Homepage

Samenvatting

1. Inleiding
Een nul-energiewoning is een concept voor een woning waarbij de energie-opwekkings en besparingstechnieken optimaal op elkaar zijn afgestemd met als gevolg dat op jaarbasis de totale energievraag in balans is met de opgewekte energie. In Woubrugge is zo’n woning gerealiseerd. De nul-energiewoning is gebouwd op initiatief en in opdracht van de heer A. Kroon. In 1991 is met de bouw begonnen en vanaf 1993 is het huis bewoond en zijn de deelsystemen in werking getreden.
Bij het ontwerp van het huis zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd:
a. Op jaarbasis netto geen energie betrekken van het Nutsbedrijf. Er is wel een normale electriciteits- en gasaansluiting.
b. Maximaal gebruik maken van bouwmaterialen, die het milieu minimaal belasten.
c. Het drinkwatergebruik minimaliseren.
d. Geen concessies doen aan het wooncomfort (met enige goede wil).
e. Een esthetisch verantwoorde vormgeving.

Buro Balans uit Rotterdam en buro Ecofys uit Utrecht zijn bij het project betrokken, Balans voor de vormgeving en Ecofys voor de advisering ten aanzien van aantal deelsystemen in het huis en de monitoring ervan. R&S heeft het PV-systeem verzorgd. Aanvullend onderzoek is uitgevoerd door TNO-Bouw en BDA Buro Dakadvies. De bouw is in eigen beheer uitgevoerd, evenals de zonnecollector.
Financiële bijdragen aan het PV-systeem zijn geleverd door de NOVEM, het energiebedrijf EWR en de provincie Zuid-Holland.
 

 Het nul-energiehuis in Woubrugge

Het nul-energiehuis is gelegen aan de Vierambachtsweg te Woubrugge en is het eerste Nederlandse demonstratiehuis van NOVEM in het kader van IEA taak 16 van het Solar Heating and Cooling Programme (Photovoltaics in Buildings). Het doel van het PV-project in dit kader is tweeledig. Ervaring opdoen met integratie van netgekoppelde PV-modules in het dak en het verzamelen van gegevens voor de


verdere ontwikkeling van de integratietechniek. Daarbij wordt ook aandacht besteed aan de bouwfysische aspecten daarvan, zoals vochtvorming en warmtehuishouding.

De evaluatie is als volgt opgebouwd. Eerst worden de verschillende energiesystemen en energiebesparingsmaatregelen beschreven (hoofdstuk 2). Vervolgens worden in hoofdstuk 3 de opgetreden knelpunten en de verbeteringen van de verschillende systeem beschreven. De uiteindelijke resultaten komen in hoofdstuk 4 aan bod. De evaluatie sluit af met een aantal conclusies en aanbevelingen (hoofdstuk 5)
 

2. Beschrijving nul-energie woning
2.1 Algemene beschrijving

 Principe schema nul-energiehuis te Woubrugge
De ontwikkeling en toepassing van technieken voor energieopwekking en energiebesparing vinden vaak gescheiden plaats, terwijl combinaties van technieken tot een beter produkt en een lager netto energieverbruik kunnen leiden. In de woning in Woubrugge is dat wel gebeurd, namelijk in de vorm van een nul-energieconcept. Zo’n concept houdt in dat de energiebesparing en energieopwekking op elkaar zijn afgestemd met als doel de totale energievraag in balans te brengen met de zelf opgewekte energie.

Om de nulenergie doelstelling te halen is het zinvol eerst de energievraag zoveel mogelijk te reduceren. Men heeft dan ook getracht de warmteverliezen te minimaliseren door te kiezen voor een optimale isolatie van het huis, een zeer goede kierdichting te bewerkstelligen en zoveel mogelijk energiezuinige apparaten toe te passen.
De energieopwekking gebeurt voor het grootste deel met behulp van zonnecollectoren (warmte) en PV-modules (elektriciteit). De meeste energie wordt opgewekt in de zomer; het energieoverschot wordt in de winter benut.
Om zo optimaal mogelijk met de energie om te gaan zijn verder de volgende voorzieningen aangebracht: Een gebalanceerde mechanische ventilatie met warmteterugwinning, een hoogrendementsketel waarop aangesloten zijn lucht- en vloerverwarming en radiatoren en een tegelkachel voor houtstook

een schema  waarin de verschillende energie en watersystemen zijn opgenomen

2.2.1 Algemeen
Het huis heeft een karakteristieke vorm gekregen (zie figuur 1 en 3), deels als gevolg van de compacte bouw. De verhouding tussen het volume en het oppervlak is zo gunstig mogelijk gekozen om het warmteverlies naar de omgeving zoveel mogelijk te beperken. Bij de compartimentering van de ruimtes is rekening gehouden met de zon. De dakdelen, waarin de zonne-energiesystemen zijn ondergebracht, zijn zoveel mogelijk zuid georiënteerd.
Het huis is volgens de traditionele bouwmethode gebouwd. Voor deze bouwwijze is gekozen omdat bij zwaar geïsoleerde woningen, in de zomer snel het probleem van oververhitting optreedt. De traditionele bouw heeft een hoge warmtecapaciteit zodat snelle opwarming voorkomen wordt. De stenen bouwmassa, met name een dikke betonvloer, buffert overdag warmte en geeft deze ‘s avonds weer vrij. Verder zijn de ramen aan de zuidzijde niet al te groot gemaakt. Overstekende dakranden zorgen ervoor dat de zon ‘s zomers zo min mogelijk naar binnen schijnt, maar ‘s winters diep in de woning kan doordringen.
Aan de zuidzijde is een (onverwarmde) serre aangebouwd die met schuifdeuren is verbonden met de woonkamer. Een vide bevindt zich bij de voordeur, zodat elke in- of uitgang een tochtportaal heeft.

Duurzaam bouwen
Naast het zeer energiezuinig bouwen is ook duurzaam gebouwd. Genomen maatregelen zijn:
• Isolatie zonder Cfk’s
• PPC riolering in plaats van PVC
• afvalscheiding
• holle baksteen
• keramische dakpannen
• hout i.p.v. staal ten behoeve van de draagconstructie van het dak
• 60% houten vloeren
• hergebruik van hout. Voorbeeld: De centrale hoofddraagbalk meet 110 x 380 mm., is afkomstig uit een pakhuis en al 100 jaar oud
• massief houten keukeninrichting
• waterbesparing met behulp van speciale kranen, toilet met 6 l. spoelbak, spoelwater door middel van 2e waternet op regenwater.
2.2.2 Warmte-isolatie
De warmte-isolatie van het huis heeft rondom (muren, vloeren en dak) een dikte van 200 mm. Als isolatiemateriaal is, in verband met de milieubelasting en duurzaamheid, gekozen voor schuimglas. De isolatiewaarde (R) hiervan is 6 m2.K/W. U = 0,167 W/m2 K.
De isolatieplaten zijn hard en onbuigzaam. De platen zijn op zich goed verwerkbaar maar aangezien gemetselde muren nooit vlak zijn, stelt dit hoge eisen aan de bevestiging en afdichting van de isolatie. Twee schuimglasplaten van 100 mm zijn overnaads aangebracht in halfsteensverband, zowel horizontaal als vertikaal. Rondom de platen is met bitumenkit gewerkt om ze in eerste instantie vast te lijmen. Bij zeer onvlakke ondergrond zijn de holtes extra aangevuld met dunne steenwolplaatjes.

Plattegronden nul-energiewoning te Woubrugge

De ramen bestaan uit low energy-glas (dubbelglas met Argon gasvulling en metaaloxide-coating) met een isolatiewaarde (R) van 0,75 m2.K/W. De kozijnen zijn van teakhout, afkomstig van bomen uit een houtplantage in Costa Rica.

Aan kierafdichting is veel aandacht besteed, met name bij aansluitingen tussen de kozijnen en de muur. Dit heeft mede geleid tot een aangenaam binnenklimaat.
De openslaande ramen hebben een dubbele tochtwering.



 

 

Terug naar Inhoudsopgave

Muren
De muren hebben in verband met een muurisolatie van 200 mm een bijzonder grote spouw van 250 mm. Deze spouwgrootte heeft tot gevolg dat de totale dikte van de muur uit komt op 550 mm. De afstand tussen de buiten- en binnenmuur is zo groot dat de buitenmuur geen bijdrage levert aan de draagkonstruktie van het huis en de binnenmuur in principe alleen dragend is.

Spouwankers
Bij toepassing van deze isolatiemaatregelen wordt de invloed van koudebruggen groot. Spouwankers zijn koudebruggen; zij transporteren kou van de buiten- naar de binnenmuur. De grote spouw van dit huis stelde speciale eisen aan het spouwanker. Hoe groter de spouw is, des te steviger moet het spouwanker zijn. Er was geen geschikt spouwanker te koop en daarom is door de heer Kroon een anker ontworpen en toegepast, dat zowel de isolatieplaten extra mechanisch tegen de binnenmuur aangedrukt houdt, als een koudebrugonderbreking heeft en de binnen- en buitenmuur met elkaar verbindt

Isolatie fundering
De fundering is niet geïsoleerd ter voorkoming van warmtetransport via de heipalen naar de grond en het grondwater. Om hetzelfde of een beter resultaat te bereiken is vanaf de fundering tot de begane grondvloer een isolerende steensoort gebruikt. Mits deze steen droog blijft, wordt daarmee een koudebrug naar de begane grondvloer en de daarop rustende binnenmuren voorkomen.
2.2.4 Dakconstructie
De basis voor het dak wordt gevormd door een zogenaamde knikspantdak.
De opbouw van binnen naar buiten is als volgt (zie ook figuur 4):
• Vezel gipsplaat
• Rachels
• Sporen met daar tussenin de isolatie (schuimglas)
• Harde vezelcement boardplaat (waterdicht, dampdoorlatend);
• Verticale rachels (dik 22 mm) met daar overheen horizontale latten (dik 23 mm)
• Voor het dakgedeelte waar de PV-modules en zonnecollectoren (zonnedak) ondersteund moesten worden is een aluminium draagconstructie toegepast (zie hieronder voor verdere toelichting).
• De overige daken zijn bedekt met geglazuurde dakpannen ten behoeve van een zo schoon mogelijke opvang van regenwater.
Om de temperatuur van de PV-modules en de condensvorming te beperken is een luchtspouw onder het dak, waar de PV-panelen en zonnecollectoren zich bevinden, aangebracht. De spouw begint bij de dakgoot en loopt achter de gevel van de toren door tot aan dakrand van de toren.

Aluminium draagconstructie
De techniek die toegepast is voor de integratie van de PV-modules en zonnecollectoren is afkomstig uit de kassenbouw. Op het onderdak zijn aluminium BOAL-profielen aangebracht die als draagconstructie voor frameloze PV-laminaten en de glazen afdekking van de zonnecollectoren dienen (zie figuren 5 en 6). Deze integratietechniek is eerder toegepast in een proefproject in Heerhugowaard. Deze constructie dient voldoende waterdicht te zijn. Het zinken onderdak dat in Heerhugowaard nog werd toegepast als extra voorziening, is hier weggelaten.
 

Oorspronkelijk zou in plaats van de vezelcement boardplaten een dakfolie worden toegepast, maar door de heer Kroon werden een aantal problemen voorzien zodat besloten is voor de andere oplossing, zie verder par2.3
 

Terug naar Inhoudsopgave

PV-systeem
2.3.1 Algemeen
Het PV-systeem bestaat uit een zonnegenerator met een nominaal vermogen van 3,42 kWp (werkelijk geïnstalleerd vermogen is 3,6 kWp, tevens zijn er acht dummy-panelen in het dak aangebracht), drie inverters van elk 1 kWnom en een aansluiting op het elektriciteitsnet, voorzien van beveiligingen. In figuur 7 is het PV-systeem schematisch weergegeven. De specificaties van het systeem staan vermeld in tabel A.

De opbrengstverwachting van het PV-systeem was, bij het ontwerp van het systeem, ca. 3000 kWh. Het elektriciteitsgebruik wordt ingeschat op 1500 kWh.
De verhouding tussen het geïnstalleerd vermogen van de inverters en de PV-generator is 0,83.
Het PV-systeem is geïnstalleerd en in werking getreden op 16 december 1992.

 

Lokatie NB OL 52°10' 4°40' Altitude   0 m boven zeeniveau Oriëntatie dak I dak II dak III zuid zuid 40° west (t.o.v. zuid) Inclinatie dak I dak II dak III 45° 25° 25° PV-generator Nom. vermogen Werkelijk vermogen Array oppervlak 3,42 kWp 3,61 kWp 34,76 m² Inverters Nom. vermogen Aantal 1 kW 3 Verhouding geïnstalleerde vermogens Pinverter/Ppv 0,83 Elektriciteits verbruik (schatting) 1500 kWh/jaar Instraling horizontaal (ref.) 980 kWh/m²/jaar Instraling horizontaal (ref.) 980 kWh/m²/jaar

2.3.2 PV-generator
De PV-generator bestaat uit 76 modules, waarvan te boek staat dat het totale piekWattvermogen 3,42 kWp bedraagt. De zogenaamde flash-test gege¬vens van de fabri¬kant geven aan dat het werkelijk geïnstalleerd vermogen hoger ligt, namelijk 3,6 kWp [2].

Naast deze PV-modules zijn, uit esthetische overwegingen, nog eens 8 dummy-panelen in het dak opgenomen. Deze dummy's zijn in feite afgekeurde PV-panelen waarvan het vermogen volgens de flash-test een stuk minder is dan waarvoor ze gemaakt zijn. Van zeven van de acht dummy's zijn de flash-test gegevens bekend. Deze 7 panelen hebben een gemiddeld vermogen van 29,6 Wp. Het totale vermogen van de dummy's wordt geschat op 237 Wp. Deze dummy's zijn door dhr. Kroon gebruikt voor het bijladen van accu's. Vanaf juli 1994 maken ze echter deel uit van het netgekoppelde systeem.

Het PV-systeem is opgesplitst in 3 subarray's. Deze subarray's bestaan elk weer uit strings waarvan het aantal varieert tussen de 5 en 9. De stringlengte is 4 modules (serieschakeling). De verdeling van de strings over de drie dakdelen is beschreven in [2].

Terug naar Inhoudsopgave

      Technische gegevens PV-generator

De strings waaruit de subarray's zijn samengesteld hebben niet altijd dezelfde oriëntatie of tilthoek.
De samenstelling van de drie subarray's zijn in de periode 5 maal veranderd. In [2] staan deze stringsamenstelling en het bijbehorende geïnstalleerd vermogen van de subarray's vermeld.

Technische gegevens inverter

2.3.3 Inverter
De drie subarray's zijn elk afzonderlijk aangesloten op een inverter van 1 kW nominaal. Deze drie inverters zijn parallel geschakeld en aangesloten op het AC-net. In tabel C staan enkele technische specificaties van deze omvormers vermeld.