Is de passiefhuis-standaard economisch te rechtvaardigen bij laboratoriumgebouwen?

Figuur 1: Passiefhuis-doorntrek. (Bron: Passivhaus-Institut Deutschland, www.passiv.de)

Afbeelding 2: Vergelijking van het primaire energieverbruik van passiefhuizen en laboratoriumgebouwen

Tabel 1: Samenvatting

Illustratie Energieverbruik Laboratorium (Bron: Carpus+Partner AG, Jörg Stanzick)

Omdat laborgebouwen een bijzonder hoog energieverbruik hebben, is energie-efficiëntie bij de bouwplanning een essentiële factor. Waarom het echter niet zinvol is om de eenvoudige toepassing van de Passivhaus-standaard op laborgebouwen toe te passen, juist vanwege het hoge energieverbruik, legt Dr.-Ing. Tino Born uit, hoofdontwerper op het gebied van Energie + Milieu bij Carpus+Partner AG.

Bij het plannen van energiezuinige gebouwen wordt vaak de toepassing en implementatie van Passivhaus-criteria geëist. Deze zeer zinvolle criteria en randvoorwaarden zijn echter niet één-op-één toepasbaar op alle gebouwtypen en kunnen vooral in relatie tot laborgebouwen niet op een verstandige manier worden toegepast. De gebruiksspecificiteit bemoeilijkt het naleven van vraaggestuurde criteria aanzienlijk en gaat bovendien gepaard met hoge kosten. De implementatie van de isolatienorm van Passivhäuser kan zelfs contraproductief uitpakken. Een vergelijking van de belangrijkste kenmerken van Passivhäuser en laborgebouwen toont duidelijk aan dat het realiseren van de Passivhaus-standaard niet per definitie tot een verhoogde energie-efficiëntie hoeft te leiden en dat het naleven van de energiebehoefte-kenwaarden bij laborgebouwen niet zonder meer mogelijk is. De haalbaarheid kent duidelijke grenzen.

Primaire energie, eindenergie en primaire-energiefactoren

Onder Passivhäuser verstaan we gebouwen waarin door bijzonder efficiënte thermische isolatie alleen door bijverwarmen of afkoelen van de verse luchtstroom thermisch comfort ontstaat (Fig. 1). Het actieve gebruik van een klassieke verwarming is daarom niet nodig. Om gebouwen op basis van deze voorwaarde te kunnen beoordelen, is een standaard vastgesteld die de eisen aan Passivhäuser vertaalt naar concrete doel- en grenswaarden en ook dient als oriëntatie in de dagelijkse planning. De standaard is afgeleid van de woningbouw en beschrijft bijvoorbeeld voor gebouwen in gematigd klimaat een verwarmingswarmtevraag van 15 kilowattuur per vierkante meter per jaar (kWh/(m²a)) en een maximale primaire energiebehoefte van 120 kWh/(m²a).

Ter toelichting: primaire energie is gebonden aan natuurlijke energietragers of -bronnen. Om deze te gebruiken, op te slaan of te transporteren, moet ze worden omgezet in secundaire energie. Omdat bij deze omzetting – bijvoorbeeld in verwarmingswarmte – onvermijdelijk energieverliezen optreden, is de voor de gebruiker beschikbare eindenergie lager dan een theoretische directe benutting van de primaire energie, wat echter vaak niet mogelijk of zinvol is.

Om de verschillende soorten primaire energie – met hun verschillende eigenschappen in leveringszekerheid en klimaatimpact – vergelijkbaar te maken, zijn aan de energietragers bijbehorende primaire-energiefactoren toegekend. Met deze gewichtsfactoren wordt de daadwerkelijke energiebehoefte vermenigvuldigd om de primaire energiebehoefte te bepalen – voor Passivhäuser met een maximale waarde van 120 kWh/(m²a).

Ter vergelijking: neemt men, zoals hierboven, een verwarmingswarmtevraag van 15 kWh/(m²a) aan, dan ontstaat bij levering via stookolie of aardgas of vloeibaar gas – allen met een primaire-energiefactor van 1,1 – een primaire energiebehoefte van 16,5 kWh/(m²a). Hout krijgt een primaire-energiefactor van 0,2, waardoor de primaire energiebehoefte bij verwarming met hout slechts 3 kWh/(m²a) bedraagt. Het gebruik van elektriciteit (primaire-energiefactor 2,6) verhoogt de primaire energiebehoefte tot 39 kWh/(m²a). In het gunstigste geval wordt de verwarmingswarmte gedekt door stadsverwarming met een primaire-energiefactor van 0,0. De maximaal beschikbare 120 kWh/(m²a) primaire energie blijven dan volledig voor de technische werking van het gebouw.

Vraag is niet gelijk aan veel hoger

In tegenstelling tot woningbouw dragen laborgebouwen hoge interne belastingen en vereisen ze in de bedrijfsvoering hoge luchtwisselingen. Typische kengetallen zijn interne belastingen van in totaal 80 W/m² door apparaten (55 W/m²), verlichting (15 W/m²) en personen (10 W/m²). Daarnaast is er een luchtwisselingsfactor, die meestal rond de 25 kubieke meter per vierkante meter per uur (m³/m²/h) ligt.

Voor een geïnstalleerde verlichtingssterkte van 15 W/m² resulteert dit bij 2.500 bedrijfsuren per jaar in een energieverbruik van 37,5 kWh/(m²a). Via elektriciteit geleverd, bedraagt de behoefte aan primaire energie – rekening houdend met de genoemde primaire-energiefactor van 2,6 – dus 97,5 kWh/(m²a). Ook mechanische ventilatie vereist energievoorziening via elektriciteit. Het stroomverbruik voor het vereiste luchtwisselingsproces kan worden geschat op circa 25 W/m². Dit leidt bij eveneens 2.500 gebruiksuren per jaar tot een stroomverbruik van 62,5 kWh/(m²a) en daarmee tot een primaire energiebehoefte van 163 kWh/(m²a).

In totaal moet dus alleen voor verlichting en luchttransport al 260,5 kWh/(m²a) primaire energie worden gerekend. Uitgaande van een verdere behoefte van 38,5 kWh/(m²a) aan elektrische eindenergie (dus 100 kWh/(m²a) primaire energie) voor toepassingen zoals het voeden van elektronische apparaten of koelproductie, leidt dit tot een totale primaire energiebehoefte van 360,5 kWh/(m²a). Deze waarde ligt al drie keer hoger dan de maximale toegestane primaire energiebehoefte volgens de Passivhaus-standaard, terwijl er al is aangenomen dat de verwarmingswarmte volledig via stadsverwarming kan worden gedekt, zonder primair energieverbruik. In de praktijk wordt echter ook bij Passivhäuser uitgegaan van een primaire energiebehoefte van 20 kWh/(m²a) voor het dekken van de verwarmingswarmte. Voor een meer realistische inschatting en betere vergelijkbaarheid wordt ook deze waarde hier aangenomen. De primaire energiebehoefte van ons fictieve laborgebouw ligt daarmee op 380,5 kWh/(m²a) (Fig. 2).

Het blijkt: vanwege de gebruiksfunctie hebben laborgebouwen een minimale energiebehoefte die ver boven die van een Passivhaus ligt. De maximale toegestane primaire energiebehoefte van 120 kWh/(m²a) dekt slechts de behoefte aan verwarming en verlichting – als labor zou het gebouw dus niet bruikbaar zijn.

Isolatie volgens Passivhaus-standaard biedt nauwelijks voordelen

Ook de invloed van de gebouwschil op de verwarmings- en koelingsenergiebehoefte van laborgebouwen wijkt sterk af van de resultaten die voor woningbouw kunnen worden verkregen. Thermische gebouwsimulaties binnen het kader van meerdere concrete projectplanningen hebben aangetoond dat de toepassing van de Passivhaus-isolatiestandaard voor laborgebouwen energetisch weliswaar zinvol kan zijn, maar economisch niet te rechtvaardigen is.

Door de verbetering van de gebouwschil van de gebruikelijke EnEV-2009-norm tot Passivhaus-niveau wordt de totale verwarmingsenergiebehoefte met ongeveer 25 procent verminderd en de benodigde aansluitverliezen dalen: voor de warmtegeneratoren met tien procent, voor de koelingsinstallaties met één procent. Wanneer daarnaast wordt ingezet op een efficiënte warmteterugwinning (WRG), kan zelfs 43 procent van de totale verwarmingsenergie worden bespaard. De benodigde aansluitvermogen van de warmtegenerator daalt met 28 procent en dat van de koelingsinstallatie met twee procent.

De financiële kosten die nodig zijn om de beschreven besparingen te realiseren, relativiseren de verbeterde energie-efficiëntie echter aanzienlijk vanuit economisch oogpunt: de meerkosten voor een gebouwschil volgens Passivhaus-standaard bedragen zonder WRG al 40 euro per vierkante meter, inclusief WRG zelfs 45 euro. De door het lagere energieverbruik veroorzaakte operationele kostenbesparing bedraagt slechts 35 respectievelijk 64 cent per vierkante meter per jaar. Een amortisatie met WRG vindt dus pas na 70 jaar plaats, zonder zelfs al na 114 jaar. Dit zijn tijdsperioden die het gemiddelde levensduur van een laboratoriumgebouw van 25 jaar ver te boven gaan. Bovendien neemt in elk geval de totale koelenergiebehoefte met vijf procent toe (vgl. tabel 1).

Samenhangende planning is onontbeerlijk

Een echte Passivhaus-standaard die aan alle criteria voor conventionele gebouwen voldoet, is voor een laborgebouw vanwege het verhoogde energieverbruik dus niet haalbaar. De planmatige en investeringsgerichte extra inspanning is bovendien, vooral gezien de typische levensduur van een laboratoriumgebouw, economisch niet te rechtvaardigen.

Om een laborgebouw energiezuinig te maken, moeten gebouw- en vooral gebruiksgerelateerde individualiteiten worden meegenomen die niet door gestandaardiseerde criteria kunnen worden vastgelegd. Het blijft daarom essentieel om projectmatig alle voorwaarden en mogelijkheden af te stemmen en te streven naar een balans tussen energie-efficiëntie, economische haalbaarheid, functionaliteit en comfort.