Energieconcepten voor aardgasvrije gebouwen

Tekst: Henk Bouwmeester

De aardgastechnologie is sinds de jaren zestig tamelijk uniform uitgerold: bijna iedereen heeft een aardgasaansluiting gekregen en in veruit de meeste woningen staat tegenwoordig een hr-ketel. De technologie is zo robuust dat iedere woning, hoe slecht ook geïsoleerd, hiermee kan worden verwarmd. In de zoektocht naar alternatieven voor aardgas komt niet één robuuste oplossing bovendrijven. Welke mogelijkheden er zijn, wordt bepaald door de aard van het gebouw en de omgeving waarin het gebouw staat.

Passieve energielevering

De Trias Energetica biedt houvast bij het ontwikkelen van een duurzaam energieconcept. De eerste stap in deze ontwerpstrategie is het beperken van de vraag naar energie. In een gebouw komt dat neer op een zongerichte oriëntatie, een compact gebouwontwerp, isolatie met hoge Rc-waardes, drievoudig glas en een hoge mate van luchtdichtheid.

Daarnaast is voor een stabiel en comfortabel binnenklimaat voldoende bouwmassa nodig zodat warmte wordt gebufferd. Om oververhitting in de zomer te voorkomen is zonwering nodig.

Het Bouwbesluit schrijft op deze punten een ondergrens voor. Om aardgas werkelijk uit te bannen, is het slim een flinke stap verder te gaan. Wie bijvoorbeeld de principes van passief bouwen volgt, kan een woning zó bouwen dat de verwarming vrijwel uitsluitend op de zon werkt, passief, dus zonder hulp van installaties.

Leestip: Oplossingen voor gezond binnenklimaat in Ner0Zero-lab

Actieve energielevering

Als een gebouw in de basis goed is, is de resterende energiebehoefte klein. Die energie moet vervolgens op de meest duurzame wijze worden geleverd en op de meest efficiënte wijze worden benut voor verwarming, koeling, warm water, koken en huishoudelijke apparaten. Dat zijn de stappen 2 en 3 van de Trias Energetica.

Voor levering van energie kunnen verschillende bronnen worden aangesproken:

• de zon
• warmte uit de directe omgeving: bodem en lucht
• een warmtenet

Een duurzaam energieconcept bestaat uit een combinatie van deze bronnen.

Leestip: Duurzame warmte opslaan in zomer en winter (whitepaper)

Centrale elektriciteitslevering is voorlopig nog slechts zeer beperkt hernieuwbaar en moet daarom worden gezien als sluitpost om het concept rond te krijgen. Hernieuwbare brandstoffen zoals biomassa, groengas en waterstofgas zijn slechts in beperkte mate beschikbaar en worden daarom gereserveerd voor uitzonderlijke situaties.

Zonne-energie

In bijna ieder duurzaam energieconcept speelt zonne-energie de hoofdrol. Een deel van de zonne-energie die op een woning valt, wordt passief benut (zie stap 1 van de Trias Energetica). Een ander deel kan actief worden benut: met behulp van installaties zoals zonnecollectoren en pv-panelen.

Leestip: Veelvoorkomende fouten bij het installeren van zonnepanelen

De opbrengst van deze systemen is echter het hoogst als de vraag dikwijls beperkt is, en andersom. Bij zonnecollectoren is combinatie met een bodemwarmtepomp daarom ideaal: het surplus aan zomerwarmte wordt in de bodem gebracht waardoor de bron op temperatuur blijft en het rendement van de warmtepomp in de winter aanzienlijk stijgt.

Leestip: Water verwarmen met een zonneboiler (whitepaper)

Salderingsregeling

Bij pv-panelen wordt het verschil tussen vraag en aanbod gebufferd door het elektriciteitsnet. Voor de consument is dat tot 2020 budgetneutraal dankzij de salderingsregeling. In 2020 wordt deze regeling echter afgeschaft en vervangen door een andere regeling. Dan wordt het belangrijk om de hoeveelheid panelen goed af te stemmen op het verwachte elektriciteitsgebruik.

Concurrentie op het dakvlak

Concurrentie op het dakvlak is overigens in toenemende mate een punt van aandacht. Het is daarvoor onder meer belangrijk om obstakels in het dakvlak te vermijden, zoals dakdoorvoeren voor ventilatielucht. Ook PVT-technologie biedt een mogelijkheid. Hierin worden zonnecellen met water gekoeld en het aldus verwarmde water wordt in een boilervat opgeslagen. Dubbel ruimtegebruik dus.

Warmte uit bodem en lucht

De tweede bron voor levering van energie aan een woning, is de directe omgeving: de bodem en de lucht. In bijzondere situaties kan ook oppervlaktewater gebruikt worden als bron. Met behulp van een warmtepomp wordt de beschikbare warmte op een temperatuur gebracht die geschikt is voor verwarming en warm water.

Bodemwarmtepomp

Voor een efficiënte werking moet de bron zo warm mogelijk zijn en de afgifte op een zo laag mogelijke temperatuur plaatsvinden. De temperatuur van de ondergrond – bij een bodemwarmtepomp – is meestal 10 à 14⁰C. De warmtepomp voert die op tot 40 à 45⁰C voor vloer- en wandverwarming en 55 à 60⁰C voor tapwaterverwarming.

Een bodemwarmtepomp heeft als belangrijk bijeffect dat het systeem in de zomer omdraait. Dan stroomt relatief koud water door het afgiftesysteem om de woning passief te koelen en de bodembron te regenereren. De bron blijft hierdoor op temperatuur waardoor het rendement in de wintermaanden hoog blijft. De combinatie met zonnecollectoren (zoals hiervoor genoemd) kan dat effect versterken.

Luchtwarmtepomp

Een luchtwarmtepomp haalt de warmte uit buitenlucht en eventueel ventilatielucht. Dat gaat vaak met een gunstig rendement, maar juist bij vrieskou, wanneer de warmtevraag dus het grootst is, daalt het rendement van de warmtepomp aanzienlijk. Bij -10⁰C ontlopen het rendement van een luchtwarmtepomp en een elektrische weerstandsverwarming elkaar niet zoveel. Goed isoleren om de warmtevraag te beperken is en blijft dus essentieel. Net als een juiste dimensionering van de installatie en een goede uitvoeringskwaliteit.

Warmtenetten

Warmtenetten bestaan in vele soorten en maten. Van grootschalige netwerken met tienduizenden aansluitingen tot kleine systemen voor een tiental woningen. Als er een warmtenet in de buurt is, is dat vaak de makkelijkste manier om aardgasvrij te bouwen. In compacte stedelijke gebieden is het soms de enige optie.

Bij een lagetemperatuurnet is in de woning een warmtepomp nodig om de warmte op een temperatuurniveau te brengen dat geschikt is voor vloerverwarming en warm tapwater. Bij een 40⁰-net (middentemperatuurnet) is alleen voor warm tapwater een boosterwarmtepomp nodig. Bij een hogetemperatuurnet komt er in huis alleen een afleverset.

Leestip: Warmtenetten in de energietransitie (whitepaper)

Warmtenetten met restwarmte

Op het gebied van warmtenetten doen zich interessante innovaties voor. Bijvoorbeeld de ontwikkeling van warmtenetten waarin restwarmte van RWZI’s, datacenters en/of kassen wordt gedistribueerd.

Ook interessant is het initiatief van Mijnwater BV. Deze onderneming levert warmte afkomstig uit oude steenkoolmijnen aan gebouwen in Heerlen en omgeving. En passant wordt ook warmte uit bijvoorbeeld koelhuizen, supermarkten en kantoren meegenomen. Zo ontstaat er een regionaal smart grid van levering en opslag van warmte en koude.

Een ander voorbeeld is het Waerdse Energiecircuit rond Heerhugowaard waar verschillende leveranciers van warmte en koude, inclusief een wko-bron en een asfaltcollector onder de N242 via een ringleiding met elkaar zijn verbonden.

Maatwerk en creativiteit

Welke techniek of combinatie van technieken het beste, meest duurzame concept oplevert, hangt sterk af van de mogelijkheden ter plaatse, de woningtypologie en de ambities van de betrokkenen. Welke energiestromen zijn er rond het huis en in de directe omgeving beschikbaar? Welke stromen kunnen worden aangeboord? In een duurzaam energieconcept zonder aardgas passen omgeving, gebouw, installaties en het gebruik bij elkaar. Het vraagt om maatwerk en creativiteit.

Leestip: Alternatieven voor de cv-ketel: overzichten, stappenplannen en berekeningen