VV02 Omslag 600
December 2021

Gebouwconcept als proeftuin voor nieuwe technieken

Elektrisch gevoede klimaatsystemen maken gebouwautomatisering steeds effectiever

32 01

In de nabije én verre toekomst gaan we onze woningen en gebouwen steeds vaker met elektrisch gevoede klimaatsystemen uitrusten. Bijna alle warmtepompen en airco’s, maar vooral vraaggestuurde ventilatiesystemen, infraroodpanelen, elektrische vloerverwarming, decentrale ventilatie-units en zonwering zijn in veel gevallen intelligent aan te sturen. ­De Stichting Innovatie Dutch Windwheel toont deze voordelen in een gebouwconcept
met ‘smart building as a service’.

De zogeheten ‘mock-up’ van een innovatieve woon- of kantoorruimte staat in Diergaarde Blijdorp. De dierentuinbezoekers zullen er ongemerkt langslopen, maar professionals en innovatieve marktpartijen zijn welkom om mee te werken aan de innovaties of om hun relaties de toegepaste, innovatieve technieken te laten zien.
‘We hebben dit model neergezet om te kunnen experimenteren met allerlei technische systemen die onderdeel kunnen worden van een gebouw dat we de Dutch Windwheel hebben genoemd’, vertelt Johan Mellegers, directeur van de Stichting Innovatie Dutch Windwheel. Samen met architect Duzan Doepel van architectenbureau DoepelStrijkers is hij initiatiefnemer van het concept. Volgens hen is de Dutch Windwheel een showcase en accelerator voor innovatie, duurzame energieopwekking en een circulaire economie. Het is de dynamische etalage voor ‘Dutch design & innovation’ en biedt een voortdurend platform om technische en technologische innovaties zichtbaar te maken.

‘We kunnen al de klimaatsystemen niet alleen nauwkeurig, maar ook persoonsgebonden aansturen’

Innovatieconsortium

De Dutch Windwheel is een gebouwconcept dat niet alleen duurzaam en circulair is, maar door zijn specifieke vorm en toegepaste installaties ook voldoende energie opwekt voor alle gebruikers. Een innovatieconsortium met onder meer Arup, BAM Groep, Deltares, Dura Vermeer, ECN, Eneco, Evides, Siemens, SPIE en TNO werkten mee aan het onderzoek om deze ambitie met geavanceerde technologie en klimaatarchitectuur te kunnen waarmaken. ‘Dit demoproject fungeert nu als modelwoning, maar zou ook een bedrijfsruimte kunnen zijn. Dat is namelijk de insteek van ons ontwerp; het gebouw moet als woongebouw, maar ook als hotel, kantoorruimte, school of laboratorium te gebruiken zijn. De techniek moet die flexibiliteit en aanpasbaarheid mogelijk maken’, vertelt Mellegers bij een bezoek aan het demonstratieproject. Hoewel het gebouw aan de rand van de dierentuin al twee jaar geleden is geopend, kwam het bezoek door de coronapandemie op een laag pitje te staan. Maar dit weerhield enkele marktpartijen er niet van om aan de slag te gaan met het installeren van en experimenteren met nieuwe technieken. Enkele prominente innovaties zitten in de gevel, die voor een belangrijk deel door Schüco is geleverd en door Alkondor is geïnstalleerd. Om de intelligentie in dit gevelsysteem als integraal onderdeel van de gebouwautomatisering te kunnen toepassen, vroeg Alkondor aan FMJ Automation om de integratie te verzorgen.

32 02In de gevel worden uiteenlopende energiesystemen getest, zoals glas dat zonnestroom opwekt, beweegbare zonnecellen, maar ook zonwering die met de zon meebeweegt.

Slimme gevel

‘In de gevel zitten zonnecellen, maar ook ramen van Physee, die zonnestroom opwekken. Daarnaast zijn er elektrisch bedienbare ramen en bevat de gevel sensoren die de wind en temperatuur meten. Verder bevat de gevel ook een ventilatiesysteem’, vertelt Peter Verhulst, systeem integrator bij FMJ Automation. ‘Alkondor vroeg ons of we deze gevelsystemen naar één centrale gebouwautomatisering konden brengen. We hadden dit al vaker voor hen gedaan; recent nog voor een innovatieve gevel die Alkondor op de campus van TU Delft installeerde. Maar hier was de aansturing van de gevel ook het startpunt om de ruimte in zijn geheel via één slimme automatisering centraal aan te sturen’, zegt Verhulst. ‘Wij hebben in overleg met Mellegers en de mensen van Alkondor een infrastructuur voorgesteld op basis van de internationale standaard KNX. Het grote voordeel van dit protocol is in de eerste plaats dat er enorm veel fabrikanten zijn die componenten en systemen maken die via deze standaard communiceren. Zo heeft Schüco een directe koppeling met KNX. In de tweede plaats kun je ook veel andere protocollen naadloos aan een KNX-systeem koppelen, zoals Modbus, Bacnet en verschillende op internet gebaseerde systemen. Doordat we de Homelynk van Schneider-Electric als centrale server gebruiken, beschikken we meteen over een gateway die al deze protocollen naar KNX kan converteren.’

32 03Het infraroodpaneel is met een dimactor regelbaar.

Persoonsgebonden

Volgens Verhulst en Mellegers bevinden de experimenten in de mock-up zich nog in een startfase. Desondanks heeft FMJ Automation al veel systemen kunnen integreren en daaruit blijkt dat juist de elektrisch aangedreven klimaatsystemen voor een meer gerichte en persoonsgebonden klimaatregeling kunnen zorgen. ‘Naast de sensoren in de gevel en het Tip Tronic-raam van Schüco die we via KNX aansturen, hebben we ook de airco-unit van Daikin, het infrarood verwarmingspaneel van ThermiQ en straks de elektrische vloerverwarming van Karbonik op KNX aangesloten. De intelligente zonwering van Kindow werkt in principe autonoom door zich op de stand van de zon te richten, maar is ook via de KNX-regeling aan te sturen.’
‘In combinatie met de intelligente, KNX-gestuurde ruimte-sensor thePixa van Theben, kunnen we al deze klimaatsystemen niet alleen nauwkeurig, maar ook persoonsgebonden aansturen. Deze sensor meet namelijk niet alleen beweging en aanwezigheid, maar telt ook personen. Feitelijk is het een soort camera die ziet in welk deel van de ruimte hoeveel mensen aanwezig zijn. Op basis daarvan kan hij heel lokaal, bijvoorbeeld boven een bureau, het infraroodpaneel in- of uitschakelen. Omdat we een dimactor aan het infraroodpaneel hebben gekoppeld, zorgt de automatisering ook dat de warmteproductie wordt gedimd zodra er meer mensen in de ruimte zijn. Vanzelfsprekend kan de gebruiker deze instellingen zelf aanpassen.’
‘De Homelynk zorgt niet alleen dat alle KNX-signalen binnenkomen en worden gedistribueerd, we maakten er ook een visualisatie mee die op een touchscreen is te bedienen. Vervolgens creëerden we ook verschillende scenes die gebruikers met één aanraking kunnen activeren.’

‘Naast de technische mogelijkheden willen we ook ontdekken welke exploitatiemodellen mogelijk zijn’

32 04KNX-sensor thePixa van Theben telt ook het aantal mensen in een ruimte.

Logische keuze

Voor FMJ Automatisering was er eigenlijk geen discussie mogelijk over welk automatiseringssysteem noodzakelijk was voor het project. ‘Toen wij in de eerste gesprekken hoorden welke fabrikanten, maar vooral ook welke experimentele systemen in deze mock-up zouden worden toegepast, was de keuze voor KNX de enige logische’, vindt Verhulst. ‘Of je nu Modbus-signalen vanuit slimme meters moet binnenhalen, een BACnet-regeling van een airco of warmtepomp, of IP of LoRa van intelligente sensoren; ik ken geen ander automatiseringssysteem waarmee dat op zo’n flexibele en relatief eenvoudige wijze mogelijk is. Tegelijk heeft KNX zo’n enorm aanbod aan schakelaars, ruimteregelaars, visualisatiesystemen en andere componenten, dat is echt ongeëvenaard.’
Het koppelen van bijvoorbeeld LoRa-sensoren, die communiceren via het netwerk van KPN, was een expliciete wens van de ontwikkelaars van het gebouw. ‘Vanwege de bijzondere, wielvormige constructie van het toekomstige gebouw, voorzien wij zeer verschillende wensen ten aanzien van het binnenklimaat in de verschillende ruimtes. Niet alleen willen we dat het gebouw de meest uiteenlopende functies kan bevatten – van woning of hotelkamers tot kantoor of onderzoeksruimte – maar ook de oriëntering van elke ruimte zal straks sterk verschillen. Er zullen ruimtes zijn die vol in de zon liggen, terwijl andere ruimtes veel in de schaduw liggen of juist aan veel wind blootgesteld kunnen zijn’, geeft Mellegers aan.

32 05Peter Verhulst van FMJ Automation (links) en Johan Mellegers van de Dutch Windwheel in de demowoning in Diergaarde Blijdorp.

LoRa-sensoren

Dat is volgens Verhulst reden om te experimenteren met LoRa-sensoren van Quantified Air. Deze sensoren zijn in staat om temperatuur, wind en andere omgevingsfactoren te meten zonder dat hiervoor bekabeling of een wifi-netwerk nodig is. ‘Wij sturen de klimaatinstallaties in deze mock-up ook mede aan op basis van de LoRa-sensoren die we buiten en binnen het gebouw plaatsten. We hadden hier ook wel met KNX-gekoppelde sensoren kunnen werken, maar we willen juist testen hoe dat met deze sensoren lukt, zodat we ze straks ook in een werkelijk gebouw kunnen toepassen.’
Volgens Verhulst werkt het binnenhalen en verwerken van de data goed, al is de huidige, beperkte batterijduur van de LoRa-sensoren een punt van aandacht. Voor de toekomst onderzoekt men of ook 24 Volt-voeding in combinatie met bijvoorbeeld zonne-energie mogelijk is.
In dat verband geeft Mellegers aan dat de experimenten in de mock-up verder gaan dan bekijken wat er technisch mogelijk is. ‘Naast de technische mogelijkheden willen we ook ontdekken welke exploitatiemodellen mogelijk zijn. Met Alkondor verkennen wij de mogelijkheden van ‘gevel as a service’, maar dat doen we ook met andere leveranciers voor bijvoorbeeld ‘interieur as a service’ en uiteindelijk ook met ‘smart building as a service’.’
Cruciaal in die ontwikkeling is het waarderen van data. ‘Met een marktpartij als SPIE voeren we daar ook gesprekken over. Wat hebben zij aan data en informatie nodig om duurzaam en voorspellend onderhoud en beheer te kunnen uitvoeren? Uiteindelijk kun je in zo’n ‘connected’ gebouw, op basis van al die data, onderhoudsbeurten combineren en gericht plannen, zodat de eigenaar fors op kosten bespaart.’ Verhulst vult aan: ‘Alkondor kan bijvoorbeeld, op basis van de slimme gevels die wij nu al automatiseren, exact zien hoe vaak de zonwering beweegt en hoe vaak ramen open en dicht gaan. Zij kunnen daardoor veel gerichter onderhoud en beheer inplannen en dat scheelt in de kosten. Hetzelfde is ongetwijfeld mogelijk met de andere installaties in het gebouw.’

Tekst: Rob van Mil
Fotografie: Eric de Vries