VERWARMING
Install Magazine 943 – september 2017
Duurzame installatie met energiepalen
Architectenbureau DMOA rust eigen gebouw uit met innoverend systeem
In het nieuwe gebouw wilde het architectenbureau DMOA een reeks innoverende concepten in de praktijk brengen.
Bij een energiepaal wordt een warmtewisselaar in de funderingspaal geïntegreerd. Omdat er toch funderingspalen nodig waren, viel de meerkost mee.
De warmtewisselaars in de palen worden aangesloten op een collector.
Als basisafgiftesysteem werd betonkernactivering ingezet. Dat omvatte onder meer een geactiveerde betonconstructie voor het dak.
Het eigen kantoor is het visitekaartje van een architectenbureau. Het Leuvense architectenbureau DMOA greep de bouw van een nieuw kantoor dan ook om hun visie op energie en duurzaam comfort in de praktijk te brengen. Zo is het gebouw voorzien van balansventilatie en PV-panelen. Voor het thermisch comfort werd gekozen voor de combinatie van betonkernactivering met een warmtepomp en energiepalen als warmtebron.
Het eigen gebouw als experiment
De keuze voor energiepalen was ingegeven door bouwtechnische overwegingen. Het grondvlak van het pand was redelijk beperkt, zodat er in de hoogte moest gebouwd worden. De ondergrond is er echter drassig, door de naastgelegen beek. Er waren dus een twintigtal funderingspalen nodig om het gewenste volume te stutten. Gezien DMOA met betonkernactivering wilde werken, gecombineerd met een geothermische warmtepomp en passieve koeling, lag het voor de hand om die funderingspalen tegelijk als warmtebron te benutten. Ze moesten sowieso worden aangelegd, en de extra kosten om er watervoerende leidingen in aan te brengen, was niet bijzonder hoog. Bovendien spaarde DMOA zo de aanleg van een extra boorveld uit.
De palen van 10 m diep werden dan voorzien van watervoerende leidingen. De bodemsondes zijn gegroepeerd in vier kringen van telkens vijf palen die in Tichelman zijn aangesloten. In zomerbedrijf wordt overgeschakeld op passieve koeling om het systeem te regenereren.
Dimensionering
Dimensionering is altijd een heikel punt bij energiepalen. Bij het ontwerp van een geothermisch boorveld kan men aantal, diepte en configuratie van de boringen laten afhangen van de thermodynamische parameters van de warmtepomp. Energiepalen dienen echter in de eerste plaats als fundering, en dus geven de stabiliteitseisen de doorslag. In dit geval ging dat om 20 palen van 10 m diep en met een tussenafstand van 1,5 m, een configuratie die niet ideaal is voor een geothermische warmtebron.
Bij de uitwerking van het project bleek ook dat er nauwelijks ervaringsgegevens over deze techniek uit onze streken voorhanden zijn. Waar energiepalen vrij courant worden toegepast in Nederland, kon DMOA in het Leuvense slechts terugvallen op een enkel ander project, het OCMW-gebouw in de Fonteinstraat. (Zie De Onderneming 922). Er werd besloten om alle palen te activeren en het maximum uit deze configuratie te halen, om dan in de praktijk te zien hoe ver men zou komen.
Volgens de theoretische warmteverliesberekening bedroeg de warmtebehoefte van het kantoor 12 kW. Uitgaande van een vuistregel van 50 W/m zouden de energiepalen dus onvoldoende vermogen kunnen leveren. Toch werd besloten om een installatie met 10 kW te plaatsen, het maximum dat de energiepalen kunnen leveren. Benjamin Denef van het architectenbureau heeft er alle vertrouwen in: “De warmtebehoefte volgens de officiële berekening gaat uit van een zeer ongunstige situatie, namelijk dat heel het gebouw verwarmd moet worden bij een buitentemperatuur van -10°C. Dat doet zich uiterst zelden voor, dus voor het grootste deel van de tijd hebben we een zekere veiligheidsmarge. Bovendien houdt de warmteverliesberekening geen rekening met interne en externe warmtewinsten, terwijl die er wel degelijk zijn.”
Omdat het wisseloppervlak van de energiepalen relatief beperkt is, moet men echter kiezen voor een groot temperatuurverschil om het vereiste vermogen te halen. Dat leidt meteen tot bezorgdheid over bevriezing van de palen, en het effect daarvan op de stabiliteit. Ook dat blijkt mee te vallen. Zelfs als ze bevriezen, vermindert de draagkracht van de palen niet merkbaar. Bovendien staat de fundering in dit geval op een zandlaag, en werd de draagkracht van de fundering op druk gedimensioneerd en niet op kleef. Zelfs als het kleefeffect zou verminderen door bevriezing, komt de stabiliteit niet in gevaar. Mocht blijken dat het vermogen onvoldoende is, dat is het architectenbureau van plan om een extra warmtewisselaar in de nabijgelegen beek aan te leggen. Een andere mogelijke uitbreiding is een zonneboiler voor SWW.
Afgiftesystemen
De warmtepomp is een Vitocal 300 G van Viessmann van 10 kW. Die is verbonden met drie mengkringen. Een daarvan bedient de betonkernactivering, die het grootste gedeelte van het thermisch comfort levert. Om ervoor te zorgen dat de bovenverdieping niet te warm wordt, werd een massief betonnen dakconstructie aangelegd, die eveneens geactiveerd is. De tweede kring bedient de vergaderzaal, die uitgerust is met vloerverwarming. Gezien het gebruiksprofiel van deze ruimte, was een sneller reagerend systeem nodig dan de betonkernactivering. De derde kring is verbonden met de studio op de benedenverdieping. Omdat hier wooncomfort moet worden voorzien, is ook hier vloerverwarming aangelegd. Bovendien is er ook SWW productie.
De regeling streeft ernaar om het hele gebouw constant op 20°C te houden in het stookseizoen. In zomerbedrijf schakelt de passieve koeling in vanaf 24°C binnentemperatuur. Op elke verdieping is er een sensor voor temperatuur, CO2 en relatieve vochtigheid, op basis waarvan het GBS de verwarming en ventilatie regelt.
Monitoringprogramma
De drie mengkringen zijn uitgerust met een VitoTrol KNX-module van Viessmann, voor regeling en monitoring. Via het KNX-systeem kan men ook werkingsgegevens van de warmtepomp analyseren. Het is de bedoeling om de hele installatie aan te sluiten op een energiemanagement systeem van Bynubian. Dat is een Gents bedrijf dat gespecialiseerd is in gebruiksvriendelijke beheersoftware voor slimme gebouwen. Hiermee kan men alle energiestromen in kaart brengen, niet alleen verwarming, maar ook ventilatie, elektriciteit (zowel verbruik als productie van de PV-panelen) en te vergelijken met omgevingsparameters zoals buitentemperatuur, CO2-gehalte enzovoort.
Mensvriendelijk kantoor
Met hun eigen kantoor wilde DMOA energiezuinigheid verzoenen met gebruikerscomfort. Dat blijkt bijvoorbeeld uit het ventilatieconcept. Het debiet wordt constant traploos gestuurd in functie van CO2 en relatieve vochtigheid. Als een medewerker een venster open zet, zal het systeem dus onmiddellijk de toevoer aanpassen. “De ramen kunnen openen, is een belangrijk deel van het gebruikscomfort”, alsdus Benjamin Denef. Het HVAC systeem mag dat niet in de weg staan. Daarom wordt er ook zoveel mogelijk gebruik gemaakt van daglicht: dat is aangenamer en vermindert het elektriciteitsverbruik en warmtewinsten.
Puur architecturaal zijn er ook nog interessante aspecten. De buitengevel krijgt extra dun zelfdragend buitenspouwblad in stampbeton, waarin een lokale zandvariant verwerkt is, het chocoladezand uit Lubbeek. Een speelse toets is het Xylofoon-Project: een serie in de gevel ingewerkte klankplanken die verbonden zijn met bewegingsdetectoren en geluid maken als er voorbijgangers langs de gevel lopen.
Pionierswerk
Het concept bevat dus heel wat innoverende aspecten en gewaagde ideeën. “Dat is het voordeel van een ontwerp voor jezelf te maken”, legt Benjamin Denef uit. “Bij een doorsnee klant kan je je zoveel experimenten niet veroorloven. Nu kunnen we uit eigen ervaring zien wat dit concept brengt, en hoe we het kunnen optimaliseren.”
Door Alex Baumans
Foto’s: DMOA
