Acapulco

Dynamische ontwerptools voor optimale verduurzaming van gebouwen

  • energiesysteem

We verbruiken in Nederland veel energie in onze gebouwen: om te verwarmen, koelen, ventileren en voor alle apparatuur. Ons elektriciteitsnet is inmiddels overbelast en we hebben te maken met netcongestie. Hoe kunnen we gebouwen slimmer ontwerpen en aansturen, zodat we energie op het juiste moment gebruiken en dus netcongestie voorkomen?

Binnen Acapulco ontwikkelen partners (Priva, Van Dorp en TU Delft) nieuwe ontwerptools om de warmte en koude voorziening van utiliteitsgebouwen zoals kantoorpanden en winkels te verduurzamen. Het resultaat is een prettig comfort, efficiënte installatie en vermindering van CO2-uitstoot en kosten. Dit bereiken ze door het toevoegen van thermische opslag en een warmtepomp met twee nieuwe bronnen: bodemwarmte en oppervlaktewater. Het gebouwbeheersysteem kiest op basis van verschillende factoren wat de beste aanstuurstrategie op welk moment is.

De innovaties
Het ontwerp en slimme aansturing valideren we in het Co-Creation Centre op The Green Village. Het Co-Creation Centre is een energiezuinig evenementenlocatie met onder andere een passief klimaatbeheersingssysteem en voorspellend regeltechniek gerealiseerd in het project Converge. Acapulco bouwt hierop verder door het gebouw nog energiezuiniger te maken en netcongestie te voorkomen.

Het huidige gebouw is al zeer energiezuinig met een jaarlijks gebouwgebonden energieverbruik van 34 kWh/m2. Dat is ruim vijf keer minder dan een gemiddeld kantoorgebouw in Nederland. Het houdt echter nog geen rekening met netcongestie. Door het toevoegen van onderstaande onderdelen wordt het gebouw sterk verduurzaamd en wordt het geschikt voor gebouwen in congestiegebied:
• Bodemwarmte en oppervlaktewater bron voor de warmtepomp (Faculteit CiTG)
• Thermische PCM-waterbuffer (Orange Climate / Van Dorp)
• Voorspellende regeltechniek (Priva) op basis van comfortmodellen (Faculteit Bouwkunde)

Voorbeeld van stappen om tot een energiezuinig kantoorgebouw te komen.

Testen op The Green Village
Er zijn nu geen goede rekenmethodes die rekening houden met het dynamische gedrag van het gebouw en (opslag-)installaties. Daarom ontwerpen Priva en Van Dorp simulatietools om voor nieuwbouw- en renovatieprojecten het juiste vermogen van de warmtepomp te bepalen in relatie tot de opslagcapaciteit van de buffer. Hierdoor kan een gebouw een kleinere netaansluiting en een kleiner warmtepompvermogen krijgen, wat de terugverdientijd gunstig beïnvloedt. Het is al met al een complexe berekening. Om het werkend te krijgen, is een slimme aansturing nodig met juiste regelstrategieën. Priva is hierin gespecialiseerd en levert voorspellende AI regeltechniek die dit mogelijk maakt. Van Dorp ontwikkelt duurzame routekaarten waarin deze nieuwe concepten worden opgenomen en geadviseerd bij nieuwbouw of grootschalige renovatie.

De faculteit Bouwkunde van de TU Delft is betrokken voor een klimaatadaptief comfortmodel: hoe houd je het aangenaam voor iedereen? Hoe kun je, binnen de grenzen van het comfort, maximaal energie besparen en het elektriciteitsnet ontlasten tijdens congestie? Daarnaast onderzoeken zij ook het lichtcomfort en verzamelen ze gebruikersfeedback om het gebouw nog prettiger te maken om in te verblijven.

De faculteit Civiele Techniek van de TU Delft is betrokken voor het testen van “The Energy Piles” in het Co-Creation Centre, deze funderingspalen hebben naast een constructieve functie ook rol in het koelen en verwarmen van het gebouw.

Kennisdeling
Acapulco vindt het heel belangrijk dat de opgedane kennis niet binnen het project blijft, maar juist wordt verspreid zodat anderen er ook van kunnen leren. Gaandeweg delen we de geleerde lessen via openbaar toegankelijke tussen- en eindrapportages, papers en persberichten. Ook tijdens evenementen in het Co-Creation Centre besteden we aandacht aan de resultaten van dit project.
De resultaten van het deel waar TU Delft verantwoordelijk voor is, worden vrij toegankelijk via The Green Village en de faculteit Bouwkunde. De meetresultaten worden gevisualiseerd en gearchiveerd via het dataplatform van The Green Village.

Technische verdieping

Warmtepomp
Het gebouw wordt zoveel mogelijk passief geklimatiseerd (met PCM of door te openen dakramen), maar er zijn momenten dat het niet passief kan en actief moet. Op die momenten wordt de warmtepomp gebruikt om het gebouw actief te koelen of verwarmen. In de huidige opstelling gebruikt de warmtepomp de retourlucht van de luchtbehandelingskast als bron. Met het project wordt aan de warmtepomp (40kW) twee extra bronnen toegevoegd, namelijk bodemwarmte (10KW) en oppervlaktewater (10kW). Uniek aan het project is dat er energie uitgewisseld kan worden tussen deze twee bronnen, zo kan in het najaar de bodem voorverwarmd worden met oppervlakte water. Deze warmte kan later weer worden gebruikt om het gebouw te verwarmen. Ook is het mogelijk om het gebouw in de zomer passief koelen met de bodemwarmte, op deze momenten hoeft de warmtepomp niet te worden ingezet.

Thermische PCM-waterbuffer en -luchtbuffer
De thermische PCM-waterbuffer is een relatief compacte en milieuvriendelijke techniek om energie op te slaan. Phase Change Materials (PCM) is een zoutoplossing die bij een bepaalde temperatuur (welke het consortium onderzoekt) smelt of stolt.  Bij deze faseovergang is veel energie mee gemoeid. Deze energie kan worden gebruikt op momenten van netcongestie om het gebouw te verwarmen. Hierdoor hoeft de warmtepomp niet of minder te worden geactiveerd. Een warmtepomp is al een zeer energiezuinige opwekker, maar heeft alsnog een relatief hoge belasting op het elektriciteitsnet. Op het moment dat het weer rustig is op het elektriciteitsnet of wanneer er een overschot is aan elektriciteit, vaak bij veel zon en wind en door de eigen PV op het dak, kan de warmtepomp de buffer weer opladen. Deze thermische PCM-waterbuffer heeft een capaciteit om het gebouw ongeveer twee tot vier dagen van warmte of koude te voorzien. Het voordeel van het systeem is dat het door intensief gebruik niet degradeert maar zijn capaciteit behoudt.

 

Wil je aangehaakt blijven? Neem contact op met projectmanagers Stefan Hoekstra of Tim Jonathan.

NIEUWSBRIEF