Gebouw zonder verwarming: meer materiaal of meer installaties?

Dit voorjaar bezocht ik eindelijk het kantoor ‘2226’, in Oostenrijk nabij Bregenz. ( dit artikel is bijgewerkt in 2022, en 2024, zie onderaan) Een jaar of 4 geleden gerealiseerd en al vele prijzen in de wacht gesleept. Wat is namelijk het bijzondere aan dit gebouw: het heeft geen verwarmingsinstallatie, en in feite ook geen ventilatie systeem, behalve dan te openen ramen. Toen ik dat voor het eerst hoorde, was ik gelijk gespitst. Immers, wat wij vooral doen is met toevoeging van veel high-tech een gebouw onder controle krijgen, en met 0-energiegebouwen neemt de hoeveelheid techniek alleen maar toe, zo heb ik ervaren. Techniek die zelf ook weer materialen en energie vergt. Dus wat was hier aan de hand?

Het architecten bureau, Baumschleger-Eberle, stond al bekend om zijn vooruitstrevende gebouwen, maar dit was toch wel de overtreffende trap. [1] Er is lang gerekend om dit gebouw zelfstandig te laten functioneren, dus aan een combinatie van massa, isolatie en interne warmtebronnen, die over het jaar gerekend zorgen dat de binnentemperatuur tussen de 22 en 26 graden blijft. Ventilatie is geregeld via panelen naast de ramen, die openen op basis van CO2 metingen, en evt voor nachtkoeling zorgen in de zomer. Het gebouw is uiteindelijk een kubus geworden met zijden van 24 meter , hoge plafonds en verticale hoge ramen . De muren zijn ca 80 cm dik, van keramische elementen , voor de helft geïsoleerde elementen. De vloeren in het werk gestort.

En het werkt, na 4 jaar meten zijn er geen noemenswaardige problemen, en de mensen in het gebouw tevreden. Je verwacht dat dit dus de standaard wordt, maar de klanten staan niet in de rij , zo vertelde mij een medewerkster van het bureau. De klanten zijn huiverig, al zijn er nu een paar ‘klonen’ in aanbouw.

Maar goed, de gedachte komt al snel boven drijven: hoe vergelijkt zich zo’n gebouw nu met een meer standaard 0-energie gebouw benadering ?

Ik had al een keer eerder een ‘aha’ ervaring gehad: toen ik tot de ontdekking kwam dat qua energie en materiaal belasting de beste oplossing voor de 0-energie renovatie van een rijtjes woning bleek dat alleen de spouwmuren te isoleren, en wat meer PV in te zetten gunstiger was [2] Omdat de materiaal impact de doorslag gaf bij een woning die geen fossiele operationele energie nodig had. Vervelend, want ik was toen net betrokken bij een project waar we nou juist wel zwaar isoleerden naar passiefhuisniveau om de hoeveelheid zonnepanelen te beperken.

En dit was weer zo’n ‘aha erlebnis’ , maar dan de andere kant op: juist nog meer materiaal in de gevel inzetten, dat is extra belasting, maar je maakt daarmee wel ineens een andere zware belasting overbodig, die van een verwarmingsinstallatie en benodigde zonnepanelen daarvoor.

Hoe zat dat? Hoe weegt dat tegen elkaar op?

Dan moeten we maar eens wat dieper in de cijfers duiken. Maar vergelijkingsmateriaal is lastig te krijgen. Vooral wat betreft de impact van installaties. Er zijn daarover zeer weinig cijfers bekend, van de embodied impact van de materialen voor installaties bijvoorbeeld, en ook in de databases is niet veel te vinden.[3] Maar ik kende een project uit een IEA onderzoeksgroep naar embodied energie* waar dat wel voor was uitgerekend: een demonstratiekantoor voor het Deutsche Umwelt Bundesambt, goed gedocumenteerd, in Berlijn.[4]. Overigens ook een nul energiekantoor wat betreft gebouwgebonden energie.

En uit die cijfers blijkt dat de embodied energie van installaties liefst 25 % van de totale embodied energie uitmaakt, en zelfs (40 % van de CO2 emissies). Dat is behoorlijk fors, in absolute getallen is de EE 2,7 GJ/m2 vloer (voor de installaties dus). Het gebouw als geheel komt op 10 GJ/m2 nuttige vloer oppervlak uit. [5] Dat is overigens ruim boven het gemiddelde, de meeste gangbare gebouwen zitten zo rond de 5-6 GJ/m2 vloer, exclusief installaties dan wel. Het is uiteraard maar 1 meting, maar die geeft wel te denken, als dat voor meer 0-energiegebouwen diezelfde richting uit zou gaan, dan is dat een behoorlijke extra belasting door gebouwen.

Maar hoe zit dat dan in vergelijking met 2226 ? Welnu, voor dat gebouw hebben we ook de cijfers, wederom dankzij onderzoek in een IEA onderzoeksgroep (EBC Annex 72 ,de opvolger van de A57 groep [6]). En dat komt uit op een totale Embodied energie van 5,6 GJ/m2

En dat is interessant: Het 2226 kantoor ( inclusief ‘installaties’, die er dus niet zijn…) komt dus veel lager uit als het extra-actieve 0-energiekantoor in Berlijn. En ondanks de toegenomen materiaal inzet zit de EE waarde dus niet boven een gemiddelde waarde voor gebouwen, Gebouwen die dan nog niet eens 0-energie zijn.

De vraag die overblijft, en van belang is, is overigens wel hoeveel materialen zijn er dan wel niet gebruikt voor dit extra-passieve kantoor? Want gevels van meer dan 80cm , en hoge verdiepingen is niet niks natuurlijk. En dat komt uit op ruime boven de 1900 kg per m2. En dat is wel veel, als je weet dat een gemiddeld gebouw in Nederland ergens tussen de 1000 en 1200 kg/m2 zit. En dat bouwen in hout dat zelfs zou kunnen terugbrengen richting 600 kg/m2. [zie ook7]

De milieuimpact in de zin van geïnvesteerde energie is dan wel niet zo hoog, de EE, maar de materiaal inzet zelf, de aanslag op de grondstoffen is wel hoog. Het is natuurlijk vooral keramiek, wat nou niet direct de meeste ‘bedreigde materiaalsoort’ is, in principe is het erosie slib dat van de bergen via onze rivieren afkomt, maar aan alles zit een grens. In grote delen van Noord China is het verboden om met keramische producten te bouwen, omdat de vraag cq. aanslag zo groot werd, dat er vruchtbare landbouwgrond voor werd ingezet. Ook aan keramiek als grondstof zit een grens, dus.

Dat wil niet zeggen dat we het niet mogen gebruiken: Als 2226 een voorbeeld is van een gebouw met de laagste gecombineerde operationele en embodied energie impact (OE en EE), dan moeten we zo dus bouwen. Het zegt alleen dat we dan maar een beperkt aantal nieuwe gebouwen kunnen neerzetten, net zoveel als waarmee we binnen de natuurlijke grenzen van de materiaalstroom kunnen blijven, ofwel aanpassen aan de snelheid van regeneratie van deze in principe hernieuwbare grondstof. Het is een kwestie van zowel op het schaal niveau gebouw evalueren, maar tegelijk op het schaal niveau van grondstoffen sturen. Het een kan niet zonder het ander. [8]

Is het gebouw nu een 0-energie gebouw? Als we de geringe energie voor de ventilatieopening sturing naast de ramen even buiten beschouwing laten, feitelijk wel, voor wat betreft het gebouwgebonden energiegebruik. Ondanks het feit dat het niet eens zonnepanelen had bij oplevering. Navraag leert dat dat een subsidie kwestie was, binnenkort krijgt het dak dus ook zonnepanelen. Waarmee dan voornamelijk het “huishoudelijk verbruik gedekt gaat worden, dus.

Dat huishoudelijk gebruik, is in feite dus gelijk de ‘verwarmingsbehoefte’, als interne bron. Die ligt voor dit kantoor rond de 54 kWh/m2a . Aangevuld dan met een kleine hoeveelheid interne warmte van de werkzame mensen. ( Maar in berekeningen dienen we dus niet die 54 als verwarmingsvraag op te voeren, bij gebouwen met wel een verwarming tellen we de interne warmtebronnen ook niet op bij de warmtevraag. Die trekken we daar juist vanaf.)

En dan de hamvraag, wat is het klimaatneutraal jaar voor dit gebouw? [9] Het jaar dat niet alleen de operationele energie 0 is, maar ook de Embodied energie is gecompenseerd, ofwel het geheel netto Nul Emissie Gebouw is. Ofwel een netto-0-NEG

Weliswaar is het een (nagenoeg) 0-energiebouw wat betreft gebouwgebonden operationele energie, maar de bouw en materialen hebben natuurlijk wel CO2 impact veroorzaakt. Wanneer is die terugverdiend? Aangezien het gebouw geen actieve hernieuwbare energie opwekt ( tot nu toe), wordt die embodied energy niet gecompenseerd. Er blijft dus een embodied energy last over, een behoorlijke directe CO2 bijdrage. En die is direct, bij de bouw.

Aangenomen dat binnenkort wel zonnepanelen geïnstalleerd worden, en stel dat is 400 m2 van het dak, dan kan dat geheel -gebouwgebonden- worden gezien als compensatie productie. Met een opbrengst van stel 400x 220 kWh is 56000 kWh/jaar. Ofwel 37,5 kWh/m2a. Delen we dat op de embodied energy, dan wordt dat 42 jaar. ( plus 3 jaar voor de EE van de zonnepanelen) dan is het gebouw netto klimaatneutraal in 2064. Dat is wel een dingetje, als we voor 2050 nagenoeg op 0-CO2 emissies willen zitten , vanwege het Parijse klimaatverdrag. Gebouwen zouden ruim voor 2050 klimaatneutraal dienen te zijn. Wederom een signaal dat we zuinig moeten zijn met nieuwbouw, Hoe goed die ook in elkaar steekt……..

Wat dat betreft is er nog wel een bijzonder aspect aan dit gebouw: Dit gebouw heeft deels de zon nodig heeft in zijn jaarrond warmtebalans, en dus moet vermeden worden dat er een buurman bouwt die schaduw werpt op dit gebouw. Net zoals dit gebouw zelf geen schaduw mag werpen op weer zijn buren, om die ook de kans te geven een dergelijk concept te voeren. Met andere woorden: stedenbouw zal zich aan moeten passen aan het garanderen van die bezonning!

toevoeging 051222 en [11] :

een uitgebreider en recenter artikel, geschreven voor studenten en in het engels , kan hier gedownload worden: 3-climate-neutrality-2-buildings-compared-2022
en recent onderzoek naar toepassing van 2226 concept in ander klimaatzones, is te vinden in deze publicatie: https://www.zukunftbau.de/neue-meldung/lowtech-im-gebaeudebereich-fachsymposium-tu-berlin-17052019
inmiddels zijn er meer gebouwen opgeleverd, en ook woningen (‘2226 in Graf’), zie meerdere verzamelde links onder [11]

toevoeging 200324:

Twee interessante lessen van het succesvolle bouwconcept ‘2226’, de kantoren en woningen zonder verwarmings installatie, van Baumschlager-Eberle, in Oostenrijk. [x] . Daarbij is ventilatie regime belangrijk, (via zichzelf openende en sluitende ramen) om comfort binnen op niveau te houden.

– niet continue ventileren, maar alleen als de CO2 limiet waarde wordt overschreden (1200), dus in pieken.

– CO2 is hoger tegen plafond en vloer, maar op werkhoogte lager: dat geldt als meetwaarde. Vandaar dat ook de plafonds iets hoger zijn.

Lezing door Junghans aan de ETH Zurich, de ingenieur achter het concept: (vanaf minuut 17 technische details) https://vimeo.com/867897506

* voor embodied energie moet men wel in het achterhoofd houden dat alle cijfers zijn gebaseerd op primaire energie cijfers, Dat wil zeggen dat de feitelijke eind energievraag is teruggerekend naar fossiel energie inzet, meestal met de nationale energiemix. dat is natuurlijk vreemd in de vergelijking als het gaat om de feitelijke inzet van energie in de productie. Bovendien zijn het vaak algemene of sector cijfers, als een bedrijf met hernieuwbare energie produceert is dat niet terug te zien. Eigenlijk zouden productie (embodied) energiecijfers in eindgebruik moet worden gegeven, dan is het vrij om ze al dan niet aan een bepaalde energiemix te koppelen, en niet onnodig te vermenigvuldigen met een inefficiëntie factor. Zeker als we weten dat we geheel over moeten op hernieuwbare energie, heeft het geen zin als we nu optimaliseren naar een energiebron die zijn tijd gehad heeft. Maar goed dat is een discussie die ik op ander terreinen voer…. [8]

[1] diverse websites beschrijven het gebouw:

https://www.baumschlager-eberle.com/werk/projekte/projekt/2226/

https://www.bauwelt.de/themen/bauten/Buerohaus-2226-Baumschlager-Eberle-Lustenau-2154632.html

https://wienerberger-building-solutions.com/inspiration/a-house-free-from-technology

https://www.energieinstitut.at/unternehmen/bauen-und-sanieren-fuer-profis/low-tech-gebaeude/zehn-low-tech-beispielgebaeude/buerogebaeude-be-2226-lustenau-a/

vervolgproject:

https://www.haustech-magazin.ch/artikel/weniger-ist-mehr/

[2] Environmental impact evaluation of energy saving and energy generation: Case study for two Dutch dwelling types, Michiel Ritzen, T.Haagen, Ronald Rovers, Chris Geurts

in: Building and Environment 108 ·July 2016, DOI: 10.1016/j.buildenv.2016.07.020

[3] Installaties : http://ronaldrovers.nl/embodied-energy-data-from-building-installations/

[4] https://www.umweltbundesamt.de/presse/pressemitteilungen/gold-fuer-uba-neubau

[5] IEA EBC Annex 57 Embodied Energy: Alle rapporten zijn hier te vinden: http://www.iea-ebc.org/projects/project?AnnexID=57 Het bedoelde gebouw staat in het rapport van Subtask 4 pag 324 case studies.

[6] IEA EBC Annex 72 , publicaties moeten nog komen. http://annex72.iea-ebc.org/

[7] kg: http://ronaldrovers.nl/de-kwhm2-en-de-kghm2-12/ en http://ronaldrovers.nl/mng-1-0-co2-per-2030-mng-2-max-550kgm2/ en http://ronaldrovers.nl/kg-woning-per-kg-mens-materiaalinzet-per-functie/

[8] Gebroken kringlopen, Naar een volhoudbaar gebruik van bronnen, Boek uitgeverij Eburon, isbn 9789463012034 , https://eburon.nl/product/gebroken-kringlopen/

[9] klimaatneutraal: http://ronaldrovers.nl/co2-rekenen-klimaatneutraal-jaar-x/

[10] Primaire energie: http://ronaldrovers.nl/primaire-energie-een-fossiele-energieberekening/

[11]

2226 kantoor, eerste. ( zie ook bijgaande doc met analyse )

https://www.db-bauzeitung.de/architektur/rueckbesinnung-auf-das-elementare-baumschlager-eberle/

https://www.bauwelt.de/rubriken/bauten/Buerohaus-2226-Baumschlager-Eberle-Lustenau-2154632.html

https://www.energieinstitut.at/unternehmen/bauen-und-sanieren-fuer-profis/low-tech-gebaeude/zehn-low-tech-beispielgebaeude/buerogebaeude-be-2226-lustenau-a/

https://www.youtube.com/watch?v=-DGjv5dkCqs

https://www.office-et-culture.fr/architecture/europe/2226-lustenau

https://www.tagesspiegel.de/wirtschaft/immobilien/naturlich-mussen-wir-anders-bauen-3975289.html

https://www.baunetzwissen.de/mauerwerk/objekte/buero-verwaltung/buerohaus-2226-in-lustenau-3421609

https://www.baumschlager-eberle.com/werk/projekte/projekt/2226/