Energieproducerende gebouwen

Onderwerp: Elektrische stroom

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel over energieproducerende gebouwen. Op basis van artikelen in de media maakt Stichting Exaktueel opgaven die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

In de Volkskrant van 2 september 2022 wordt besproken wat de invloed is van bouwen van huizen en kantoren op de uitstoot van CO2.We lezen in het artikel:

“De tropische zomers en milde winters van de afgelopen jaren hebben we mede te danken aan de bouw: de VN berekenden in 2020 dat de bouw verantwoordelijk is voor 38 procent van de CO2-uitstoot wereldwijd”.

a) Noem twee soorten oorzaken voor deze uitstoot bij het bouwen van huizen en gebouwen.

De productie en transport van bouwmaterialen als staal en beton. Ook bouw- en sloopwerkzaamheden die aan het bouwen voorafgaan zorgen voor CO2-uitstoot. En transport van en naar de bouwplaats.

 Even verder in het artikel lezen we:

“Duurzame bouwprojecten dragen toch nog bij aan de opwarming van de aarde. Om dit proces te stoppen moet je verder denken dan energiebesparend of energieneutraal”.

We maken onderscheid tussen energiebesparende maatregelen bij het realiseren van het gebouw en maatregelen die energiebesparend zijn als een gebouw klaar is en in gebruik.

b) Noem twee energiebesparende maatregelen om CO2-uitstoot bij het realiseren van gebouwen te verminderen.

Werken met bestaande en duurzame materialen zoals gerecycled beton, tweedehands materialen, lokaal gekapt hout elektrische transportmiddelen.

We noemen een gebouw energieneutraal als de energie die nodig was voor het maken van het gebouw en voor het gebruik van het gebouw (koeling en verwarming) terugverdiend wordt door de energieproductie van het gebouw zelf, bijvoorbeeld door zonnepanelen.

c) Noem minstens twee maatregelen om te bereiken dat een gebouw energieneutraal is.

Om een gebouw energieneutraal te laten zijn, kun je aan de volgende maatregelen denken:
1) de energie die het gekost heeft om te bouwen en om de bouwmaterialen te maken en te transporteren, moet gecompenseerd worden door de energieproductie van het gebouw.
2) Daartoe moet het gebouw heel goed geïsoleerd worden: het gebouw moet zo min mogelijk energie verbruiken voor verwarmen en koelen.
3) Er kan bijvoorbeeld een systeem van energieopslag zijn om de geproduceerde energie op te slaan en weer in te zetten op momenten dat de productie minder is dan de vraag.

In het artikel wordt over de zonnepanelen het volgende gezegd:

“De ontwerpers van het energieproducerende gebouw dat in het artikel genoemd wordt, stellen dat de uitspraak ‘Form follows function’ vervangen moet worden door ‘Form follows climate’.

d) Wat wordt met de laatste uitspraak bedoeld?

Bedoeld wordt dat de vorm van een gebouw moet zijn afgestemd op het verbruik van zo min mogelijk energie en optimaal gebruik van energieproducerende elementen zoals bijvoorbeeld zonnepanelen of aardwarmte.

Verderop in het artikel:

“Door het sterk hellende dak op de oostelijke gevel is het oppervlak van de zonnepanelen groter dan de omtrek van het gebouw”.

e) Geef commentaar op bovenstaande vergelijking

Deze vergelijking is onzinnig. Misschien bedoelt de schrijver van het artikel dat de oppervlakte beschikbaar voor zonnepanelen sterk toeneemt bij een sterk hellend dak. Zie tekening. Zie antwoord bij f.

f) Geef twee redenen waardoor de opbrengst van zonnepanelen zal toenemen bij een sterk hellend dak. Maak hierbij een tekening.

Een sterk hellend vlak heeft een groter oppervlak dan een plat vlak, Er kunnen dus meer zonnepanelen op. Bovendien is de hoek met de zonnestralen gunstiger, waardoor de opbrengst per m2 groter is. Bovendien staan de zonnepanelen gericht op het oosten en dan staat de zon nog laag. Dan is het van belang dat de zonnepanelen schuin staan om zoveel mogelijk zon te vangen.

g) Zal de gewenste hellingshoek van het dak toenemen of afnemen bij gebouwen wanneer we van de evenaar naar het noorden gaan? Leg uit.

Aan of bij de evenaar staat de zon het hoogst en zal de hellingshoek van de panelen dus in de buurt van de 0 graden liggen, terwijl die hoek groter zal moeten zijn naar het Noorden om een hoek van 90 graden te maken tussen de zonnestralen en de panelen.