Energieopslag in vloeren – project Buizerdhof

Inleiding

Orange Climate onderzoekt in samenwerking met Bolton Bouw en BPD Bouwfonds wat de toepassing van de PCM EnergyFloor voor effect heeft op woningniveau. Verschillende uitkomsten op gebied van energie, opgesteld vermogen en installatie-concept worden met elkaar vergeleken en getoetst aan de originele uitgangspunten van het woningbouwconcept.

Opzet onderzoek

Begin 2025 start bouwbedrijf Bolton, samen met installatiebedrijf Tibo-Veen, in opdracht van BPD bouwfonds aan de realisatie van 45 grondgebonden woningen aan de Buizerdhof in Nieuwegein. Voor de gebouwsimulatie wordt het onderzoek uitgevoerd door Climetric, gebruik makend van de open-source rekenmodule genaamd Energy+. In dit onderzoek zijn een tweetal woningen in het plan onderzocht, verschillend van oriëntatie en ontwerp.

Opdracht
Om het PCM-product in combinatie met overige bouwkundige- en installatietechnische componenten te testen, zijn hiervoor uitgangspunten opgesteld, die het effect van de toevoeging van PCM moeten aantonen op het gebied van:

• Benodigd opgestelde verwarmingsvermogen
• Benodigd opgestelde koelvermogen
• Energieprestatie van de woning met en zonder PCM
• Comfortverschil met en zonder PCM
• Gevoeligheidsanalyse te openen ramen

Het beoogde resultaat zou een meer ‘natuurlijkere’ woning moeten opleveren met een natuurlijk gedrag, namelijk het leven met ramen open.

Gebouwsimulatie software

De software Energy+ is een open-source simulatieprogramma dat wordt gebruikt voor het modelleren van energiegebruik en binnenklimaat in gebouwen. Het is ontwikkeld door het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en biedt gedetailleerde simulaties van warmte- en vochttransport, HVAC-systemen (verwarming, ventilatie en airconditioning), verlichting, en de invloed van weersomstandigheden op gebouwen.
Energy+ voldoet aan de Building Energy Simulation Test, zoals gespecificeerd in ANSI/ASHRAE Standaard 140. Dit bevestigt de nauwkeurigheid en betrouw-baarheid van de simulaties voor gebouwenergie-modellering. Door succesvolle evaluatie tegen deze standaard wordt Energy+ breed geaccepteerd voor toepassingen ASHRAE-conforme projecten.

De toepassing van de EnergyFloor (PCM)

Projectoplossing

Het project Buizerdhof bestaat uit een aangepaste opzet van de Bolton Woning. In afwijking op de basis woning wordt hier geen houten kap toegepast, maar een vlak/licht schuin betondak. Tevens is de basis warmtepomp met bodembron aangepast naar een lucht-water warmtepomp.
Door toepassing van de PCM EnergyFloor zou het vermogen van de warmtepomp verkleind kunnen worden. Hierdoor is gekozen voor de toepassing van een binnen opstelling met een lager vermogen warmtepomp.
Deze warmtepomp, de Vincent van Itho Daalderop, staat volledig binnen in de woning en heeft geen buitenunit. Daarnaast maakt het gebruik van een natuurlijk koudemiddel (propaan). Het voordeel daarvan is dat de woningen meer tuin tot hun beschikking hebben en geen geluidsoverlast van een buitenunit. Daarnaast draagt het bij aan verbetering van de materiaalprestatie van de woning op gebied van duurzamere materialen.

Uitgangspunten voor de gebouwsimulatie

Aanpak thermische simulatie

Er is een Digital Twin-model van het gebouw opgezet om simulaties uit te voeren en verschillende ontwerpvarianten te evalueren. Deze aanpak maakt het mogelijk om de dynamische eigenschappen van de vloer en de effecten op de warmte- en koelvraag goed in beeld te brengen. Het hele jaar is berekend in tijdstappen van 2 minuten, zodat het effect van de smeltcurve van de PCM nauwkeurig kan worden beoordeeld.

Op basis van de klimaatdata van de bouwlocatie resulteert dit tot de volgende uitkomsten:

• Verwarming- en koelvermogen
  Benodigde verwarming- en koelvermogen per uur (voor iedere dag van het jaar) en per ruimte
• Energieverbruik en -kosten
  Energieverbruik per uur en per ruimte, inclusief energiekosten en BENG-indicatie
  Binnentemperatuur en comfort Binnentemperatuur en mogelijke overschrijding van comfortniveaus (in aantal uren en dagen per jaar conform Predictive Mean Vote EN-16798 en GTO)
• Capaciteit warmtepomp en netaansluiting
  Benodigde capaciteit warmtepomp (incl. belastingduurkromme) en benodigde netaansluiting

Parametrisch ontwerpen

Daarnaast is er een parametrische studie uitgevoerd om tot een optimaal ontwerp te komen. Prestatie-indicatoren zoals comfort, energieverbruik, en warmtepompcapaciteit zijn geanalyseerd. De studie heeft aangetoond dat een ontwerp met PCM zowel lagere stichtingskosten als betere prestaties op het gebied van energiegebruik en netaansluiting oplevert.