All Images Header

Nieuwe basisgereedschappen voor elke installateur?

Nieuwe basisgereedschappen voor elke installateur?

Al voor de eerste steen van een woning of bedrijfsgebouw gelegd is, weten wat de jaarlijkse energiebehoefte zal zijn. Besparen op bouwkosten door de installaties voor verwarming, koeling en ventilatie nauwkeurig af te stemmen op de werkelijke behoefte. De faalkosten verlagen door het aantal ‘verrassingen’ tijdens de bouw te minimaliseren. Met het ontwerpen van installaties in 3D en dynamische thermische gebouwsimulatie kan de installateur een belangrijke bijdrage leveren aan het gehele proces. En wel op drie terreinen: vermindering van de kosten, verhoging van de duurzaamheid en verbetering van het gebruikscomfort van woningen en bedrijfsgebouwen.

De vraag is niet zozeer óf opdrachtgevers van installateurs en adviesbureaus zullen eisen dat ontwerpen in 3D worden gemaakt en de installaties zijn doorgerekend met dynamische gebouwsimulatie. Naarmate de voordelen meer algemeen bekend en aanvaard worden, ligt dat voor de hand. De vraag is vooral wannéér die eis algemeen gebruikelijk zal zijn. En vervolgens, of de individuele installateur, ontwerper en installatietechnisch adviseur er op tijd klaar voor zijn.

‘Genoeg is genoeg’

Wanneer de installateur, ontwerper en installatietechnisch adviseur – verder in dit artikel gemakshalve gezamenlijk aangeduid als ‘de installateur’ – in een zo vroeg mogelijk stadium van het ontwerpproces van een gebouw mee-ontwerpen en meerekenen, kan dat aanzienlijke voordelen opleveren. Niet alleen voor de ontwikkelaar en de uiteindelijke koper of huurder van een woning of bedrijfsgebouw, maar bijvoorbeeld ook voor de energieleverancier. Als die leverancier bij voorbaat weet hoeveel energie werkelijk nodig is voor een nieuwbouwwijk of een renovatieproject, kan ook die zijn (duurzaamheids)beleid en installaties daarop dimensioneren. Want dat is in feite waar het om gaat: ‘genoeg is genoeg’. Tot op heden worden vooral statische methoden gebruikt om de energiebehoefte van een gebouw te berekenen. Op basis van stringente normen en gebruiken worden voor de zekerheid ruime marges gehanteerd, omdat onvoldoende bekend is wat de gevolgen van extreme situaties zijn. Het ontwerpen van installaties in 3D en het dynamisch doorrekenen van gebouwen met een programma voor thermische gebouwsimulatie biedt opdrachtgevers keuzes op basis van concrete feiten. Niet alleen over de benodigde vermogens om bepaalde waarden op bepaalde tijdstippen in het jaar te behalen, maar ook over de invloed van legio variabelen in het gebouw en de installaties op die vermogensbehoefte.

Bouw- en faalkosten

Een paar voorbeelden op het gebied van bouwkosten. Door alle apparaten en leidingen in 3D in het ontwerp van het gebouw in te tekenen wordt direct zichtbaar hoeveel ruimte werkelijk nodig is voor alle leidingen, kanalen en kabelgoten tussen onderkant vloer en plafond. Dynamische berekeningen kunnen er bovendien toe leiden dat minder zware installaties hoeven te worden aangelegd. Als de voor de installaties benodigde ruimte per verdieping 30 centimeter minder hoog hoeft te zijn dan gebruikelijk en het gebouw telt 15 verdiepingen, dan scheelt dat aanzienlijk in de totale bouwkosten. Of nog mooier, met 4,5 meter hoogtewinst kan misschien wel een extra verdieping worden gebouwd met dus meer vierkante meters om te verkopen of te verhuren. Bij het intekenen van de complete installatie in 3D komen bovendien mogelijke conflicten, zoals kruisende leidingen, al in de ontwerpfase onmiddellijk in beeld. Hiermee wordt voorkomen dat pas tijdens de daadwerkelijk aanleg van de installatie allerlei problemen worden ontdekt. En dus in het werk oplossingen moeten worden bedacht. Met alle gedoe van dien. Hiermee kunnen de doorgaans hoge faalkosten in de bouw worden teruggebracht. Tijd is tenslotte geld. Het meest interessant voor ons als installateurs en adviseurs zijn uiteraard de mogelijkheden om de installaties voor verwarming, koeling en ventilatie zo precies mogelijk af te stemmen op de werkelijke behoefte.

Verrassende ervaringen

Adviesbureau Visietech uit Almkerk behoort tot de voorlopers op dit gebied. Het bureau heeft al een reeks, vaak verrassende ervaringen opgedaan met diverse soorten projecten. Die variëren van een enkele vrijstaande woning en kantoorgebouwen tot complete nieuwbouwwijken, zoals Meulenspie in Breda en Kernhem in Ede. Visietech heeft hiervoor een eigen aanpak ontwikkeld, waarin wordt ontworpen in Autodesk Revit MEP met de uitbreidingen van NPQ Flexline en dynamische berekeningen worden gemaakt in DYWAG van BINK Software. Inmiddels gaat er geen advies de deur meer uit dat niet in 3D is uitgewerkt en met DYWAG 9 is doorgerekend.

‘Bimmen’: van 3D-tekening naar een dynamisch gebouwsimulatiemodel

De tekening van de installatie wordt samen met de gebouwinformatie als gbXML-bestand ingelezen in de BUILDER-appplicatie van BINK Software en vervolgens in DYWAG. De software biedt vervolgens een thermisch gebouwsimulatiemodel waarmee de optredende warmtestromen en temperaturen dynamisch kunnen worden bepaald. Hiervoor wordt elke gewenste periode per uur de gehele warmte- en vochthuishouding van de verschillende ruimtes berekend en in grafieken weergegeven. Zo is bijvoorbeeld direct te zien hoe vaak te lage of te hoge temperaturen voor zullen komen op basis van een referentiejaar (NEN 5060). De dynamiek schuilt hierin dat de uitkomsten zich automatisch aanpassen als parameters zoals verwarmings- en koelcomponenten, de isolatie, de ventilatie en de infiltratie van buitenlucht worden gewijzigd.

Dynamische berekeningen

De dynamische berekeningen geven informatie over de benodigde maximum vermogen en de totale energiebehoefte voor verwarming en koeling van de woning of een gebouw. Aan de hand hiervan kan bijvoorbeeld de meest geschikte warmtepomp worden geselecteerd. Vervolgens is het nog maar een kleine stap naar het uitrekenen van de jaarlijkse energieafrekening van de gebruiker. Overigens loopt de techniek hier wel tegen een grens aan: het werkelijk verbruik wordt uiteraard ook bepaald door het gedrag van de bewoners of gebruikers. In het model kunnen diverse parameters worden ingebracht voor het aantal gebruikers, het gebruik van apparaten, verwarming, verlichting en dergelijke. Maar het is nooit helemaal voorspelbaar hoe bewoners of medewerkers de installaties daadwerkelijk zullen gebruiken.

De uitkomsten van de dynamische berekeningen kunnen in de praktijk behoorlijk anders uitpakken dan bij de thans nog algemeen gehanteerde normen en vuistregels. Zo is Visietech nauw betrokken bij het ontwerp van het hoofdkantoor voor een bouwbedrijf. De doelstelling is het bouwen van een duurzaam kantoor. De samenwerking startte bij de eerste schets van de architect. Er wordt nog aan gesleuteld, maar de EPC ligt nu op 0,33. Bij een kantoorgebouw ga je er normaal gesproken vanuit dat de behoefte aan verwarming en koeling over het jaar heen ongeveer gelijk is. Als die verhouding afwijkt, is het omdat er meer behoefte is aan koeling. Uit de dynamische berekening bleek deze ‘wetmatigheid’ voor dit kantoorgebouw precies andersom uit te pakken; bijna net als bij een woonhuis. De belangrijkste oorzaken zijn de ‘normale’ ramen – geen glasgevel zoals bij veel kantoren – en de ledverlichting. Dat scheelt 28.000 kWh/jaar. Voor dit project is dan ook een geheel andere installatie ontworpen dan gebruikelijk voor een kantoor.

Naar nieuwe normen voor duurzame installaties

Een ander voorbeeld is een woningbouwproject in de wijk Kernhem in Ede. Hier worden een paar honderd woningen voorzien van warmtepompen. Visietech onderzocht hiervan zo’n 30 verschillende woningtypen en varianten. De dynamische berekeningen hebben ertoe geleid dat warmtepompen konden worden geselecteerd die veel beter zijn afgestemd op de werkelijke behoefte aan duurzame energie dan gebruikelijk worden toegepast. Er is op dit moment geen enkele norm, die geschikt is om een warmtepomp uit te rekenen. De geldende richtlijn is ISSO 51. Bij deze statische berekeningsmethode worden de effecten van accumulatie van woningen echter onvoldoende meegenomen.

Met de dynamische berekening kon voor het eerst inzichtelijk gemaakt worden wat nu echt de benodigde vermogens en energiebehoeften van dit soort installaties zijn. Die bleken ongeveer een kwart lager te liggen dan berekend volgens de traditionele warmteverliesberekening van ISSO 51. Door minder zware warmtepompen te kiezen en de bronnen af te stemmen op de berekeningen, kan zomaar tussen de 1000 en 3000 euro per woning worden bespaard. Overigens zonder dat de energiekosten voor de bewoners omhoog gaan…

Zelfs interessant voor een particulier woonhuis

Het belangrijkste is echter dat besluiten over zowel bouwkundige voorzieningen als de installaties worden gebaseerd op feiten. Een laatste voorbeeld is dat van een particulier woonhuis. Velen zullen denken dat alle moeite van 3D-tekenen en dynamische berekeningen niet zal lonen voor een enkele woning. Niets is minder waar. Het gebruik van het referentiejaar maakt het mogelijk praktisch per dag een temperatuuroverschrijdingsberekening (TO) te maken. Daarmee kan ook per dag worden aangegeven wanneer bepaalde normwaarden voor de temperatuur mogelijk niet kunnen. In deze woning was betonactivering van het plafond voorzien. Uit de dynamische berekening werd duidelijk dat ook zonder deze voorziening de temperatuuroverschrijdingen beperkt zouden blijven tot enkele dagen per jaar. Hierdoor kon de opdrachtgever een objectieve afweging maken of dit klimaatplafond echt noodzakelijk was. Het scheelde 5000 tot 8000 euro op de totale bouwsom.

Een kans en een uitdaging voor de installateur

Het rendement van in 3D ontwerpen van installaties en het uitvoeren van dynamische berekeningen is uiteraard ook afhankelijk van het tijdbeslag en de investeringen van de installateur. Een bedrijf als Visietech heeft de afgelopen jaren fors geïnvesteerd in kennis, ervaring en de benodigde software om nu kostenefficiënt deze adviezen te kunnen produceren. Installateurs, ontwerpers en installatietechnische adviesbureaus zullen deze ontwikkeling als een kans en een uitdaging moeten zien om hun toegevoegde waarde in het bouwproces te vergroten. Overigens heeft de installateur zelf ook voordeel van bijvoorbeeld het verminderen van de faalkosten. Johan Koekkoek, directeur van Visietech, is ervan overtuigd dat elk zichzelf respecterend bedrijf de kennis en knowhow kan verwerven. Mits men bereid is de nodige investeringen te doen, zowel in geld, als in tijd en energie. De drempel lijkt nu nog hoog. Maar was dat tien jaar geleden ook niet zo met 2D-tekenen in AutoCAD? En behoort dat inmiddels niet ook tot de basisgereedschappen van de meeste installateurs en adviseurs?