik van geothermie zal worden overgegaan, zal de temperatuur hoger liggen. Zo blijven de mogelijkheden van ‘natuurlijke groei’ zo breed mogelijk.

In figuur 3 zijn schematisch twee mogelijk-

12

TM0613_broersma_2148.indd 12

heden weergegeven van hoe lokale bronnen (aangegeven met een +) en afnemers (aangegeven met een -) door het hoofdnet verbonden zijn. In figuur 4 is in het principevoorstel voor Pijnacker te zien hoe verschillende lokale warmtenetten en bronnen verbonden zijn door het stedelijke net.

CONCLUSIE Het voorstel voor Pijnacker geeft geen blauwdruk van een compleet energiesysteem maar meer een visie hoe in verschillende stappen tot een zelfvoorzienend systeem voor warmte gekomen kan worden en waarin kassen een belangrijke rol spelen. Hierbij wordt er, waar mogelijk, met de onzekerheden van de toekomst rekening gehouden. Langzaam of sneller zullen meer lokale initiatieven voor duurzame warmte ontspruiten, zeker met de stimulans van lokale overheden en stijgende gasprijzen.

De glastuinbouw heeft het in zich om van

energieslurpende sector energieproducerend te worden en de gebouwde omgeving van warmte te voorzien. Het Oostland is al op de goede weg met verschillende geothermieprojecten van tuinders.

Gestaag komen er ook meer voorbeelden van goed werkende gesloten teeltsystemen in Nederland. Zeker in een gebied als het Oostland, waar de kassen dicht bij de overige gebouwde omgeving liggen, kan zich een duurzaam totaalsysteem ontwikkelen, gegroeid uit diverse losse pijlers. Omgekeerd pleit het onderzoek dus ook voor het (her)bestemmen van kasgebieden in de buurt van mogelijke warmteafnemers.

BRON Broersma, S.; Fremouw, M.A.; Dobbelsteen van den, A.A.J.F.; Energiepotentiestudie Oostland; TU Delft; april 2013 (conceptversie)

TVVL Magazine | 06 | 2013 ONDERZOEK

24-5-2013 14:15:07

Tijdelijke koeling E NIEUW LIN

RM + RL

Luchtbehandeling en HR warmteterugwinning

Recool is totaalverhuurder in klimaatoplossingen.

Door middel van het brede leveringsprogramma kunnen wij u de oplossing bieden voor vrijwel ieder tijdelijk klimaatprobleem.

Koudebrugfactor klasse TB1 (EN1886) Duurzame kwaliteit

Chillers Voor onderhoud of calamiteiten aan bestaand koudwatersysteem

Fancoils Plaatsing direct in ruimte, aansluitbaar op bestaand/tijdelijk koudwatersysteem

Platinastraat 63, 8211 AR Lelystad Tel +31 320 28 11 66 Fax +31 320 28 12 34 E. info@monair.nl www.monair.nl

M ONAIR

UW PARTNER IN LUCHTTECHNIEK

Watergekoelde airco Plaatsing direct in de ruimte, toepasbaar met waterleiding of droge koeler

Lucht/water portables Snel plaatsbare noodkoeler met buitendeel voor warmteafgifte

Infraroodstraler IH Verleng het terrasseizoen met een infraroodstraler

IH

IHW - IHW zorgt voor een brede warmteverdeling (60˚C),aanbevolen installatiehoogte 1,8 - 2,5 m.

1000-1500w Elektrische verwarming

IHF - IHF zorgt voor een gerichte warmteverdeling (40˚C), aanbevolen installatiehoogte 2,3 - 3,5 m.

Technische specificaties | Infraroodstraler IHW met brede warmteverdeling, installatiehoogte 1,8 – 2,5 m Type

Verwarmingscapaciteit [W] IHW10 1000 IHW15 1500

Voltage

Stroomsterkte

[V] 230V~ 230V~

[A] 4,3 6,5

Max. gloeidraadtemperatuur [°C] 2200 2200

HxBxD

Gewicht

[mm] [kg] 500x77x169 1,9 500x77x169 1,9

Technische specificaties | Infraroodstraler IHF met gerichte warmteverdeling, installatiehoogte 2,3 – 3,5 m Type

Verwarmingscapaciteit [W] IHF10 1000 IHF15 1500

Voltage

Stroomsterkte

[V] 230V~ 230V~

[A] 4,3 6,5

Max. gloeidraadtemperatuur [°C] 2200 2200

HxBxD

Gewicht

[mm] [kg] 500x77x169 1,9 500x77x169 1,9

Beschermingsklasse: IPX4.

Voldoet aan CE. Vuistregels en Stralingshoek IHW- IHF IHW- IHF IHW - 60 graden IHF - 45 graden Onbeschermde omgeving: 1000W per m2 3 muren: 750W per m2 4 muren ongeïsoleerd: 300W per m2

Rooftops

Lage temperatuur koelers

Voor grote ruimtes, inblaas met luchtslangen. Voor koelen én verwarmen.

Watergekoelde units voor lage temperaturen. Plaatsing direct in ruimte

Met de verhuurapparatuur van Recool kunnen totaaloplossingen in klimaatbeheersing geboden worden; de diversiteit aan apparatuur is geschikt voor inzet ten behoeve van koeling, airconditioning én verwarming.

Bij ons kunt u terecht voor méér dan alleen de levering van de huurapparatuur. Ook advies en ondersteuning in alle fases van uw project vormen voor ons een belangrijk onderdeel van de totaaloplossing.

Wij laten u graag zelf de toegevoegde waarde van dit concept ervaren en nodigen u uit om contact met ons op te nemen voor het bespreken van de mogelijkheden.

Scan de QR-code met uw smartphone of tablet voor meer informatie!

RECOOL

Verhuur in KoelingAirconditioning Anders denken in klimaatoplossingen

ADVISERING I ONDERSTEUNING I TOTAALOPLOSSING LSA Frico BV • P. Calandweg 54 • 6827 BK Arnhem • Tel: +31 (0)26 - 3611 611 • Fax: +31 (0)26 - 3621 891 • info@lsafrico.nl • www.lsafrico.nl

TM0613_13_recool_monair_lsa.indd 13

Recool BV I 078 - 691 10 00 I www.recool.nl

31-5-2013 12:12:21

Optimale parameters van de schil

Klimaat adaptieve kassen Er leiden verschillende wegen naar energieneutraal, zero-energie of zelfs duurzame energie producerende gebouwen. Eén van deze wegen is het gebruik van klimaat adaptieve gevels (zogenaamd Cabs: Climate Adaptive Building Shells). Van de hierin gebruikte materialen kunnen de thermische en optische eigenschappen op ieder moment aangepast worden aan de buiten- en binnenklimaatomstandigheden.

Zo is een optimaal binnenklimaat realiseerbaar bij een minimaal energiegebruik.

Een voorbeeld van Cabs is het gebruik van smart glas, waarvan de transparantie dynamisch aangepast kan worden.

Ir. A.C. (Arie) Taal*, dr. L.C.M. (Laure) Itard*,** *De Haagse Hogeschool, lectoraat Energie en de Gebouwde Omgeving **TU Delft, Onderzoeksinstituut OTB

Dit artikel behandelt de mogelijkheden voor energiebesparing door het gebruik van klimaat adaptieve kassen gekoppeld aan een ‘inverse’ controle strategie. Bij een dergelijke strategie worden niet de verwarmings-, ventilatie- en koelinstallaties geregeld op basis van een schil met vaste eigenschappen, maar worden de thermische en optische eigenschappen van de schil direct geregeld (zie ook [1,2,3]).

Energiebesparing in de glastuinbouwsector is zeer belangrijk omdat deze sector bijna 10% van het totale gasverbruik in Nederland voor zijn rekening neemt. In 2020 moeten nieuwe kassen klimaatneutraal zijn in de zin dat ze minder primaire energie moeten gebruiken op jaarbasis dan ze zelf aan duurzame energie kunnen produceren. De gehele sector zou klimaatneutraal moeten zijn in 2050. Veel ontwikkelingen, zoals beter isolerend glas, hoog rendement verlichting en installaties hebben al plaats gevonden en geleid tot substantiële energiebesparing. Een voorbeeld daarvan is de toepassing van gesloten kassen, zonder natuurlijke ventilatie. Vochtigheidscontrole vindt plaats via mechanische koeling, waar-

14

TM0613_taal_2153.indd 14

door warmteterugwinning en koppeling aan energieopslag in de grond mogelijk wordt.

Desondanks is klimaatneutraliteit nog ver weg.

Tot nu toe wordt de kassenschil aangepast door het gebruik van te openen ramen en het gebruik van thermische en lichtschermen. De vraag is of grotere energiebesparingen bereikt kunnen worden door de schil volledig dynamisch te maken.

INVERSE MODELING In een directe simulatie is de input van het model bekend (bijvoorbeeld geometrie, isolatiewaarde) en het model berekent de output (bijvoorbeeld energiegebruik, binnentemperatuur). Bij een inverse simulatie is de output bekend (bijvoorbeeld gewenste binnentemperatuur of een energiescenario zoals zero-energie of energieneutraal) en berekent het model de benodigde input om de gewenste output te bereiken (zie figuur 1). In het ‘inverse’ model worden de inputvariabelen per uur bepaald: de thermische en optische parameters van de schil kunnen per uur aangepast worden. Op dit moment is dit in de praktijk nog niet echt te

realiseren maar als grote energiebesparingen aangetoond kunnen worden kan het de moeite waard zijn om te werken aan de ontwikkeling van zulke adaptieve materialen.

In het algemeen is het niet mogelijk om een inverse simulatie uit te voeren via het direct oplossen van een set van n vergelijkingen met n onbekenden, omdat er meer dan n onbekenden zijn. Het is daarom noodzakelijk om optimalisatie-algoritmes te gebruiken die de optimale oplossing zoeken te midden van een groot aantal alternatieve inputparameters (zie figuur 2).

-Figuur 1- Inverse modeling (uit [4])]

TVVL Magazine | 06 | 2013 ENERGIEPRESTATIE

24-5-2013 14:15:35

Dit artikel gaat verder in op een simulatiemodel gebaseerd op geschikte groeicondities voor tomaten. Er is rekening gehouden met de invloed van het PAR-deel (Photosynthetic Active Radiation, 400-700 nm) van de zonnestraling. Dit is het deel dat gebruikt wordt door de plant om te groeien. Ook met groeicondities zoals acceptabel luchttemperatuurbereik, vochtigheid en CO2-concentratie is rekening gehouden. De inverse simulatie is gebaseerd op een kassenmodel. De simulaties worden gemaakt voor een groot aantal alternatieve inputdata, leidend tot een optimale set of inputparameters.

-Figuur 2- Optimalisatie

HET KASMODEL Het doel van dit onderzoek is om de inverse modeling strategie te testen en te bepalen in hoeverre energiebesparing mogelijk is door gebruik te maken van adaptieve eigenschappen. Er is voor gekozen om geen gebruik te maken van zeer gedetailleerde modellen (zoals Kaspro [5]), maar te werken met een simpel en snel, doch voldoende nauwkeurig model.

De kas is gemodelleerd in Matlab/Simulink en bestaat uit 16 knooppunten, leidend tot een set van 16 vergelijkingen (zie figuur 3).

De schil bestaat uit het dak en vier buitenwanden. De vloeroppervlakte is 10.000 m2 en de afmetingen van de kas zijn 100x100x6 m. Het betreft een plat dak. De vloer is gemodelleerd door rekening te houden met 7 lagen over een totale diepte van 1,5 m. De beperkingen van het model zijn de volgende: -er wordt alleen rekening gehouden met de horizontale straling op het dak van de kas. Het gaat om een grote, industriële kas, waarbij de totale oppervlakte van de zijwanden klein is ten opzichte van de oppervlakte van het dak.

De zonnestraling door de zijwanden wordt dus verwaarloosd; - de tijdsvertraging door warmteaccumulatie in het glas wordt verwaarloosd, omdat het thermische accumulatievermogen van het glas zeer klein is in vergelijking met dat van de grond; - de warmteoverdrachtscoëfficiënten worden verondersteld constant te zijn binnen de operatieve condities van de kas (dus onafhankelijk van luchttemperatuur en -snelheid). De (optische) transmissie (t) en absorptiecoëfficiënten (a) van het glas worden beschouwd als onafhankelijk van de hoek van de inkomende zonnestraling (de waarden voor diffuus licht worden aangehouden); - de transmissiecoëfficiënt van het glas voor langgolvige straling (IR) is verondersteld nul te zijn. De reflectiecoëfficiënt is dan r=1-a.

De absorptiecoëfficiënt voor kortgolvige straling heeft de constante waarde van 0.04.

TVVL Magazine | 06 | 2013 ENERGIEPRESTATIE

TM0613_taal_2153.indd 15

-Figuur 3- Het kasmodel

Het model bepaalt per uur over een heel jaar of en hoeveel energie benodigd is om de kas op een acceptabele temperatuur te houden. Het model is gevalideerd door de resultaten te vergelijken met resultaten van het Kaspro-model [5]. De verschillen waren minimaal . Daarnaast is het jaarlijks energiegebruik vergeleken met het werkelijk energiegebruik van echte kassen.

De vergelijking is gemaakt op basis van groeicondities voor tomaten [6]: - binnentemperatuur T: 18<T<28oC; - relatieve vochtigheid: RH<90%; - CO2-concentratie > 700ppm.

De simulatieresultaten geven 860 MJ verwarming per jaar per m2 vloeroppervlakte. Dit is in lijn met waarden uit de praktijk en met de simulatieresultaten van Kaspro (806 MJ per jaar per m2). Er wordt dus geconcludeerd dat ondanks zijn beperkingen het model nauwkeurig genoeg is om de effecten van een dynamische kasschil te bestuderen.

OPTIMALISATIESTRATEGIE De eigenschappen van de grond worden verondersteld niet adaptief te zijn. De volgende glaseigenschappen worden beschouwd als adaptief: - optische eigenschappen: transmissie-, absorptie- en reflectiecoëfficiënten; - thermische eigenschappen: geleiding, specifieke warmte en emissiviteit.

Om de simulatie verder te vereenvoudigen wordt de specifieke warmte van het glas niet meegenomen als adaptief parameter.

Dit is omdat er verwacht kan worden dat de specifieke warmte een veel kleiner effect op de temperatuur van het glas zal hebben dan de optische eigenschappen. Bovendien lijkt het makkelijker om materialen te ontwikkelen met variabelen optische eigenschapen dan met een variabele specifieke warmte. Een tweede vereenvoudiging wordt gemaakt door emissiviteit en geleiding te combineren in een factor:

15

24-5-2013 14:15:36

de U-waarde van het glas. Uiteindelijk worden dus de volgende adaptieve eigenschappen beschouwd: Adaptieve U-waarde van de kassenschil De U-waarde van het glas kan veranderd worden per uur, waardoor de warmte binnen bewaard kan worden wanneer die nodig is en ook verwijderd kan worden wanneer die niet nodig is en een koudevraag zou veroorzaken. In het algemeen is in het Nederlands klimaat de buitentemperatuur in de zomer lager dan de gewenste binnentemperatuur in de kas, waardoor een verhoging van de U-waarde (minder isolatie) leidt tot een kleinere koudevraag.

In het tussenseizoen kan verwacht worden dat verwarming en koudevraag elkaar snel afwisselen, waardoor een per uur adaptieve U-waarde tot energiebesparing zou kunnen leiden.

Adaptieve transmissie coëfficiënt Kortgolvige straling komt direct van de zon.

Aan de ene kant is de zonnestraling, en in het bijzonder de PAR, nodig om de planten te laten groeien. Aan de andere kant kan de kas daardoor oververhit worden, waardoor koeling nodig is. De transmissie-, absorptie- en reflectiecoëfficiënten zijn van elkaar afhankelijk, omdat de optelsom van hun waarden 1 moet zijn. In deze studie gaan wij uit van een constante absorptiecoëfficiënt (dus niet adaptief).

Alleen de transmissiecoëfficiënt (en dus de reflectiecoëfficiënt) zijn per uur adaptief.

Bij de optimalisatieprocedure wordt voor ieder uur van het jaar bepaald welke set van parameters (U-waarde en transmissie) optimum is, rekening houdend met de temperaturen bepaald in voorgaande uren (met hun eigen set van optimale parameters). Niet berekend wordt of de keuze voor de optimale parameterset ook een invloed heeft of toekomstige uren (zie ook conclusies). Voor multi-objectieve optimalisatie kunnen genetische algoritmes gebruikt worden [3], maar die leiden niet tot snelle berekeningen. Omdat het optimalisatieprobleem is teruggebracht tot de optimalisatie van twee hoofdeigenschappen, is het mogelijk om rechttoe rechtaan te optimaliseren door simpele iteraties op de U-waarde en de transmissiecoëfficiënt. De combinatie met het laagste energiegebruik wordt dan gekozen. Wanneer er meerdere combinaties mogelijk zijn, wordt de combinatie gekozen die leidt tot de hoogste binnentemperatuur om een te hoge vochtigheid later te voorkomen wanneer de luchttemperatuur omlaag gaat.

In de besproken simulaties worden alleen de energievragen voor verwarming en koeling (latent en voelbaar) meegenomen; er wordt geen rekening gehouden met de installaties voor verwarming, koeling, verlichting, ont- en bevochtiging en CO2-toevoer.

16

TM0613_taal_2153.indd 16

Variant

Warmtevraag [MJ/j.m2 vloer]

Koude vraag [MJ/j.m2 vloer]

Zonder optimalisatie

860

1536

Met adaptieve U-waarde

94

1508

Met adaptieve transmissie

889

440

Met adaptieve U-waarde en transmissie

96

245

-Tabel 1- Jaarlijkse warmte- en koudevraag

RESULTATEN De U-waarde kan aangepast worden tussen 0 en 5.7 W/m2K. De eerste waarde zal praktisch nooit te bereiken zijn en staat voor een perfect geïsoleerde kas. De tweede waarde is die van blank enkelglas. In de praktijk zullen de tussenliggende waarden bereikt kunnen worden door de warmtegeleiding aan te passen en/of de emissiviteit, die de warmteoverdrachtscoëfficiënt voor straling beïnvloedt.

De transmissiecoëfficiënt kan variëren tussen 0 (compleet ondoorzichtig) en 0.775, de waarde voor blank enkelglas met diffuus licht.

Voor iedere combinatie van U-waarde en transmissie wordt de energievraag voor verwarming, voelbare koeling en latente koeling berekend. De laatste is benodigd voor ontvochtiging. Tabel 1 geeft de resultaten voor de warmte en koudevraag weer, wanneer de berekening wordt uitgevoerd in 25 stappen voor de U-waarden en 5 stappen voor de transmissie coëfficiënt. Hoe de U-waarden en transmissiecoëfficiënten zich dan uur per uur gedragen, is te zien in figuren 5 tot 8. Het model laat zien dat door de U-waarde per uur te veranderen de warmtevraag gereduceerd kan worden met meer dan 89%. Aan de andere kant heeft de adaptatie van de U-waarde nauwelijks effect op de koudevraag. Omgekeerd zien wij dat door de transmissiecoëfficiënt per uur te veranderen, de koudevraag gereduceerd kan worden met 71%, terwijl het effect daarvan op de warmtevraag heel beperkt is (licht negatief). Door beide parameters te combineren kan 89% bespaard worden op de warmtevraag en 84% op de koudevraag.

Naast deze aanzienlijke besparingen hebben adaptieve schillen het voordeel dat de adaptieve parameters gekozen kunnen worden op een dusdanige manier dat de warmte- en koudevragen vooraf bepaalde waarden kunnen aannemen, bijvoorbeeld dat beide dezelfde waarde hebben. Het zou dan makkelijker zijn om energieopslag in de grond te realiseren, omdat de door de regelgeving vereiste balans tussen warmte en koude vanzelf gerealiseerd zou kunnen worden. Figuur 4 laat zien hoe de U-waarde verandert gedurende het jaar.

De gemiddelde waarde per maand wordt weergegeven overdag, ‘s nachts en voor de gehele dag. Het is duidelijk dat in de winter, zoals verwacht, een lage U-waarde wenselijk is om warmte binnen de kas te houden. In de zomer stijgt de U-waarde sterk om warmtetoevoer naar buiten mogelijk te maken. Ook zichtbaar is het verschil tussen de optimale waarden overdag en ’s nachts, in het bijzonder in maart en april wanneer de buitentemperatuur ’s nachts dusdanig laag is dat warmteverliezen voorkomen moeten worden. In figuur 5 worden de uurlijkse variaties van de U-waarden weergegeven voor een paar typische dagen in april. De U-waarde varieert over het gehele bereik tussen 0 (’s nachts) en 5,7 midden op de dag. Natuurlijk zal een U-waarde van nul nooit mogelijk zijn, maar dit geeft aan dat de isolatie maximaal zou moeten zijn tijdens de nacht. De meeste kassen zijn op het moment niet eens voorzien van dubbelglas, wat aangeeft hoe groot de verbeteringspotentieel in de praktijk is. Op dezelfde manier worden de waarden voor de transmissiecoëfficiënt afgebeeld in figuren 6 en 7. Gedurende de nacht heeft de transmissie natuurlijk geen effect (er is geen zonnestraling) en krijgt het de waarde ‘zero’ toegekend. Zoals verwacht moet in de winter de transmissie hoog zijn om de kas gratis te verwarmen met zonnewarmte, terwijl de transmissie laag moet zijn in de zomer om oververhitting te voorkomen. De detaillering uur per uur laat grote fluctuaties zien gedurende de dag (figuur 7).

Het effect van het aantal rekenstappen tussen de minimale en maximale waarden van de U-waarde en de transmissie coëfficiënt is ook bestudeerd. Het laat zien dat het aantal stappen de koudevraag weinig lijkt te beïnvloeden. De invloed op de warmtevraag is groter en meer stappen (dus meer regelmogelijkheden tussen de minimale en maximale waarden) leiden tot een lagere verwarmingsvraag, dus tot een nauwkeurigere bepaling van het optimum.

CONCLUSIES Door de kassenschil per uur adaptief te maken

TVVL Magazine | 06 | 2013 ENERGIEPRESTATIE

24-5-2013 14:15:36

kunnen grote energiebesparingen (theoretisch) bereikt worden. Daardoor zijn ontwikkelingen op het gebied van dynamisch adaptieve materialen en gerelateerde regelstrategieën een veelbelovende weg naar vergaande energiebesparing, niet alleen voor de glastuinbouw maar ook voor gewone gebouwen. Het model dat is gebruikt heeft beperkingen. Zo berekent dit model het optimum voor een bepaalde uur h, rekening houdend met de temperaturen in het verleden (‘backward loop’). Maar het voorspelt niet of deze optimum verandert wanneer rekening wordt gehouden met het effect van de temperatuur op tijd h op toekomstige temperaturen. Daarom zullen in de toekomst de resultaten van dit simpele model vergeleken worden met die van een veel complexer en nauwkeurig model, ontwikkeld bij de TU Eindhoven.

Verder is meer onderzoek nodig naar de gevoeligheid van de energievraag voor veranderingen in de waarden van de adaptieve parameters.

Het kan zijn dat grote variaties van sommige parameters leiden tot kleine energiebesparingen terwijl kleine variaties van andere parameters leiden tot grote besparingen. In de toekomst zal ook gezamenlijk met de partners in het project (zie dankwoord) gekeken worden of de regelstrategie uitgebreid kan worden naar de installaties voor verwarming, koeling, verlichting, ontvochtiging, bevochtiging en CO2-toevoer. Ook werken een aantal van de partners (TU/e, TNO, WUR) aan uitgebreide modellen waarmee ook de plantengroei

-Figuur 4- Gemiddelde U-waarden van het glas per maand overdag, ’s nachts en voor de gehele dag

-Figuur 5- Verandering van de U-waarde van het glas per uur (dagen 108 tot 116)

-Figuur 6- Gemiddelde transmissiecoëfficiënt per maand overdag en voor de gehele dag

gesimuleerd kan worden d.m.v. een fotosynthesemodel. Hiermee kunnen multi-objective optimalisaties uitgevoerd worden waarmee afwegingen gemaakt kunnen worden tussen energiekosten en plantengroei.

DANKWOORD Onze dank gaat naar AgentschapNL, die dit project volledig financiert en naar de verschillende partners, zonder wie dit project niet gerealiseerd zou kunnen worden: TU/e, TNO, WUR, TUD en Kenlog.

TVVL Magazine | 06 | 2013 ENERGIEPRESTATIE

TM0613_taal_2153.indd 17

-Figuur 7- Verandering van de transmissiecoëfficiënt per uur (dagen 148 tot 154)

REFERENTIES 1. Bakker, L.G, Boer de, B., Wilde de, P.J.C.J., Voorden van der, M. (2009). Climate Adaptive Building Shells: ontwikkeling van gebouwschillen met variabele, klimaatgestuurde eigenschappen. TVVL Magazine 38(3): 6-11 2. Loonen, R.C.G.M., Trcka, M., Cóstola, D. & Hensen, J.L.M. (2011). Prestatiesimulatie van adaptieve gevels. TVVL Magazine 40(2):12-16 3. Loonen, R.C.G.M., Trcka, M. & Hensen, J.L.M. (2012). Adaptieve gevels: een verken-

ning van het potentieel, TVVL Magazine (5):34-36 4. Loonen, R.C.G.M., presentatie TU/e in het kader van CAGIM Project, (2011) 5. Kaspro simulatie model: http://www.wageningenur.nl/nl/Expertises-Dienstverlening/ Onderzoeksinstituten/wageningen-ur-glastuinbouw/show/Simulatiemodel-Kaspro-1. htm, last access 22 april 2013 6. Swinkels G., Gieling T., Kempkes F., Janssen H., Bruins M. , 2011. Interne rapport CAGIM Werkpakket 1. Wageningen University & Research Centre

17

24-5-2013 14:15:36

Het effect van niet-uniformiteit

Optimaal thermisch comfort Een belangrijke voorwaarde voor het succesvol toepassen van alternatieve, energiezuinige gebouw- en klimaatconcepten is het thermisch comfort van de gebruiker. Echter, eerder onderzoek heeft aangetoond dat door toepassing van energiezuinige installatieconcepten het thermisch comfort van de gebruiker kan verslechteren. Hierdoor kunnen niet-uniforme, zowel in tijd als ruimtelijk, thermische omgevingscondities ontstaan. Promotieonderzoek naar het thermisch comfort onder niet-uniforme condities (zie kader 1) laat zien dat met de huidige normen en richtlijnen het thermisch comfort onder deze condities niet adequaat voorspeld kan worden. Een ander belangrijk aandachtspunt zijn de verschillen in thermische perceptie tussen verschillende subpopulaties (zoals mannen versus vrouwen).

Dr.ir. L. (Lisje) Schellen1, dr.ir. M.G.L.C. (Marcel) Loomans2, prof.dr.ir. M.H. (Martin) de Wit4, dr. W.D. (Wouter) van Marken Lichtenbelt3 1 Post-doctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Maastricht, vakgroep Humane Biologie, Onderzoeksschool Nutrim en docent aan de Avans Hogeschool, Academie voor Bouw en Infra 2 Universitair docent aan de Technische Universiteit Eindhoven, Faculteit Bouwkunde, Unit Building Physics and Services 3 Universitair hoofddocent aan de Universiteit van Maastricht, vakgroep Humane Biologie, Onderzoeksschool Nutrim 4 Emiritus hoogleraar aan de Technische Universiteit Eindhoven, Faculteit Bouwkunde, Unit Building Physics and Services

De gebouwde omgeving is verantwoordelijk voor een derde van het totale primaire energiegebruik in Westerse landen. Deze energie wordt voornamelijk gebruikt voor het verwarmen, koelen, ventileren en verlichten van onze gebouwen. Voor een duurzame ont-

18

TM0613_schellen_2140.indd 18

wikkeling van de gebouwde omgeving zal niet alleen het energiegebruik verminderd moeten worden maar ook de inzet van hoogwaardige fossiele energiebronnen. Dit laatste kan door de toepassing van laag-exergetische (LowEx) systemen. Een kenmerk van die systemen

is dat het verschil tussen de temperatuur waarmee verwarmd of gekoeld wordt en de gewenste ruimtetemperatuur veel kleiner is dan tot nu toe gebruikelijk. Bij de toepassing van deze systemen in ruimten met een zeer lage energievraag kunnen niet-uniforme en

TVVL Magazine | 06 | 2013 ONDERZOEK

24-5-2013 14:09:49

PROMOTIEONDERZOEK Dit artikel is een samenvatting van een deel van het promotieonderzoek dat verricht is aan de Technische Universiteit Eindhoven, Faculteit Bouwkunde, unit Building Physics and Services in samenwerking met de Universiteit Maastricht, Vakgroep Humane Biologie. De resultaten van dit onderzoek kunnen worden gebruikt bij het ontwerp van nieuwe energiezuinige klimatiseringsconcepten in gebouwen.

De resultaten laten niet alleen zien dat er verschillen bestaan tussen individuele personen, maar ook tussen verschillende persoonsgroepen. Daarom zouden klimaatsystemen van kantoren meer moeten inspelen op het individu. Uiteraard is het wel belangrijk dat de energiekosten in de gaten gehouden worden. De verwachting is dat, vergeleken met een centraal klimaatsysteem, de energiekosten van een slim ontwerp met lokaal te regelen temperaturen zo’n 10 tot 30 procent lager kunnen uitvallen. In het recent gestarte TKI Ucer project wordt het concept van een individueel comfortsysteem nader onderzocht met als doelstelling het praktisch toepasbaar te maken. Daarnaast laten de resultaten zien dat gematigde temperatuurveranderingen tot 2K/h acceptabel zijn als energiebesparende strategie voor kantoorgebouwen.

-Figuur 1- Impressie van proefpersonen in onderzoeksruimte

dynamische omgevingscondities ontstaan.

Deze condities kunnen leiden tot lokaal en algemeen discomfort. Voor het succesvol toepassen van laag energetische en exergetische gebouwsystemen is de tevredenheid met betrekking tot het thermisch comfort van de gebruikers een belangrijke randvoorwaarde.

Meer kennis over de interactie tussen het gebouwsysteem, binnenklimaat en menselijke fysiologie is benodigd voor het ontwerpen van toekomstige energiezuinige en comfortabele binnenklimaatcondities.

COMPLEX FENOMEEN Thermisch comfort is een complex fenomeen.

Het wordt behalve door de omgeving ook door persoonsgebonden factoren bepaald. Het is lastig om alle personen in eenzelfde ruimte tevreden te stellen wanneer er geen individuele regelmogelijkheden aanwezig zijn. Dit wordt veroorzaakt door de grote verschillen tussen individuen, zowel op psychisch als op fysiologisch vlak. In de huidige bouwpraktijk wordt tijdens de ontwerpfase vaak het PMVmodel (predicted mean vote) gebruikt voor het voorspellen van het thermisch comfort van de

TVVL Magazine | 06 | 2013 ONDERZOEK

TM0613_schellen_2140.indd 19

toekomstige gebruiker. Dit model voorspelt het gemiddelde thermisch comfort aan de hand van de gegeven klimaatrandvoorwaarden en gebruikerkarakteristieken (activiteitenniveau en kledingsisolatie). Het PMV-model is opgenomen in verschillende nationale en internationale normen ten aanzien van het thermisch comfort van gebruikers. Echter, aan de hand van literatuur blijkt dat het daadwerkelijke thermisch comfort van individuele gebouwgebruikers significant kan afwijken van het gemiddelde thermisch comfort dat vooraf voorspeld werd. Als gevolg hiervan voelen de gebruikers zich oncomfortabeler en ontevredener dan vooraf voorspeld werd, hetgeen ook de productiviteit kan beïnvloeden. De verschillen tussen het vooraf voorspelde comfort en het gerealiseerde comfort worden onder meer veroorzaakt door geslacht- en leeftijdseffecten.

In het promotieonderzoek werd het thermisch comfort onderzocht onder niet-uniforme condities [1]. Deze niet-uniformiteit is vanuit twee verschillende standpunten onderzocht, aan de hand van: (1) de omgeving (dynamische en niet-uniforme thermische omgevingscondities) en (2) de mens (verschillende subpopula-

ties; mannen vs. vrouwen en jong volwassenen vs. ouderen).

In het eerste gedeelte van het onderzoek zijn de effecten van een dynamisch temperatuurverloop onderzocht en de invloed van leeftijd op de thermische perceptie. In het tweede gedeelte van het onderzoek zijn de invloed van niet-uniforme omgevingscondities bestudeerd en de verschillen in thermisch comfort en fysiologische responsies tussen mannen en vrouwen.

DYNAMISCHE OMGEVINGSCONDITIES In de laatste jaren is steeds duidelijker geworden dat volledig geklimatiseerde gebouwen, die geregeld worden op een constante binnentemperatuur, niet altijd leiden tot een optimaal thermisch comfort.

Eerdere onderzoeken hebben uitgewezen dat gebruikers in gebouwen met een beperkte klimaatregeling (bijvoorbeeld natuurlijk geventileerde gebouwen) zich vaak comfortabeler voelen dan gebruikers in volledig geklimatiseerde gebouwen [2]. Aan de hand van deze onderzoeken werd geconcludeerd dat gebruikers in gebouwen met een beperkte klimaatregeling een grotere temperatuurrange en meer fluctuaties in de temperatuur gedurende de dag accepteren. Vanuit energetisch oogpunt kan het dynamisch regelen van de binnentemperatuur interessant zijn in termen van energiebesparingen op gebouwniveau, doordat de temperatuur niet meer constant geregeld dient te worden [3]. Echter, de huidige normen en richtlijnen staan slechts een kleine variatie in de binnentemperatuur toe, en lijken hierdoor redelijk conservatief te zijn [4, 5].

Een doel van het promotieonderzoek was om te onderzoeken binnen welke temperatuurrange temperatuurfluctuaties in geklimatiseerde gebouwen thermisch acceptabel zijn, en wat de invloed hiervan is op de fysiologische responsies en het thermisch comfort van de gebruikers. Aan de hand van een laboratoriumonderzoek, met behulp van acht jongere mannelijke proefpersonen (22-25 jaar) en acht oudere mannelijke proefpersonen (67-73 jaar), is onderzocht in welke mate een variërend temperatuurverloop een invloed heeft op het thermisch comfort en de productiviteit.

Voor een gedetailleerde omschrijving van de onderzoeksruimte (figuur 1) en metingen zie Schellen et al. [6].

Iedere proefpersoon werd blootgesteld aan twee condities: (1) een controle conditie waarbij de temperatuur constant op 21,5ºC (PMV=0) gehouden werd, en (2) een experimentele conditie waarbij de temperatuur in de ruimte varieerde met ±2 K/h in een temperatuurbereik van 17–25°C. In figuur 2 is

19

24-5-2013 14:09:50

het gewenste temperatuurverloop gedurende de experimentele conditie weergegeven. De volgorde van de condities werd beurtelings omgewisseld.

De resultaten laten zien dat een temperatuurverloop tot ±2 K/h in een temperatuurbereik van 17–25°C als acceptabel beoordeeld wordt en niet leidt tot onacceptabele condities ten aanzien van het thermisch comfort. Op subpopulatie niveau blijkt dat de ouderen in het algemeen een thermische sensatie beleven die 0,5 punten (op de 7-punts thermische sensatieschaal van Ashrae) lager ligt (lichtelijk koel versus neutraal bij de jongeren) dan de thermische sensatie van jongeren onder dezelfde thermische omstandigheden. Ten gevolge hiervan geven ouderen de voorkeur aan een hogere omgevingstemperatuur in vergelijking met jong volwassenen.

Ondanks dat de thermische condities niet tot onacceptabele situaties leiden, resulteren ze wel in significante fysiologische responsies.

Uit literatuur blijkt dat milde koude blootstellingen (20°C bij 0.04 clo) kunnen leiden tot een verhoogde systolische bloeddruk bij ouderen [7]. Daarom is het verstandig om ouderen te beschermen tegen thermische schommelingen, ook al zijn deze gering van aard. In tegenstelling tot ouderen, kunnen jong volwassenen baat hebben bij dynamisch thermische condities.

MANNEN VS VROUWEN De verschillen die gevonden worden tussen mannen vrouwen kunnen wellicht verklaard worden aan de hand van de morfologische verschillen. In vergelijking tot mannen, beschikken vrouwen over een grotere perifere warmteopslag. Dit resulteert in een grotere lichaamsisolatie bij vasoconstrictie, behalve voor de handen en voeten. Dit laatste verklaart wellicht de gevonden significante correlatie tussen de lokale sensatie van de handen en onderarmen en de bijbehorende lokale huidtemperaturen. Een andere verklaring voor de verschillen kan gevonden worden in de verschillen in hormoonhuishouding. Bij de vrouwen neemt het progesteronniveau tijdens de luteale fase van de menstruatiecyclus toe. Een gevolg hiervan is dat de aanvangstemperatuur voor vasodilatatie en zweten toeneemt, waardoor de extremiteiten kouder blijven. Daarnaast ligt de thermoneutrale zone van vrouwen hoger in vergelijking tot die van de mannen. Hierdoor vinden thermoregulatoire reacties in vrouwen bij een hogere absolute temperatuur plaats.

JONGEREN VS OUDEREN De thermoregulatie van het lichaam kan negatief beïnvloed worden door leeftijd. De thermoregulatoire responses verminderen wanneer men ouder wordt, hetgeen voornamelijk geldt voor de vasoconstrictie responses. In het algemeen reageren ouderen trager op (kleine) veranderingen in de thermische balans van het lichaam. Daarnaast zijn ouderen minder goed in staat om met vasomotie (vasoconstrictie en -dilatatie) de thermische balans binnen dezelfde temperatuurrange als de jongeren te handhaven. Als gevolg hiervan is de thermoneutrale zone van ouderen waarschijnlijk smaller in vergelijking tot de thermoneutrale zone van jongeren. Dit kan wellicht de verschillen verklaren die gevonden zijn in fysiologische responsies en thermische perceptie tussen de jongeren en ouderen. Overigens kan de mate van fitness van ouderen de verschillen in thermoregulatie tussen jonge en oude mensen sterk reduceren.

NIET-UNIFORME OMGEVINGSCONDITIES De Annex 37 studie van de International Energy Agency heeft laten zien dat een optimaal energie-/exergiegebruik niet altijd leidt tot een verbeterd thermisch comfort [8]. Door toepassing van laag-exergetische systemen voor het verwarmen en koelen van gebouwen kunnen niet-uniforme omgevingscondities ontstaan (bijvoorbeeld verticale temperatuurgradiënten), die kunnen leiden tot thermisch discomfort. Echter, niet-uniforme omgevingscondities kunnen, in vergelijking tot een uniforme thermische omgeving, ook resulteren in een verhoogd thermisch comfortniveau [9].

In bepaalde situaties kan een combinatie van lokaal en algemeen discomfort als comfortabel worden beoordeeld; een voorbeeld hiervan is tocht onder warme omgevingscondities. Het laatste is interessant vanuit een energetisch perspectief, wanneer minder energie voor koeling benodigd zou zijn.

Het is van belang om het thermisch comfort onder dergelijke condities op een juiste manier te beoordelen tijdens de ontwerpfase, zodat condities waarvan verwacht wordt dat ze comfortabel zijn niet in de praktijk als oncomfortabel beoordeeld worden. In het algemeen beïnvloeden zowel convectieve stromingen als

20

TM0613_schellen_2140.indd 20

-Figuur 2- Ingesteld dynamisch temperatuurverloop gedurende experimentele conditie

stralingsasymetrieën het thermisch comfort.

De gecombineerde effecten hiervan zijn echter nog niet uitgebreid onderzocht.

In het promotieonderzoek lag de nadruk op koeling. Koeling wordt gezien als een zeer belangrijk onderdeel ten aanzien van het energiegebruik in zowel woningbouw als utiliteitsbouw [10]. Daarom zijn er verschillende uniforme en niet-uniforme koeltechnieken onderzocht.

Aan de hand van metingen met proefpersonen in een klimaatkamer (figuur 3) werden twee verschillende koelprincipes onderzocht: passieve koeling (PC, in termen van verhoogde luchtsnelheden) en actieve koeling (AC). Met betrekking tot de actieve koeling, werd er een onderscheid gemaakt in koeling door middel

van convectie en koeling door middel van straling. In de convectieve koelingcases werd koude lucht toegevoerd via mengventilatie of verdringingsventilatie. Met betrekking tot de straling cases werden twee stralingsprincipes onderzocht, koeling door middel van het plafond of de vloer. Daarnaast is vloerkoeling in combinatie met verdringingsventilatie onderzocht, omdat hier vanuit de praktijk de vraag bestaat of dit thermisch acceptabel is [11]. Samenvattend zijn de volgende zes cases onderzocht: 1. passieve koeling d.m.v. convectie door mengventilatie; 2. actieve koeling d.m.v. convectie door mengventilatie; 3. actieve koeling d.m.v. convectie door ver-

TVVL Magazine | 06 | 2013 ONDERZOEK

24-5-2013 14:09:51

dringingsventilatie; 4. actieve koeling d.m.v. straling vanuit het plafond, met mengventilatie; 5. actieve koeling d.m.v. straling vanuit de vloer, met mengventilatie; 6. actieve koeling d.m.v. straling vanuit de vloer, met verdringingsventilatie.

Een grafische weergave van de verschillende cases is gegeven in figuur 4.

Voor een uitgebreide beschrijving van de metingen zie Schellen et al. [12, 13]. De mannelijke proefpersonen hebben deelgenomen aan alle experimentele condities; de vrouwelijke proefpersonen zijn alleen blootgesteld aan case (1) en (4). Alle cases zijn ontworpen op een PMV van ongeveer 0 en de individuele lokale discomfortfactoren lagen binnen de gestelde limieten.

De resultaten laten zien dat onder nietuniforme omgevingscondities lokale effecten, zoals de lokale huidtemperaturen (figuur 5), een significante invloed hebben op de algehele thermische sensatie en het algehele thermisch comfort. Voornamelijk de huidtemperaturen en de gekoppelde thermische sensaties van de extremiteiten (handen en armen) zijn van belang voor de algehele thermische comfortbeleving. Dit geldt met name voor vrouwen.

De operatieve temperatuur alleen is daarom niet voldoende voor het voorspellen van de thermische sensatie. Voor het grootste gedeelte van de experimentele cases week de daadwerkelijke thermische sensatie significant af van de vooraf voorspelde PMV. Deze afwijkingen werden met name veroorzaakt door de lokale effecten en de aanwezigheid van gecombineerde lokale discomfort factoren, ook al waren deze individueel binnen de gestelde limieten (voorspelde aantal ontevredenen < 10%).

De resultaten laten eveneens zien dat de vrouwen zich in het algemeen oncomfortabeler en ontevredener voelen in vergelijking tot de mannen onder dezelfde thermische omstandigheden. Wanneer er gekoeld dient te worden, dan dient de omgevingstemperatuur voor vrouwen hoger te zijn om de tevredenheid met de thermische omgeving te verhogen.

Daarnaast dient, om algeheel thermisch comfort te bewerkstelligen, de nadruk te liggen op lokale effecten.

Met betrekking tot de verschillende koelprincipes laten de resultaten zien dat relatief sterke niet-uniforme omgevingscondities, zoals case (6), een vergelijkbare of zelfs comfortabelere beoordeling krijgen in vergelijking tot een uniforme omgevingsconditie (zoals case 2). Belangrijk is dat in een situatie waar een combinatie van lokale discomfortfactoren optreedt, het gerealiseerde comfort

TVVL Magazine | 06 | 2013 ONDERZOEK

TM0613_schellen_2140.indd 21

-Figuur 3- (a) Een proefpersoon in de klimaatkamer; (b) plattegrond van de klimaatkamer, de oranjepunten geven de locatie van de meetpalen aan en de grijs gearceerde rechthoeken representeren de in- en uitlaat (resp. links en rechts) 1.

2.

3.

4.

5.

6.

-Figuur 4- Grafische weergave van de verschillende experimentele cases; (1) passieve koeling d.m.v. convectie door mengventilatie, (2) actieve koeling d.m.v. convectie door mengventilatie, (3) actieve koeling d.m.v. convectie door verdringingsventilatie, (4) actieve koeling d.m.v. straling vanuit het plafond, met mengventilatie, (5) actieve koeling d.m.v. straling vanuit de vloer, met mengventilatie, en (6) actieve koeling d.m.v. straling vanuit de vloer, met verdringingsventilatie

21

24-5-2013 14:09:59

significant kan afwijken van het van te voren voorspelde comfort. Ondanks dat de verschillende lokale discomfortfactoren elk binnen de gestelde limieten liggen, kan dit optreden. Een voorbeeld hiervan is case (4). Dit effect kan vergroot worden wanneer de condities verder afwijken van een neutrale PMV. De conclusie dat vloerkoeling in combinatie met een verdringingsventilatiesysteem, waarbij temperatuurgradiënten tot 4K/m op kunnen treden, behaaglijker is dan voorheen werd aangenomen vergroot de mogelijkheden voor LowEx-koeling.

CONCLUSIE In de huidige normen en richtlijnen ten aanzien van het voorspellen en beoordelen van thermisch comfort, wordt geen aandacht besteed aan de verschillen in thermische perceptie op subpopulatie niveau. Echter, aan de hand van de resultaten kan geconcludeerd worden dat, zelfs onder milde condities, er significante verschillen bestaan in de thermische comfortbeleving tussen subpopulaties. (mannen-vrouwen, jongeren-ouderen). In het algemeen hebben ouderen en vrouwen het kouder en voelen ze zich minder comfortabel in vergelijking tot jong volwassen mannen onder dezelfde omstandigheden. Het is van belang om rekening te houden met deze verschillen wanneer het thermisch comfort voorspeld wordt tijdens het ontwerpstadium van een gebouw.

In vergelijking tot een constante omgevingstemperatuur, lijkt een geleidelijk veranderende omgevingstemperatuur (temperature drift) potentie te bieden voor thermisch comfort, gezondheid en energiebesparing. Dit biedt kansen voor LowEx-verwarming en -koelsystemen, omdat deze vaak berusten op lage temperatuurverwarming en hoge temperatuurkoeling. Dit zijn meestal traag reagerende systemen, waarbij de ruimtetemperatuur in de loop van de dag geleidelijk verandert. De resultaten laten zien dat gematigde temperatuurveranderingen tot 2K/h acceptabel zijn als energiebesparende strategie voor kantoorgebouwen.

Daarnaast blijken de bestaande comfortmodellen niet geschikt te zijn voor het voorspellen van thermisch comfort onder niet-uniforme omgevingscondities. Onder niet-uniforme omgevingscondities, zoals die kunnen optreden bij toepassing van LowEx systemen, spelen voornamelijk lokale effecten (lokale huidtemperaturen en sensaties) een belangrijke rol in de algehele thermische comfortbeleving.

Onder deze condities is alleen de operatieve temperatuur niet voldoende voor het voorspellen van het thermisch comfort. Ook al liggen de individuele discomfortfactoren binnen de comfortlimieten en kan de omge-

22

TM0613_schellen_2140.indd 22

ving als comfortabel beoordeeld worden volgens de richtlijnen, dan kan een combinatie van deze discomfortfactoren toch tot een oncomfortabele situatie leiden.

Echter, omgekeerd geldt ook; een niet-uniforme omgeving kan juist ook als comfortabeler ervaren worden in vergelijking met een uniforme omgeving. Voor het verbeteren van de thermische comfortvoorspelling kan het zinvol zijn om de fysiologie, die ten grondslag ligt aan de thermische perceptie, mee te nemen. De koppeling tussen de fysiologische responsies en het thermisch comfort is een belangrijk aandachtspunt voor onderzoek.

DANKBETUIGING

a. Lokale huidtemperaturen Mannen case 1.

b. Lokale huidtemperaturen Vrouwen case 1.

c. Lokale huidtemperaturen Mannen case 4.

d. Lokale huidtemperaturen Vrouwen case 4.

-Figuur 5- Gemiddelde lokale huidtemperaturen; (a) Mannen case 1. (b) Vrouwen case 1. (c) Mannen case 4. (d) Vrouwen case 4

Dit onderzoek werd gefinancierd door AgentschapNL (voorheen Senternovem) onder projectnummer EOS LT02003. Daarnaast willen de auteurs graag het personeel van het laboratorium van de Unit Building, Physics and Services aan de Technische Universiteit Eindhoven bedanken voor hun inzet tijdens het ontwerp en realisatie van de klimaatkamer en alle hulp gedurende de metingen. Speciale dank gaat uit naar de proefpersonen die deelgenomen hebben aan de experimenten.

REFERENTIES 1. Schellen L. Beyond Uniform Thermal comfort - on the effects of non-uniformity and individual physiology. Eindhoven University of Technology; 2012 2. de Dear R, Brager GS. The adaptive model of thermal comfort and energy conservation in the built environment. Int J Biometeorol.

2001;45:100-8 3. de Dear RJ, Brager GS. Developing an adaptive model of thermal comfort and preference. Ashrae Transactions.

1998;104:145-67 4. Ashrae. Standard 55: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. 2010.

5. NEN-EN-ISO 7730: Ergonomics of the thermal environment - Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria. 2005. International Standards Organization, 2005 6. Schellen L, Lichtenbelt WDV, Loomans MGLC, Toftum J, de Wit MH. Differences between young adults and elderly in thermal comfort, productivity, and thermal physiology in response to a moderate tem-

perature drift and a steady-state condition.

Indoor Air. 2010;20:273-83 7. Kingma BR, Frijns AJ, Saris WH, van Steenhoven AA, van Marken Lichtenbelt WD. Increased systolic blood pressure after mild cold and rewarming: relation to cold-induced thermogenesis and age. Acta Physiol (Oxf). 2011;203:419-27 8. Juusela MA. Guidebook to IEA ECBCS Annex 37. Heating and Cooling with Focus on Increased Energy Efficiency and Improved Comfort. Espoo: VTT Building and Transport; 2003 9. Arens E, Zhang H, Huizenga C. Partial- and whole-body thermal sensation and comfort - Part II: Non-uniform environmental conditions. J Therm Biol. 2006;31:60-6 10. Breesch H, Bossaer A, Janssens A. Passive cooling in a low-energy office building. Sol Energy. 2005;79:682-96 11. Causone F, Baldin F, Olesen BW, Corgnati SP. Floor heating and cooling combined with displacement ventilation: Possibilities and limitations. Energ Buildings.

2010;42:2338-52 12. Schellen L, Loomans MG, de Wit MH, Olesen BW, van Marken Lichtenbelt WD. The influence of local effects on thermal sensation under non-uniform environmental conditions--gender differences in thermophysiology, thermal comfort and productivity during convective and radiant cooling. Physiol Behav. 2012;107:252-61 13. Schellen L, Loomans MGLC, de Wit MH, Olesen BW, van Marken Lichtenbelt WD. Effects of different cooling principles on thermal sensation and physiological responses. Energ Buildings. 2013; 62:11625

TVVL Magazine | 06 | 2013 ONDERZOEK

24-5-2013 14:10:00

Totaalleverancier in klimaatoplossingen Airview Luchtbehandeling is uw totaalleverancier in klimaatoplossingen.

Door middel van ons uitgebreide leveringsprogramma kunnen wij u de oplossing bieden voor iedere situatie.

Comfort Airconditioningsystemen

VRF-systemen

Split, Multisplit & Watergekoeld

Mini-VRF, 2-pijps en 3-pijps systemen

Industriële Airconditioningsystemen

Luchtbehandelingsystemen

Verticaal, Rooftop en Booster-Satelliet

Close Control, WTW-units & Luchtbehandelingskasten

Warmtepompen & Koudwatersystemen

Vochtbeheersingsystemen

Warmtepompen, Koudwatermachines & Fancoils

Bevochtigers en Ontvochtigers

Ons leveringsprogramma is onderverdeeld in zes overzichtelijke productcategorieën, waarmee totaaloplossingen in klimaatbeheersing verzorgd kunnen worden.

Bij ons kunt u terecht voor méér dan alleen de levering van uw apparatuur.

Ook advies en ondersteuning in alle fases van uw project vormen voor ons een belangrijk onderdeel van de totaaloplossing.

Wij laten u graag zelf de toegevoegde waarde van dit concept ervaren en nodigen u uit om contact met ons op te nemen voor het bespreken van de mogelijkheden.

Anders denken in klimaatoplossingen

ADVISERING I ONDERSTEUNING I TOTAALOPLOSSING Airview Luchtbehandeling BV I 078 - 652 18 00 I www.airview.nl

VEDOTOEC-adv-VVL-90x268-27052013.indd 1

TM0613_23_vedotec_airview.indd 23

5/27/2013 2:59:51 PM

3-6-2013 9:42:49