41 nr. 3 Juni 2022 Installaties: solar Gevelmodule met PV en geïntegreerde ventilatie en miniwarmtepomp Onderzoekers van het Duitse Fraunhofer Institute for Building Physics IBP en het Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology IEE hebben een gevelmodule ontwikkeld, die de technische gebouwapparatuur integreert en voorziet van hernieuwbare energie om de aangrenzende kamers te verwarmen, koelen en ventileren. Dit wordt mogelijk gemaakt door een in de modulaire gevel geïntegreerd PV-paneel voor de duurzame energievoorziening, een miniwarmtepomp voor verwarming en koeling en een decentrale ventilatie-unit met warmteterugwinning. Het systeem is niet alleen geschikt voor de renovatie van bestaande gevels, maar kan ook worden toegepast als duurzame, energiezuinige oplossing in nieuwbouw. Auteur: Harmen Weijer Het onderzoeksproject heeft tot doel een kosteneffectieve modulaire gevel te ontwikkelen voor gebruik in renovatieprojecten en nieuwbouw. “We renoveren niet het hele gebouw, alleen de gevel”, legt Jan Kaiser, projectmanager en wetenschapper bij Fraunhofer IEE uit. “In de toekomst zal de oude gevel worden vervangen door nieuwe, geprefabriceerde modules met geïntegreerde systeemtechnologie, waardoor een multifunctionele oplossing ontstaat die voldoet aan de nieuwste energienormen. Alle apparatuur voor verwarming, koeling en ventilatie die nodig is voor de aangrenzende kantoren is geïntegreerd in de gevel.” PV-systeem Het hart van de module wordt gevormd door een PV-systeem gecombineerd met een warmtepomp, die fungeert als zeer efficiënte warmte- en koudegenerator, evenals een decentrale ventilatie-unit met warmteterugwinning. Alle benodigde technische componenten zijn ondergebracht in deze modulaire gevel, die geheel geprefabriceerd kan worden. Het geïntegreerde PV-systeem wekt de benodigde energie op en voorziet de warmtepomp en andere componenten van stroom. Deze warmtepomp werkt zowel als warmte- als koudegenerator. Het is het beslissende onderdeel van de technische eenheid binnen de modulaire gevel en beschikt over een intelligente regeling van de energiestromen. Van elke eenheid elektriciteit kan het drie tot vier eenheden warmte produceren. Met behulp van een fancoil die zich in een luchtspleet achter het PV-element bevindt, onttrekt de pomp warmte aan de buitenlucht en geeft deze, ook via een fancoil, af aan de aangrenzende (kantoor)ruimte voor verwarming. Als koeling nodig is in plaats van verwarmen, onttrekt de warmtepomp warmte aan de binnenlucht en voert deze af naar buiten. Een geïntegreerd, decentraal ventilatiesysteem regelt de processen van luchtuitwisseling en warmteterugwinning. Door selectieve activering van luchtkleppen is slechts één ventilator nodig, waardoor het stroomverbruik wordt geminimaliseerd. De ventilatie-unit schakelt tussen luchtaanzuig- en afzuigmodus om een ‘ademende’ actie te creëren. Vacuümisolatie-elementen beschermen ook tegen warmteverlies. Prefab Doordat de modules geprefabriceerd kunnen worden, kunnen ze gebruiksklaar worden geproduceerd. Dit biedt planners en investeerders een hoge mate van kostenzekerheid en een duidelijk gedefinieerd kostenkader. De omschakeling kan in slechts enkele uren worden uitgevoerd. Omdat de verwarmings- en ventilatietechniek al is geïntegreerd, hoeven er geen nieuwe leidingen in het gebouw te worden gelegd. De gevel heeft alleen een stroomaansluiting nodig om de kamers te koelen, verwarmen en te ventileren tijdens perioden zonder PV-stroom. De modulaire gevel is het meest geschikt voor gebruik in kantoren, administratieve gebouwen en scholen die gebouwd zijn in de jaren 50, 60 en 70. In plaats van dragende muren te gebruiken, dragen kolommen van gewapend beton de vloerplaten. Bij renovatiewerkzaamheden worden de oude gevelelementen verwijderd en worden de nieuwe kamerhoge modules aan de voorzijde van de bouwconstructie gemonteerd. Een enkele technische unit van de modulaire gevel is 1,25 m breed en 30 cm diep. Elke unit kan een ruimte voorzien van circa 24 m². Modulaire gevel als energieschil "De nieuwe modulaire gevel biedt een goed gecoördineerde bescherming tegen hitte en zonlicht in combinatie met een laag stroomverbruik en een hoog gebruikersgemak", benadrukt Michael Eberl, wetenschapper bij Fraunhofer IBP die samen met Jan Kaiser aan het project werkte. Tussen 1950 en rond 1990 werd ongeveer 25 tot 30 procent van alle kantoorgebouwen gebouwd met behulp van frameconstructies. Samen verbruiken ze jaarlijks 3200 GWh aan elektriciteit. “Het gebruik van onze modulaire gevel zou dit terugbrengen tot 600 GWh. Het hoge niveau van prefabricage zou ook het lage renovatiepercentage van slechts één procent per jaar verhogen”, legt Kaiser uit. De projectpartners testen momenteel de demonstratieversie van de modulaire gevel aan de zuidkant van het VERU-gebouw van het Fraunhofer Instituut en hebben een aangrenzende testruimte ingericht. Zowel de demonstrator als de testruimte zijn uitgerust met een breed scala aan meetinstrumenten. Deze omvatten ook interne warmte- en vochtigheidsbronnen die worden gecontroleerd met behulp van timers, die bedoeld zijn om echte ‘gebruikers’ te vertegenwoordigen en om de functionele effectiviteit in een echte kantooromgeving te verifiëren. Meten De meetinstrumenten registreren parameters zoals de luchttemperatuur, vochtigheid en luchtsnelheid op verschillende hoogtes, evenals het verlichtingsniveau - allemaal waarden die bijdragen aan het comfortniveau in een ruimte. Ook het elektriciteitsverbruik van de afzonderlijke componenten van de technische eenheid binnen de modulaire gevel wordt geregistreerd, evenals de opbrengsten van het PV-element, om een energiebalans te berekenen. “De interactie tussen alle componenten functioneert al heel goed, al worden individuele elementen momenteel nog geoptimaliseerd”, aldus de onderzoekers. Het Duitse federale ministerie van Economische Zaken en Energie financiert het gezamenlijke onderzoeksproject. De projectpartners zijn Implenia Fassadentechnik GmbH, dat ontwerptechnische diensten levert voor de RE modulaire gevel, Lare GmbH Luft- und Kältetechnik, dat de warmtepomp ontwikkelt, en LTG AG, dat diensten levert op het gebied van decentrale ventilatie. Tests bij de Modular Test Facility for Energy and Indoor Environments (VERU) bij Fraunhofer IBP in het Zuid-Duitse Holzkirchen. Buitenaanzicht van de modulaire hernieuwbare energie-gevel met een PV-element van vloer tot plafond.
RkJQdWJsaXNoZXIy NTI5MDA=