Doordachte planning voor lage bedrijfskosten
Kleine investeringen bieden grote besparingsmogelijkheden bij Lebenshilfe Wohnwelten in Altdorf
Wanneer niet alleen lage bouwkosten, maar ook lage exploitatiekosten centraal staan bij de objectplanning, moeten architecten en planners hun vaardigheden tonen. Dit was het doel van de "inclusieve leefwerelden" van het Lebenshilfe in de regio Neurenberg te vervullen.
Met een aangepaste planning en "kant-en-klare" technologie konden de warmtelevering en de eigen elektriciteitsopwekking hier worden geoptimaliseerd - de kerncomponenten van de warmtekrachtcentrale en warmteopslag werken perfect samen.
Fig. 1: Sommige ruimtes, zoals de gemeenschappelijke binnenzones (foto), de foyer, de gangen of vergaderruimtes in de inclusieve woonomgevingen worden voorzien van decentrale ventilatiesystemen.
Lebenshilfe im Nürnberger Land e. V. beheert meer dan 20 woningen waar mensen met een ontwikkelingsachterstand of handicap een thuis kunnen vinden en zorg kunnen ontvangen. De bewoners worden over het algemeen ondersteund door vaste medewerkers van Lebenshilfe. In de nieuwe "inclusieve woonomgeving" in Altdorf wordt echter voor een nieuwe aanpak gekozen. Het pand van Lebenshilfe, dat in het voorjaar van 2016 voor het eerst in gebruik werd genomen, biedt woonruimte voor mensen met een handicap en voor mensen zonder handicap. Deze laatsten kunnen een bijdrage leveren aan de zorg, bijvoorbeeld door te koken of vrijetijdsactiviteiten te organiseren voor de werkende mensen met een handicap, en ontvangen hiervoor een vrijwilligersvergoeding, wat weer scheelt in de huurkosten. Voor het concept van inclusief wonen bouwde Lebenshilfe een gebouw met 26 appartementen voor mensen met een handicap en nog eens vijf voor huurders zonder handicap. Het gebouw heeft drie verdiepingen met elk een bruto vloeroppervlak van ongeveer 2500 m².
Op de begane grond bevinden zich een lounge en een vergaderruimte, een café met een eigen grote keuken en verschillende bijkeukens en technische ruimtes. Op de eerste en eerste verdieping bevinden zich de bewonersappartementen - elk met een eigen badkamer en voorruimte - evenals twee gemeenschappelijke keukens en grote gemeenschappelijke ruimtes op elke verdieping. Er is ook een zorgbadkamer en bijvoorbeeld bijkeukens in het kerngebied.
"Gezond verstand regeerde in planning en bouw"
Fig. 2: Een exergie-geoptimaliseerde cascade van zoetwaterstations speelt een rol bij het maximaliseren van de temperatuurspreiding - en dus de thermische efficiëntie - van het totale systeem.
Er werd ongeveer 6 miljoen euro geïnvesteerd in de bouw van de "Inclusieve Leefwerelden". Tweederde hiervan werd gefinancierd door subsidies, terwijl Lebenshilfe de rest bijdroeg. Omdat de Altdorf woonwerelden gefinancierd werden uit publieke en eigen middelen en de huurprijzen betaalbaar moesten zijn voor de bewoners, werd het pand gepland door Prof. Dipl.-Ing. Hans Peter Haid (directeur van Haid+Partner GmbH Architekten+Ingenieure, Nürnberg) met als doel het bereiken van "hoge efficiëntie". De architect, die gespecialiseerd is in gezondheidszorg en sociale gebouwen, sprak met toekomstige bewoners voordat hij de ontwerpen maakte en verwerkte hun wensen en ideeën in het concept. Het resultaat is een gebouw met een sterk geïsoleerde buitenschil en een goede plattegrond, zonder grote glazen puien en dus met lage verwarmingskosten. Bij de planning van de technische uitrusting van het gebouw stonden de taken en bewoners van de faciliteit centraal. "Goed doordachte en gebruiksvriendelijke apparatuur maakt het leven voor de bewoners gemakkelijker", verklaart planner Roland Goetz uit Altdorf een van de projecteisen.
Afb. 3: Gespecialiseerd ontwerper Roland Goetz voor de multivalue verdelers. Ze gebruiken de retourstroom van een verwarmingscircuit met hoge temperatuur voor de stroom van een circuit met lage temperatuur. Dit maximaliseert de temperatuurspreiding en dus de thermische efficiëntie.
Er kunnen bijvoorbeeld extra handgrepen worden toegevoegd aan de barrièrevrije badkamers en alle wastafels in het huis zijn toegankelijk voor rolstoelen. Zelfs kenmerken die niet direct zichtbaar zijn, zoals de kranen met brandbeveiliging die overal zijn geïnstalleerd, laten zien dat het bedrijf niet op de kosten heeft bespaard, maar in plaats daarvan prioriteit heeft gegeven aan veiligheid en een lange levensduur van de investeringen.
Klassieke verwarming en ventilatie in de appartementen
Er worden conventionele radiatoren met thermostaatkranen onder de ramen gebruikt om de flats te verwarmen. In de badkamers van de appartementen wordt muffe of vochtige lucht afgezogen. Het resulterende zuigeffect zorgt voor een constante toevoer van buitenlucht via buitenluchtroosters die achter de radiatoren onder de ramen zijn geïnstalleerd. Alle ramen kunnen ook worden geopend als dat nodig is.
Alleen de gemeenschappelijke ruimtes en kamers worden volledig mechanisch geventileerd. Ventilatie-units met warmteterugwinning (via platenwarmtewisselaars) zijn geïnstalleerd in keukenbovenkasten of bovenkasten. De units voeden de respectieve ventilatiezones via korte kanaaltrajecten zodat de drukverliezen tot een minimum worden beperkt. Lage ventilatorsnelheden en zorgvuldig timmerwerk zorgen ervoor dat de ventilatietechnologie niet alleen visueel maar ook akoestisch onopvallend is.
WKK dekt de basisbehoefte aan warmte
Naast de verborgen, decentrale ventilatie-units ontwierp specialist Goetz ook de volledige andere technische infrastructuur. Voor de warmteopwekking koos hij voor een kleine WKK (warmtekrachtkoppeling) op aardgas van Viessmann met een elektrisch vermogen van 6 kW en een thermisch vermogen van 15 kW. Deze wordt aangevuld door een condensatieketel met een piekbelasting van 80 kW. Beide leveren de warmte aan een varmeco buffervat met een capaciteit van ongeveer 3 m³ water. "Alle warmteverbruikers in het huis worden gevoed vanuit de opslagtank," legt Goetz uit. "De WKK-eenheid is groot genoeg om meer dan de helft van de totale warmtebehoefte te dekken, zodat wordt voldaan aan de eisen van de Wet Hernieuwbare Energie Warmte. Aan de andere kant is het vermogen klein genoeg voor basislastbedrijf - met andere woorden, lange bedrijfstijden met weinig starts en stops, wat mogelijk is door het gebruik van het opslagsysteem," zegt Goetz.
De werking van de WKK-eenheid is temperatuurgestuurd. Als de sensor in het bovenste deel van de opslagtank een temperatuur onder 65 °C meldt, schakelt de WKK-regeleenheid de motor in. De temperatuur van het water in het onderste deel van de opslagtank, dat naar het WKK-systeem wordt gepompt om te verwarmen, is niet relevant voor de werking: een snelheidsgeregelde oplaadpomp zorgt ervoor dat het WKK-systeem altijd op een constante temperatuur werkt. Als het water koel is, verlaagt de pomp de toevoersnelheid zodanig dat de verblijftijd voldoende is om het water tot meer dan 80 °C op te warmen. "Dit is de enige manier om condensatiewerking te implementeren die gebruik maakt van de output van de WKK-eenheid. Er moet worden opgemerkt dat niet alle WKK-eenheden geschikt zijn voor het gebruik van de uitlaatgaswarmte met condensatietechnologie," voegt de planner eraan toe, "maar het geïnstalleerde systeem maakt het mogelijk om het uitlaatgas aanzienlijk af te koelen en heeft ook de perfecte grootte voor dit pand." Met maximaal 75 kW is het grootste deel van het verwarmingsvermogen beschikbaar voor de radiatoren in de buitenkamers. Een ander verwarmingscircuit voorziet in de verwarmingsbehoeften van de zorgbadkamers in de centrale delen van de verdiepingen met een maximaal vermogen van 3,5 kW bij 70/50 °C aanvoer/retourtemperatuur. Maximaal 13,4 kW bij 40/25 °C is beschikbaar voor de warmtewisselaars van de ventilatiesystemen. De industriële wasdroger kan nog eens 10 kW opnemen: de industriële wasmachine doet het meestal ook zonder elektrische verwarmingsenergie, omdat de gebouwinstallaties hiervoor tot 16 l/min regenwater met een temperatuur van 60 °C leveren. Warm drinkwater wordt alleen gebruikt voor de laatste spoeling van het wasgoed. Voor hogere wastemperaturen (kokend wasgoed) brengt de 18 kW elektrische verwarming van de wasmachine het water snel op temperatuur.
Driekamerverdeler voor optimale temperatuurspreiding
Fig. 4: De industriële wasmachine (voorkant) en de wasdroger. Beide werken met de warmte van de WKK-eenheid; de wasmachine warmt alleen elektrisch op tijdens het kookwasprogramma.
"Driekamerverdelers zorgen voor thermische optimalisatie zodat de temperatuurspreiding in de warmteopslagtank zo groot mogelijk is," legt Goetz uit. "Met deze systemen is het mogelijk om de hoge retourtemperatuur van een circuit van bijvoorbeeld 50 °C te gebruiken voor het debiet van een lagetemperatuursysteem van bijvoorbeeld 40 °C - in dit project de ventilatiesystemen", zegt hij. "Over het geheel genomen leidt deze hydraulische optimalisatie tot lagere retourtemperaturen bij de cilinder en dus tot een hogere algehele efficiëntie van het systeem. "De warmwatervoorziening is ook ontworpen om de retourtemperaturen te minimaliseren. Het warme water wordt geleverd door varmeco doorstroomverwarmers, zogenaamde verswaterverwarmers. Dit betekent dat het warme water in het hele huis alleen wordt verwarmd wanneer dat nodig is, volgens het principe van doorstroomverwarming. "Dit minimaliseert het risico van legionellaproliferatie en zorgt dus voor maximale hygiëne," benadrukt Goetz. Het is een exergie-geoptimaliseerde dubbele cascade die tot 5 m³/u water levert bij een maximale temperatuur van 75 °C in de flow.
Afb. 5: De achterkant van de wasmachine steekt uit in de aangrenzende kamer. Hier wordt het schone wasgoed uit de wasmachine gehaald en in de droger geladen.
De cascade haalt zijn thermische energie ook uit de varmeco-opslagtank, waarbij de warmte naar behoefte wordt toegevoerd met behulp van een snelheidsgeregelde pomp.
Lage retourtemperatuur voor warmwaterbereiding
In het exergie-geoptimaliseerde circuit zijn de verwarmingstaken gescheiden: "De dubbele cascade bevat een verswaterverwarmer voor alleen sanitair waterverwarming en een tweede verwarmer die de piekvraag dekt en de temperatuur van het circulatiewater regelt." Gescheiden leidingwerk in dit systeem resulteert in een lage retourtemperatuur, waarbij het water idealiter met 35 °C terugstroomt naar de boiler. Door de weersonafhankelijke warmtebelasting in het gebouw, zoals de vaak draaiende wasmachine en wasdroger, wordt de WKK-eenheid het hele jaar door goed gebruikt. Hij draait ongeveer 6500 uur per jaar. In de zomer, als er alleen warm water nodig is voor douches, wassen en afwassen of warmte voor de wasruimte, draait hij ongeveer acht uur per dag. "Dankzij het grote volume van de warmteopslagtank en de grote temperatuurspreiding werkt de WKK efficiënt en met weinig cycli," meldt de planner. Ongeveer 200 starts per jaar minimaliseren slijtage.
Fig. 6: Barrièrevrije badkamers zijn standaard in alle appartementen in de "Inclusive Living Worlds" in Altdorf.
Centrale warmteregeling met toegang op afstand
Het warmtebeheer wordt verzorgd door de centrale varmeco-regeleenheid "VarCon 380 Pro", waarmee de parameters kunnen worden ingesteld en de bedrijfsgegevens kunnen worden weergegeven op het apparaat of op afstand via een beveiligde, met een wachtwoord beveiligde internetverbinding. Het regelsysteem vraagt bijvoorbeeld om de werking van de ketel als het vermogen van de WKK-eenheid niet voldoende is om aan de warmtevraag te voldoen. De WKK krijgt dus altijd voorrang. Het regelsysteem beheert ook de verwarmingscircuits en de warmwaterbereiding, inclusief alle pompen. Omdat de pompaandrijvingen op snelheid kunnen worden geregeld, maken ze een vraaggestuurde en energiebesparende werking mogelijk.
Fig. 7: De warmtebronnen kunnen voorrang krijgen op het varmeco regelsysteem. Hierdoor krijgt de WKK-eenheid voorrang op de condensatieketel en draait deze ongeveer 6000 uur per jaar.
WKK dekt de helft van de elektriciteitsbehoefte
Afb. 9: Een WKK-eenheid van Viessmann (vooraan) en een varmeco-warmteopslagtank van 3 m³ (linksachter) voorzien de "Inclusive Living Worlds" van warmte. Het systeem wordt aangevuld door een condensatieketel met een piekbelasting van 80 kW.
Hoe goed warmtevoorziening en elektriciteitsproductie op elkaar zijn afgestemd in het kleine WKK-systeem is niet in de laatste plaats te danken aan de nauwkeurige dimensionering. De basislast in de zomer en de verwarmingsbehoefte in de overgangsseizoenen kunnen alleen door de WKK-eenheid worden gedekt; de condensatieketel is alleen nodig op relatief koude dagen. "De gelijktijdige opwekking van elektriciteit, die ongeveer 30 % van de totale WKK-output uitmaakt, is ideaal om elektrische energie te leveren voor koken, koelkasten en vriezers, de ventilatiesystemen of bijverwarming voor de wasmachine. Dit betekent dat slechts een tiende van de WKK-stroom aan het net hoeft te worden geleverd en dat 90 % onmiddellijk in het huis wordt gebruikt. Dit dekt op zijn beurt ongeveer de helft van de totale elektriciteitsbehoefte," vat Goetz samen.
Gezien de lage vergoeding voor WKK-elektriciteit in vergelijking met de aankoopprijs van elektriciteit, betekent de gelijktijdige opwekking en het verbruik van elektrische energie extra besparingen. Dit is niet in de laatste plaats mogelijk dankzij het feit dat warmteopwekking en -verbruik worden ontkoppeld door de opslagtank van 3 m³.
Download het technische artikel als PDF
