Uurmatching in gebouwen

Windenergie, zonnepanelen en andere duurzame energiebronnen hebben de toekomst. Toch moet er nog heel wat gebeuren om ze optimaal te laten functioneren. Een van de uitdagingen is dat veel duurzame energiebronnen afhankelijk zijn van het weer. Staat er een stevige wind of schijnt de zon, dan leveren ze energie voor tien. Maar is het windstil of bewolkt, dan valt de energieproductie weg. De kunst is daarom het verbruik zoveel mogelijk af te stemmen op de energie die op een bepaald moment beschikbaar is, en er voor te zorgen dat gebruikers hierbij zo min mogelijk inleveren op gemak en comfort.

Vraagsturing

In Uurmatching (2021-2023) onderzocht de HvA samen met energieleverancier Vattenfall hoe je door vraagsturing het energieverbruik in kantoorgebouwen flexibel kunt richten naar het aanbod. Denk bijvoorbeeld aan systemen voor klimaatbeheersing: kun je die bijvoorbeeld zo sturen dat het gebouw bij een energieoverschot in het net opwarmt naar 22 graden Celsius en bij een tekort afkoelt naar 19 graden Celsius? Aan boilers voor warm water: in hoeverre kun je spelen met het tijdstip van vullen? En aan vriezers die bij een energieoverschot gaan tot min 20 graden Celsius of zelfs lager, en bij een energietekort tot min 18 graden Celsius.

Systematisch tegen het licht

De projectpartners hielden onder meer gebouwen op het Science Park van de UvA tegen het licht: welke aanpassingen kan en moet je doen om het energieverbruik flexibel te maken en wat levert het op? Wanneer en hoe moet er gestuurd worden? Ze bestudeerden allerlei soorten apparaten, van systemen voor klimaatbeheersing en luchtverversing op kantoor tot koelkasten en vriezers in onderzoekslaboratoria. De onderzoekers ontwikkelden ook rekenmodellen waarmee ze het maximale effect van flexibel aansturen konden bepalen.

De afstemming tussen vraag en aanbod van duurzame energie in gebouwen is al behoorlijk goed, zo kwam uit de metingen naar voren. ‘Vraag en aanbod lopen al voor circa 65% synchroon, ruwweg drie keer zoveel als bij woningen,’ zegt Peter Quaak, projectleider en als docent-onderzoeker verbonden aan de HvA.

Bandbreedte

Er is ruimte voor een betere matching, maar echt veel is het niet, benadrukt Quaak. ‘Je kunt de meeste apparaten niet veel langer dan drie uur afschakelen. De temperatuur van vriezers zou bij langer afschakelen al teveel oplopen. Ventilatoren afschakelen leidt binnen een uur al tot een merkbaar gestegen CO₂-gehalte in ruimtes, legt hij uit.

Warmtepompen voor de warmtevoorziening langer dan drie uur afschakelen leidt tot comfortproblemen. Het omgekeerde geldt ook: vriezers langer dan drie uur extra aan laten staan leidt tot te lage temperaturen. ‘Warmtepompen drie uur geforceerd warmte laten leveren geeft een te warm binnenklimaat. De verbetering die je met deze vraagsturing kunt bereiken is maximaal zo’n 8%,’ aldus Quaak. Een warmtebuffer in combinatie met een warmtepomp biedt kansen, maar je hebt er wel een vrij grote warmtebuffer voor nodig, die veel (buiten)ruimte vraagt. ‘Die ruimte heeft niet ieder gebouw.’

Apparaten aansturen

Energie tijdelijk opslaan in een batterij is vooralsnog voor gebouwen niet zo interessant. ‘De terugverdientijd van een batterij is dan ongeveer net zo lang als de levensduur,’ benadrukt Quaak.

Maar de grote uitdaging zit hem in de middelen om de apparaten aan te sturen. ‘De inzet van artificial intelligence (AI) biedt hierbij interessante aanknopingspunten,’ vertelt de onderzoeker. ‘Er zijn verschillende bedrijven die producten aanbieden gebaseerd op het gebruik van AI. De komende jaren willen we de effectiviteit van deze systemen verder onderzoeken.’

Partners

Uurmatching werd uitgevoerd door onderzoekers van het lectoraat Energie en Innovatie van de HvA, met ondersteuning van de Facilitaire Dienst van de HvA en de UvA en medewerkers van het bedrijf Heijmans, dat het dagelijks beheer van gebouwen verzorgt. De facilitaire dienst is verantwoordelijk voor het beheer van de gebouwen, inclusief het energiegebruik. Vattenfall, per 1 januari 2022 energieleverancier van UvA/HvA, vertegenwoordigde in het project de belangen van de energieleverancier. Het onderzoek sloot aan bij eigen activiteiten van Vattenfall op dit gebied.

Uurmatching werd uitgevoerd binnen het lectoraat Energie en Innovatie van de HvA.