Gebouwen zijn verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van de totale energievraag en de uitstoot van broeikasgassen in Duitsland. Energie-geoptimaliseerde gebouwen, intelligente controle en netwerkvorming, alsook een zuinige en klimaatvriendelijke energievoorziening voor woningen zijn daarom centrale componenten van een succesvolle energie- en warmtetransitie. Zonne-energie (PV) zal een belangrijke rol spelen in een duurzame energietoekomst. Bijvoorbeeld bij de renovatie van bestaande gevels. Maar ook als het gaat om het terugdringen van de energievraag en het energieverbruik van nieuwe gebouwen.
Onderzoekteams van Fraunhofer IBP en Fraunhofer IEE ontwikkelen momenteel een zogenaamde EE-modulegevel (renewable energy module façade) die het gebouw voorziet van milieuvriendelijke elektriciteit. De stroom wordt gebruikt om ruimten te verwarmen, te koelen en te ventileren. Het hart van de module wordt gevormd door een PV-systeem in combinatie met een warmtepomp als zeer efficiënte warmte- en koudebron, alsmede een gedecentraliseerde ventilatie-eenheid met warmteterugwinning.
Alle benodigde technische componenten zijn ondergebracht in het EE module gevelelement, waardoor een hoge mate van prefabricage mogelijk is. Het landelijke Ministerie voor Economische Zaken en Energie BMWi financiert het gezamenlijke onderzoeksproject. De projectpartners zijn Implenia Fassadentechnik GmbH als de ontwerper van de EE-modulegevel. De onderneming Lare GmbH Luft- und Kältetechnik ontwikkelt de warmtepomp, en LTG AG voegt daar het gebied van de gedecentraliseerde ventilatie aan toe, aldus het Fraunhofer-Gesellschaft in een persbericht.
Gevelrenovatie
Het doel van het onderzoeksproject is een kosteneffectieve modulaire renovatie- en nieuwbouwgevel te ontwikkelen, waarbij de renovatie minimaal invasief moet zijn – zoals ook het geval is bij veel operaties in de geneeskunde. “We renoveren niet het hele gebouw, maar alleen de gevel. In de toekomst zal de oude gevel worden vervangen door nieuwe industrieel geprefabriceerde modules met geïntegreerde installatietechnologie, waardoor de gevel multifunctioneel wordt en zal voldoen aan de nieuwe energienormen”, legt projectleider en wetenschapper bij Fraunhofer IEE Jan Kaiser uit. “De volledige verwarming/koeling en ventilatietechniek voor de achterliggende ruimte is in de gevel geïntegreerd.”
Geprefabriceerd
De modules kunnen worden geprefabriceerd. Dit biedt planners en investeerders een hoge mate van kostenzekerheid en een duidelijk gedefinieerd kostenkader. De vervanging duurt maar een paar uur. Aangezien de verwarmings- en ventilatietechnologie reeds geïntegreerd is, hoeven in het gebouw geen nieuwe leidingen te worden gelegd. De gevel hoeft alleen maar een stroomaansluiting te hebben om de ruimten te kunnen klimatiseren en ventileren, zelfs in tijden zonder PV-stroom.
De installatie- en coördinatie-inspanning op de bouwplaats wordt beperkt. In het ideale geval hoeven de gebruikers van de kamers tijdens de renovatie niet eens te verhuizen. De EE modulaire gevel is bijzonder geschikt voor kantoorgebouwen en scholen die gebouwd zijn als skeletbouw; een bouwmethode die gebruikelijk was in de jaren vijftig, zestig en zeventig van de vorige eeuw. In plaats van dragende muren houden kolommen van gewapend beton de vloerplaten vast. Tijdens de renovatie worden de oude gevelelementen verwijderd en wordt het nieuwe type verdiepingshoge modules voor de gebouwstructuur opgehangen. Een enkele technische eenheid van de EE-modulegevel is 1,25 m breed en 30 cm diep. Elke unit kan een ruimte van ca. 24 m² beleveren.
Skeletbouw
Het ingebouwde PV-systeem wekt de energie op en voorziet de systeemcomponenten, zoals de warmtepomp, van elektriciteit. Die functioneert ook als een warmte- en koudebron. Het is het bepalende onderdeel van de technische eenheid van de modulaire EE-gevel en wordt gekenmerkt door een intelligente regeling van de energiestromen. Hij kan drie tot vier eenheden warmte produceren uit één eenheid elektriciteit.
Via een ventilatorconvector die in de luchtspleet achter het PV-element is gemonteerd, onttrekt deze de warmte aan de buitenlucht en geeft deze ook via een ventilatorconvector als verwarmingswarmte af aan de ruimte erachter. Als hij moet koelen in plaats van verwarmen, wordt de cyclus omgekeerd en onttrekt hij de warmte aan de binnenlucht en geeft die af aan de buitenlucht. Een geïntegreerde gedecentraliseerde ventilatie regelt de luchtverversing en warmteterugwinning. Er is slechts één ventilator nodig dankzij een specifieke interconnectie van luchtkleppen, waardoor het stroomverbruik tot een minimum wordt beperkt.
De ventilatie-eenheid, die afkomstig is van LTG, wisselt cyclisch tussen toevoer- en afvoerluchtmodus en ademt dus virtueel. Bovendien zorgen vacuümisolatie-elementen voor thermische bescherming. “De nieuwe modulaire EE-gevel biedt een nauwkeurig afgestemde thermische en zonwerende bescherming met lage energiebehoeften en tegelijkertijd een hoog gebruikerscomfort”, benadrukt Michael Eberl, wetenschapper bij Fraunhofer IBP en collega van Jan Kaiser in het project. Ongeveer 25 tot 30 procent van alle kantoorgebouwen zijn gebouwd in skeletbouw van 1950 tot ongeveer 1990. Zij hebben een verbruik van 3200 gigawattuur (GWh) per jaar. “Met onze EE-modulegevel kan het verbruik worden teruggebracht tot 600 GWh. Het lage renovatietempo van één procent per jaar zou ook kunnen worden verhoogd door de hoge mate van prefabricage,” aldus Kaiser.
Testruimte
De projectpartners testen momenteel het demonstratiemodel van de EE-modulegevel op de zuidgevel van het VERU-gebouw. Bovendien worden tijdsafhankelijke gecontroleerde interne warmte- en vochtigheidsbronnen – die de “gebruikers” in de ruimten simuleren – geïnstalleerd om de functionaliteit in een echte kantooromgeving te demonstreren. Onder andere worden parameters als luchttemperatuur, vochtigheid en luchtsnelheid op verschillende hoogten, alsmede de verlichtingssterkte bepaald. Deze parameters zijn van belang voor het comfort in de ruimte. Het elektrisch verbruik van de afzonderlijke onderdelen van de technische eenheid van de EE-modulegevel wordt geregistreerd, evenals de opbrengsten van het PV-element, om een energiebalans te kunnen berekenen. De interactie van alle onderdelen werkt al zeer goed. De afzonderlijke onderdelen worden momenteel nog geoptimaliseerd.
Ook interessant: Door grenzenloze samenwerking solar-energie versneld naar de markt brengen
Geselecteerd voor jou!
Innovation Origins is het Europese platform voor innovatienieuws. Naast de vele berichten van onze eigen redactie in 15 Europese landen, selecteren wij voor jou de belangrijkste persberichten van betrouwbare bronnen. Zo blijf je op de hoogte van alles wat er gebeurt in de wereld van innovatie. Ben jij of ken jij een organisatie die niet in onze lijst met geselecteerde bronnen mag ontbreken? Meld je dan bij onze redactie.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
