Gebouwen als systeemcomponenten in lokale energienetwerken

SBT richt zich op het ontwikkelen van nieuwe toepasbare kennis met als doel gebouw-gerelateerde emissies van broeikasgassen te minderen en bij te dragen aan de introductie van circulaire hergebruik van een herinrichting van gebouwen als systeemcomponenten in lokale energienetwerken. Met een focus op de gebouwde omgeving streeft ook dit Saxion lectoraat naar concrete oplossingen, die bijdragen aan een duurzamere samenleving en de transitie naar een klimaatvriendelijke bouwsector versnellen.

Technische onderzoekslijnen

SBT is een technisch georiënteerde onderzoeksgroep dat praktijkgericht onderzoek uitvoert in het spanningsveld tussen gebouw(schil), installaties en gebouwgebruik. Voor ruimtelijke, beleids- en bestuurskundige vraagstukken zoeken wij de samenwerking met onderzoeksgroepen, zoals SAST. Prestaties van bouwmaterialen, gebouwcomponenten, installaties en gehele renovatie- en nieuwbouwconcepten worden kwantitatief beoordeeld met (veld-) metingen en dynamisch-thermische simulaties. Zo leveren we een actieve bijdrage aan het oplossen van de maatschappelijke doelen op het gebied van resource efficiency en energietransitie. Het lectoraat beschikt onder andere over een fraai Smart Tiny Lab om experimenten uit te voeren en kent drie onderzoekslijnen: Resultaatgericht verbouwen, Functionele Biomaterialen en Data-gedreven gebouwexploitatie.

1. Resultaatgericht (Ver)bouwen richt zich op het innovatief en prestatiegericht bouwen en (energetisch) renoveren van woningen en utiliteitsgebouwen. Met simulaties, metingen en evaluaties zoeken we naar kansrijke bouw- en renovatieconcepten die de opschaling van de energetische en circulaire transities ondersteunen.

2. Functionele Biomaterialen richt zich op het onderzoeken van mogelijkheden om de prestatie van biologische bouwmaterialen, zoals hout, te verbeteren. Hierbij valt te denken aan verbeterde brandwerendheid, verlenging van de levensduur, verminderen van onderhoud, reduceren van luchtvervuiling of grondstof verbruik. Om dit te bereiken wordt nationaal en internationaal samengewerkt met onderzoeksgroepen die actief zijn op het gebied van ‘life science’ en chemie.

3. Data-gedreven Gebouwexploitatie richt zich op het sluitend maken van de dataverwerkingsketen in de bouw, van ontwerp via bouw(productie) tot exploitatie. Hierbij staan gebouwinformatiemodellen centraal. Binnen deze lijn werkt SBT aan het integreren van verschillende datamodellen zoals GIS en BIM; het vertalen van 3D pointclouds naar modellen; het aansturen van productieprocessen op basis van customized datamodellen én het beschikbaar stellen van digitale modellen (digital twins) voor dynamische benchmarking. Dit alles ter ondersteuning van procesoptimalisatie tijdens het gebruik van gebouw en installaties.

Gebouwen in energienetwerken

De vorderende energietransitie leidt tot grote veranderingen in de energieopwekking, distributie en afgiftesystemen in en om gebouwen. Het doel, de reductie van broeikasgasemissies ter beperking van klimaatopwarming resulteert in complexere en bi-directioneel werkende energienetwerken. Gebouwen en hun installaties gebruiken energie en wekken deze op. Anders dan in de traditionele situatie, waar energiecentrales centraal energie opwekten en van waaruit de energie werd gedistribueerd, spreekt men nu over decentrale energievoorzieningssystemen met bi-directionele werking. De systeemgrens gebouw wordt, gezien vanuit een energetisch perspectief, uitgebreid naar de wijk, de stad en de regio. Hierin werkt het energienetwerk als tijdelijke buffer voor het geval dat lokaal opgewekte energie, op een bepaald moment en ter plekke geen gebruik vindt.

De International Energie Agency (IEA) rapporteert voor Nederland voor het jaar 2023, 19.992 GWh fotovoltaïsch opgewekte elektrische energie¹. In vergelijking met 2013 waar het volumen fotovoltaïsch opgewekte elektrische energie 410 GWh bedroeg, is dat een stijging met een factor 49 binnen 10 jaar tijd! De grote snelheid van verandering leidt tot ingrijpende schaaleffecten. Een van de veel besproken schaaleffecten is netcongestie. Deze blokkade van energiedistributiesystemen door beperkte transportcapaciteit resulteert uit de gelijktijdige werking van een grote aantal decentrale energieopwekkingssystemen. Dit leidt ertoe dat bijvoorbeeld nieuw gerealiseerde woningen pas na het verhogen van de transportcapaciteit van het lokale netwerk kunnen worden aangesloten. Woningcorporaties rapporteren wachttijden van meerdere maanden voordat bewoning mogelijk is.

Één van de mogelijkheden om de druk op het energienetwerk te verlichten is om de gelijktijdigheid van energieopwekking en het gebruik te sturen. Een stuurmechanisme met focus op gebouwen is de afschaffing van de salderingsregeling. Een ander mechanisme is door de Europese Commissie in 2020 geïntroduceerde Smart Readiness Indicator (SRI)². De SRI dient mede als vehicle om lokale energieopwekking en gebruik te synchroniseren. Hierbij refereert de term Smart naar de vier functies van gebouw-gebonden energiesystemen: (1) voelen, (2) interpreteren, (3) communiceren en (4) actief kunnen reageren. De te bereiken doelen zijn:

• het optimaliseren van de energie-efficiency tijdens het gebouwgebruik;
• om te kunnen reageren op de behoeftes van de gebruiker, en;
• om de werking van gebouwgebonden energiesystemen te sturen reagerend op signalen van het lokale energienetwerk.

Deze doelen zijn alleen realiseerbaar als de integrale prestatie van gebouwen (gebouwgebruik, gebouwschil en installaties) feitelijk in real-time bekend zijn. Pas dan is een actieve sturing en over de systeemgrens gebouw mogelijk.

1) https://www.iea.org/countries/the-netherlands/electricity

2) https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/energy-efficient-buildings/smart-readiness-indicator_en#:~:text=The%20smart%20readiness%20indicator%20(SRI,comfortable%20and%20efficient%20living%20environments.