De kracht van zonlicht

Zonlicht biedt optimisme, maar ook energie. Zowel letterlijk als figuurlijk. Maar hoe zet je deze energiebron effectief om in woonkwaliteit? Hoe is het in HoTT gedaan en is dit de enige weg naar Rome? Wat valt er in de toekomst nog te verwachten van technologische ontwikkelingen? Waar gaat het naar toe? In dit artikel filosoferen we erover.

Tekst: Prof. Dr. Ir. Jos Lichtenberg

Het is geruststellend om te weten dat de zon ons nog miljoenen jaren van energie zal blijven voorzien. En wel zoveel, dat we eigenlijk onze fossiele voorraden niet zouden hoeven aan te spreken. Overigens zijn die uiteindelijk ook gevormd door de kracht van de zon. We ontvangen op aarde circa 3.000 keer meer energie dan we verbruiken. Het probleem is alleen dat we niet in staat zijn om het grootschalig op te vangen. Het PV oppervlak is procentueel gezien nog slechts een druppel op een gloeiende plaat en het rendement met 15% nog beperkt. Niettemin is het begin gemaakt.
 

HoTT-woning. Foto: Dick Holthuis.

Vermoedelijk zullen we ergens in de tweede helft van de 21e eeuw wel in staat zijn voldoende zonne-energie effectief aan te wenden. Maar tot die tijd moeten we met spoed stappen maken om het slinken van de voorraden fossiele brandstof aan banden te leggen.

Passief zetten we zonlicht wel al langer om in warmte. Grote glasvlakken op het zuiden helpen om bij een laagstaande zon warmte te ontwikkelen. Daar hoort dan wel bij dat die glasvlakken in de zomer (maar ook in voor- en naseizoen) beschaduwd zijn om oververhitting tegen te gaan. In de winter moet ’s nachts warmteverlies door het glasvlak worden tegengegaan, bijvoorbeeld met behulp van luiken. 
 

Lichtinval in het atrium in het centrum van de woning via Velux dakramen. Foto: Dick Holthuis.

Licht

Glasvlakken halen naast fysieke energie, ook levensenergie binnen. Veel daglicht in huis maakt mensen optimistisch en voelt zeer aangenaam. Onderzoek naar de effecten van daglicht op mensen laat, zoals te verwachten is, zien dat er positieve effecten op geestelijke en waarschijnlijk ook op de fysieke conditie zijn. 

HoTT werd medio 2014 opgeleverd en sindsdien bezochten honderden mensen dit project. Vrijwel unaniem maakt men lovende opmerkingen over het aanwezige daglicht, zelfs op donkere dagen. Waar gelet op de grote overwegend gelijkvloerse plattegrond een donker ‘midden’ verwacht mag worden, is in HoTT overdag overal weelderig daglicht aanwezig. Deels komt dit door een aantal grote puien en ramen, maar vooral de dakvensters zijn bijzonder effectief.
 

Van het zuidelijke dak is in HoTT bijna 10 m2 raam. De rest (ruim 100 m2) is energie-dak. Foto: Dick Holthuis.

In totaal negentien Velux vensters in vijf groepen geclusterd, laten de woning stralen. Wij als bewoners ervaren het effect daarvan dagelijks. De lichtintensiteit is meetbaar hoog en het gevoel is sensationeel. Gevoel is op zich natuurlijk geen wetenschappelijke basis, maar het zegt toch wel iets. Wordt het in de zomer te veel, bijvoorbeeld omdat het tot schitteringen leidt of te veel contrast, maar ook omdat het te veel warmte kan binnenbrengen, dan zijn er de screens om het glas aan de buitenzijde af te schermen. Ook dan komt er nog licht binnen, maar veel minder en de warmte wordt geweerd.
 

Foto: Dick Holthuis

Vanuit een puur sang energiebeleid zou je wellicht niet zoveel openingen maken. Raamoppervlak is zonder maatregelen immers per saldo energetisch verliesgevend. Zelfs op het zuiden. De echte reden is daadwerkelijk het binnenhalen van daglicht.

Energie

Van het zuidelijke dak is in HoTT bijna 10 m2 raam. De rest (ruim 100 m2) is energie-dak. Dat wil zeggen dat er zes warm water collectoren en 95 m2 PV-panelen in het dak zijn geïntegreerd. Met het PV-deel wordt in totaal jaarlijks 15.000 kWh opgewekt. Een echte winter moet nog volgen, maar naar verwachting is voor verwarmen (winter) en koelen (zomer) circa 3.000+2.000=5.000 kWh per jaar nodig. Dat is dan in feite het conservatief geprognosticeerde verbruik van een lucht-water warmtepomp.
 

Overal in de HoTT-woning komt veel daglicht naar binnen. Foto: Dick Holthuis.

Voor warm water is (mede gelet op de toekomstige B&B functie) ruwweg nog eens 3.000 kWh nodig (grotendeels verzorgd door de collectoren). Het huishoudelijk gebruik ligt op 3.000 kWh (gelet op geleidelijke vervanging van apparatuur met een dalende trend). Samen blijft de totale jaarlijkse energievraag die door de PV moet worden ingevuld daarmee onder de 10 kWh en houden we in HoTT dus ruim 5.000 kWh over. Deze wordt aangewend voor circa 25.000 km elektrisch rijden. 

Het dak is bij uitstek geschikt om zonne-energie op te vangen, al zal bij verdiepingsbouw de gevel ook een handje kunnen helpen. Van belang is wel dat we de opschaling wat ordentelijker moeten aanpakken dan het nu vaak gebeurd. Met een lappendeken van PV op het dak verrommelt Nederland zienderogen. In HoTT is dit opgelost door het dak rondom de beschikbare paneelmaten te ontwerpen. Er zijn ook nieuwe ontwikkelingen zoals van het kennisbedrijf Tulipps (zie www.tulipps.nl) die juist van geïntegreerde oplossingen (BIPV) met zeer lichte panelen uitgaan. Daarnaast zijn er de zogeheten dunne folies.

Opslag

Een belangrijk knelpunt is de opslag. Met name het overhevelen van het zomer-overschot naar het winter-tekort is nog niet opgelost. In zoverre wel, dat er nu wordt teruggeleverd aan het net, maar dat zou mooier moeten kunnen. Het opvangen van een paar slechte dagen is met een beperkte accu capaciteit wel mogelijk, maar voor seizoensopslag is er wel wat meer nodig. Met een aanvulling met windenergie zou dit probleem al afnemen omdat er ’s winters nu eenmaal weinig zonne-energie is maar wel behoorlijk wat wind. De acceptatie van de windmolen is echter een probleem en een voor een woonomgeving geschikt type is qua investering/opbrengst minder effectief. 
 

De noordgevel met twee dakraamclusters, het atrium en de keuken. Foto: Dick Holthuis.

De hoop is gevestigd op onder andere nieuwe opslagtechnieken, zoals op basis van omkeerbare chemische reacties. Hierdoor wordt energie als het ware in de endotherme richting ‘gevangen’ en door omkeren van de reactie exotherm weer vrijgemaakt. Een bijzondere vorm is het met overtollige energie elektrolytisch splitsen van water in waterstof en zuurstof en het ’s winters verbranden van waterstof met water als afvalproduct. De technologie is heel ver, er rijden immers al brandstofcel auto’s met een voorraad waterstof, maar het risico gevoel in de woonomgeving is nog hoog. 

Er zijn overigens ook alternatieven in aantocht. Dus de toekomst ziet er veelbelovend uit als het om de energie-onafhankelijkheid gaat. Die hoeft trouwens niet letterlijk te worden genomen. Opslag en eventuele aanvullende windenergie zou ook op buurtniveau kunnen worden geregeld, zoals ook het gebruik van tijdelijke lokale overschotten om elders een tijdelijke energievraag te dekken. Als bijvoorbeeld de familie Jansen met wintersport is kan de energie van hun PV-panelen tijdelijk elders in de straat worden ingezet. 

Toekomst

Met op termijn stijgende energieprijzen en tevens oplopende rendementen van PV wordt zonne-energie steeds aantrekkelijker om in te zetten. Een eyeopener is dat het zelfs wellicht het wonen kan socialiseren. Een industrieel gebouwde woning kost, exclusief grond, zo’n € 1.000,- per m2. Ik ga in mijn voorbeeld uit van een éénlaagse woning en reken voor elke m2 vloer oppervlak ook 1 m2 PV met een opbrengst van nu ruim 150 kWh per jaar. In de toekomst (binnen 10-15 jaar) kan dat groeien naar 300 kWh (30 % rendement). Voor eigen gebruik is per m2 woonoppervlak maximaal 50 kWh nodig, waardoor 250 kWh kan worden verkocht. Stel dat dit over 10-15 jaar voor circa € 0,20 per kWh mogelijk is, dan hebben we het over € 50,-/m2 opbrengst per jaar. 

Ik realiseer me dat ik het niet over grondkosten heb, niet over BTW, niet over onderhoud, ook niet over rente (die overigens niet veel voorstelt nu). Anderzijds ook niet over wat industriële bouwwijzen met de bouwprijs zouden doen en ook niet over het gegeven dat in het sommetje de gebruiker zelf geen energielasten meer heeft. Gewoon voor het gevoel, niet meer dan dat, zou de woning uit energieopbrengsten in twintig jaar zijn terugverdiend. Dat zou ook gerust dertig jaar of nog meer mogen zijn, maar een beetje ondernemer ruikt hier een verdienmodel, toch! In feite heb ik het hier over gratis wonen.

Als de staat dit zou oppikken zou dit sociaal gezien een geweldige constatering zijn. Het maakt dan ook niet meer uit hoe groot die woning is. De investering /opbrengst verhouding geldt immers per m2. Ik zeg niet dat deze stellingname volledig standhoudt, maar in de geest bevat deze een interessante boodschap. De zon niet alleen als leverancier van licht en energie, maar ook als sociale krachtbron. Denk daar maar eens over na.
 

Artist impression: KAW Architecten.

Serie artikelen House of Tomorrow Today

Jos Lichtenberg is hoogleraar bouwproductontwikkeling aan de TU/e en stichter van Slimbouwen. Hij realiseerde onlangs in Sterksel een woning in de geest van deze procesinnovatie. Daarnaast werden de uitgangspunten van Active House gevolgd, een vanuit de gebruiker ontwikkeld energieconcept. Daarmee is nu ook een energieleverende woning gerealiseerd. 

Al met al is de woning een proeftuin voor toekomstgericht denken waarbij vanuit het totaalconcept marktpartijen gericht zijn uitgenodigd. Soms met bestaande innovaties, slim bijeen gebracht, soms met compleet nieuwe producten. 

Deze serie gaat thematisch in op de vele aspecten rondom deze in Sterksel gerealiseerde woning, waarbij dit ook breder wordt getrokken richting ‘de markt’. De woning is namelijk niet ontwikkeld als doel op zich, maar als tussenstap onderweg naar morgen. Vandaar dat de woning House of Tomorrow Today (HoTT)’ is gedoopt. Gaandeweg wordt aldus met deze serie een toekomstbeeld geschilderd. Dit artikel is de laatste in een reeks van twaalf.