Het nieuwe verwarmen, een ontwerpbenadering op drie niveaus

De Nederlandse overheid heeft als doelstelling een transitie naar een CO₂-arme energievoorziening in 2050. Daarvoor moeten acties worden ondernomen. Het ‘nieuwe verwarmen’ gaat echter niet alleen over cv-ketels en verwarmen. Een drieledige aanpak voor het ontwerpen van efficiënte en effectieve verwarmings-, koelings- en verlichtingssystemen in gebouwen is essentieel. Hierin zijn niveau 1 en 2 de domeinen van de architect, en juiste ontwerpbeslissingen op deze twee niveaus kunnen het energieverbruik van gebouwen met maar liefst 80 procent verminderen.

Niveau 1. Het basisontwerp van het gebouw

Niveau 1 is het basisontwerp van het gebouw zelf, waarbij de vorm en structuur van het gebouw worden gebruikt om warmteverlies in de winter en warmtetoename in de zomer te minimaliseren. De gebouwvorm heeft ook een grote impact op het gebruik van natuurlijk daglicht. Dit niveau wordt dus bereikt door het architectonische ontwerp van het gebouw. De juiste beslissingen die hier worden genomen, kunnen de energiebelasting van het gebouw aanzienlijk verminderen en het thermische comfort verhogen.

Warmteretentie

Warmteretentie is simpelweg het proces om warmte in het gebouw te houden. Warmte wordt in gebouwen geproduceerd door vele bronnen – zowel intern als extern. Interne bronnen zijn onder meer lichaamswarmte van inzittenden, verlichting en apparatuur (televisies, computers, apparaten, enz.). Het vasthouden van die warmte, evenals aanvullende warmte, vermindert uiteindelijk de hoeveelheid extra energie die nodig is om het comfort op peil te houden.

De primaire methode om warmte vast te houden is door de gebouwschil (muren, ramen en deuren) te isoleren. Hoe hoger de thermische weerstand (isolatie), hoe minder warmte door de omhulling wordt overgedragen. De indeling van het gebouw is ook hier een belangrijke factor, aangezien een gebouw met een kleinere verhouding van blootgestelde oppervlakte tot vloeroppervlak minder warmte aan de omgeving zal verliezen. Passende bouwsystemen en goede bouwtechnieken zorgen voor een goed afgesloten gebouw, dat warmteverlies door lekken in de gebouwschil voorkomt. Een goed afgesloten gebouw moet ook worden voorzien van goede ventilatie – om voor frisse lucht te zorgen zonder warmteverlies.

Niveau 2. Passieve systemen

Niveau twee omvat het benutten van natuurlijke energieën door het gebruik van passieve systemen (systemen die geen extra energie nodig hebben om te werken). Deze laag heeft ook een aanzienlijk effect op het architectonische ontwerp van het gebouw met passieve systemen die bijdragen aan het karakter en de sfeer van het gebouw en de binnenruimtes. Een van de grootste voordelen van passief ontwerp zijn de prachtige ruimtes die zijn gecreëerd door meer zonlicht in het gebouw te brengen.

Passieve zonneverwarming is een eenvoudig systeem voor het verzamelen, opslaan en herverdelen van zonne-energie. Passieve systemen gebruiken geen panelen, kanalen, pijpen, ventilatoren of pompen. In plaats daarvan verzamelen en bewaren ramen, muren, vloeren en andere bouwelementen warmte.

Niveau 3. Mechanische systemen

Niveau drie is het ontwerp van de mechanische systemen die worden gebruikt om de resterende belastingen op het gebouw te compenseren. Het gebruik van efficiënte verwarmings-, koelings- en ventilatiesystemen kan het energieverbruik verder verminderen, maar het is voordeliger om de belasting via de eerste twee niveaus te verminderen voordat u op mechanische apparatuur vertrouwt.

Actieve zonnesystemen, die zonlicht gebruiken om bijvoorbeeld water te verwarmen, worden ook als mechanische systemen beschouwd. Actieve zonnesystemen bestaan meestal uit zonnecollectoren, een opslagsysteem en leidingen of kanalen voor de herverdeling van de energie. Naast de pompen of ventilatoren, die worden gebruikt om de warmte door het systeem te verplaatsen en wel energie-input vereisen, wordt er verder geen brandstof verbrand en is het totale energieverbruik veel lager dan bij een typisch mechanisch systeem. Een ander soortgelijk systeem is een warmtepomp, een pomp die bestaande warmte uit de aarde, lucht of een water haalt.

Aangezien het derde niveau, mechanische systemen, altijd is ontworpen om de ontwerptekorten van de eerste twee niveaus op te vangen, wordt een ontwerpbenadering op drie niveaus feitelijk gebruikt in alle gebouwontwerpen. Helaas wordt het meestal niet bewust overwogen. Wanneer de drieledige benadering geen deel uitmaakt van het ontwerpproces, vertrouwen gebouwen doorgaans op grotere hoeveelheden energie uit fossiele brandstoffen om een acceptabel comfortniveau te behouden. Wanneer de drieledige benadering een centraal onderdeel is van het ontwerpproces, gebruiken gebouwen uiteindelijk relatief weinig energie van fossiele brandstoffen met behoud van een optimaal comfortniveau.