Maart 2021
Solargevel verwarmt tapwater voor
In gebouwschil geïntegreerde zonnecollector vangt zonnewarmte op
Voorverwarming van water voor ruimteverwarming of warm tapwaterbereiding levert een substantiële energiebesparing op. -In goed geïsoleerde woningen met warmteterugwinning uit ventilatie, kan het energiegebruik van de warmtapwater-bereider oplopen tot circa 60 procent van het totale gebruik. Dan helpt het als gevels bij de warmtapwaterbereiding een prominente rol kunnen spelen. Dat bewijst het Oostenrijkse GAP Solutions met haar concept GAP:water, een in de gebouwschil geïntegreerde zonnecollector en warmtewisselaar.
Het GAP:water-systeem wordt omschreven als een low tech-oplossing, een kwalificatie die te danken is aan het feit dat er geen bewegende onderdelen nodig zijn en de onderhoudseisen minimaal zijn. De belangrijkste component in de geprefabriceerde elementen van GAP Solutions is een betonnen opslag/absorber die is ingesloten in een optimaal isolerend afdekglas. Via dit glas bereikt de zonnewarmte door middel van straling de betonnen absorber. In het beton zijn kleine kanalen aangebracht met leidingen waar het water voor het voorverwarmen van warmtapwater doorheen stroomt. De betonnen absorber levert de benodigde warmte voor de uitwisseling aan het waterleidingnet en wordt geplaatst in een houten frame. Dit frame wordt vervolgens als gevelpaneel tegen de bestaande gevel gemonteerd. Op die momenten dat er geen warmwatervraag is, functioneert het paneel als een goed isolerend gevelpaneel. Omdat het decentrale systeem zich over het algemeen op relatief korte afstand van de tappunten bevindt, kunnen lange aanvoerleidingen en daarmee grote distributieverliezen worden voorkomen.
Figuur 1.
Voorverwarming
Het GAP:water-systeem is uiteraard alleen bedoeld als voorverwarming van water. Een boiler of ketel om het tapwater op de gewenste temperatuur te brengen, zal altijd nodig zijn. Maar dat neemt niet weg dat het energiegebruik daarmee fors kan worden gedrukt. Het concept is ook geschikt voor de bestaande bouw. In 2010 werd het systeem voor het eerst toegepast bij de renovatie van een appartementencomplex in het Oostenrijkse Leoben. De betonnen prefab elementen hadden bij dat project een grootte die afhankelijk van de woning varieerde van 3 tot 4 m2. De gevelelementen met de geïntegreerde techniek werden geplaatst bij 256 woningen, zowel aan de zuidzijde als aan de noordzijde van het complex.
Figuur 2.
De resultaten waren opmerkelijk: De energiebesparing was met panelen aan de noordzijde minimaal 35 procent en aan de zuidzijde liep de besparing zelfs op tot 75 procent. De energiebesparingen zijn groot, omdat de voorverwarming door zonne-energie in veel gevallen al voldoende blijkt voor warmtapwaterbereiding is. Dat er in tegenstelling tot gangbare zonnecollectoren geen uitgebreid leidingnet, watertanks, pompen en elektronica voor de beveiliging nodig zijn, scheelt natuurlijk ook in de investering. De combinatie van de opslagmassa van de betoncollector en de isolerende glaseigenschappen (U-waarden <0,6 W/m². K met g-waarden >55 procent) zorgt voor een hoge vorstbestendigheid. Oververhitting van de betonnen collector (warm water) treedt ook niet op tijdens hoogzomer. En een niet onbelangrijk voordeel van het GAP-systeem is dat de toepassing ervan niet is beperkt tot alleen gevels die op het zuiden zijn georiënteerd.
Energiebalans
Om het potentieel van deze oplossing te laten zien toont figuur 1 de maandelijkse energiebalans voor een GAP:water-installatie op zowel een noord- en een zuidgevel van een klein appartement in Frankfurt. Figuur 2 toont een reeks maandelijkse temperaturen gesimuleerd in het midden van de betonnen kern van de collector, dat wil zeggen de temperatuur van de waterwarmtewisselaar. De zuidgevel levert optimale prestaties, maar toepassing van het GAP:water-systeem is, zij het met geringere besparingen, ook mogelijk voor noordgevels. Uit de grafiek blijkt tevens dat de minimumtemperaturen in de kern van de betonnen absorber nooit waarden bereiken die dicht bij het vriespunt liggen, zelfs niet bij lage buitentemperaturen.
SWOT-analyse
Een SWOT-analyse brengt de sterktes/zwaktes en kansen/bedreigingen van het GAP:water-concept in kaart.
Sterktes
- Het is een passief systeem dat goed functioneert zonder kostbare, hoogwaardige techniek.
- Omdat bewegende onderdelen zoals pompen en ventilatoren ontbreken, en grote distributieleidingen en een buffervat niet nodig zijn, blijven de onderhoudskosten minimaal.
- De gevelelementen zijn in elke gewenste kleur te maken.
- Het productieproces is eenvoudig en daardoor goed af te stemmen op de (bestaande) gevels.
- Door de toegepaste materialen zijn de panelen aan het einde van de levensduur eenvoudig te recyclen.
Zwaktes
- De hogere investeringskosten in vergelijking met gangbare toepassingen.
- Dat het prefab paneel aan de buitenzijde moet beschikken over transparant glas is mogelijk een esthetisch nadeel.
Kansen
- De panelen brengen de energievraag van het gebouw zo ver terug dat de resterende vraag kan worden afgedekt met andere vormen van hernieuwbare energie.
- Het systeem biedt ontwerpers de kans om aan nationale en internationale eisen voor de energieprestaties van gebouwen en gebouwschil te voldoen.
Bedreiging
- Het GAP:water-systeem moet concurreren met in de gevel geïntegreerde pv-systemen of decentraal toegepaste kleine lucht-waterwarmtepompen.
Tekst: Mari van Lieshout
Fotografie: GAP Solutions