Bij het milieuthema 'energie' van duurzaam bouwen gaat het om een efficiënt gebruik van energie voor verwarming en/of koeling, warm tapwater, verlichting, ventilatie, en gebouwgebonden en niet-gebouwgebonden apparatuur. Efficiënt gebruik van energie voorkomt uitputting van olie- en gasvoorraden, vervuiling door emissies en aantasting van het landschap door de winning,

Voor het bereiken van een zo duurzaam mogelijke energievoorziening is een Drie-Stappen-Strategie ontwikkeld, die, toegepast op het onderwerp energie, ook bekend staat onder de term 'Trias Energetica'. Hiervoor worden de volgende stappen gevolgd:
Stap 1. Beperk de energievraag
Stap 2. Gebruik duurzame energiebronnen
Stap 3. Gebruik eindige energiebronnen efficiënt

Essentieel voor een duurzaam resultaat van de strategie is de volgorde van de stappen:

neem eerst zoveel mogelijk maatregelen uit stap 1 (dit zijn de meest duurzame maatregelen)
kan dat niet meer op een verantwoorde manier, neem dan zoveel mogelijk maatregelen uit stap 2
neem tenslotte maatregelen uit stap 3 als er nog een restvraag is overgebleven (dit zijn de minst duurzame maatregelen.

Stap 1. Beperk de energievraag

De eerste stap kan op verschillende manieren worden ingevuld. In de eerste plaats zijn er maatregelen die in principe jarenlang vastliggen, zoals stedenbouwkundige, constructieve en vormgevingstechnische maatregelen. Voorbeelden hiervan zijn de oriëntatie op de zon, de mate van isolatie, de lichttoetreding (raamverdeling en -oppervlak), de integratie van bouwkundige en installatietechnische elementen (zoals vloersystemen waarin energie-installaties zijn geïntegreerd) of de indeling. Een aanpak om zo'n geïntegreerd ontwerp te maken is te vinden in het infoblad 'Integraal ontwerpen: proces tot een duurzaam gebouwde omgeving'.
In de tweede plaats is het ook mogelijk warmte terug te winnen, bij voorbeeld uit ventilatielucht of afvalwater, waardoor de energievraag verder beperkt kan worden. En tot slot door verspilling tegen te gaan: licht uit, deuren dicht, verwarming laag in ruimten die niet gebruikt worden.

De vorm
De energetisch ideale vorm van een gebouw is de bolvorm. Ook in de natuur is dit de meest energie-efficiënte vorm. Voor het optimaal benutten van de binnenruimte van een gebouw is de bolvorm niet aantrekkelijk, maar een compact gebouw heeft energetisch wel de voorkeur. Een compact gebouw heeft weinig in- of uitstulpingen (zoals erkers, uitbouwen of binnenhoven) en geen extreme verschillen in de hoogte, breedte en diepte.

Isolatie
Goede isolatie wordt bereikt hoge Rc-waarden (warmteweerstand van de constructie) van gevel, vloer, dak, ramen en deuren. Dit resulteert in lage U-waarden (warmtedoorgangscoëfficiënt). Bij de aansluiting van de verschillende onderdelen is het van belang om koudebruggen te voorkomen.

Ventilatie
Ook hier geldt: voorkom onnodige ventilatie door een goede luchtdichtheid (kierdichting en aansluitdetails) van het gebouw en juiste regeling van ventilatieapparatuur (tijd, tijdstip en hoeveelheid). Optimaliseer ook het ventilatievoud (het aantal malen dat de totale inhoud van een ruimte per uur volledig wordt ververst door buitenlucht). Daarnaast kan met warmteterugwinning (WTW) veel energie uit de af te voeren lucht worden teruggewonnen.
Bij gebalanceerde ventilatie wordt precies evenveel lucht mechanisch aangezogen als afgevoerd. De nieuwste gebalanceerde ventilatiesystemen (zie ook de website van de Stichting HR Ventilatie) met een tegenstroomwisselaar halen inmiddels een rendement van 90 tot 97%. Daarbij kan de lucht worden opgewarmd van -10°C op tot +17°C. Doordat de ventilatoren bovendien gebruikmaken van gelijkstroommotoren is het elektriciteitsverbruik relatief laag.

Licht
Veel daglicht, lichte kleuren en reflecterende oppervlakten beperken het energiegebruik voor kunstlicht. Daarnaast heeft daglicht in de woon- en werkomgeving een positief effect op het welzijn en functioneren van de bewoner of gebruiker. Meer informatie is opgenomen in het infoblad 'Daglicht in utiliteitsgebouwen'.

Indeling: zonering en compartimentering
Ook de manier waarop ruimten gegroepeerd, gescheiden en geplaatst zijn, beïnvloedt de energiebehoefte van een gebouw: situeer koelere of warmere ruimten bij elkaar (zoneren) en aan de juiste zijde van het gebouw. Dit beperkt de onnodige warmteverliezen tussen ruimten onderling (bijvoorbeeld 'koelere' vertrekken, zoals keuken, entree en berging, aan de niet-zonzijde van het gebouw).
Door een gebouw te compartimenteren worden functies van elkaar gescheiden. Voorbeelden hiervan zijn: isoleren van vloeren en wanden van koelere ruimten zoals archiefruimten, computerruimten, onverwarmde zolders of kelders.


Gebouwmassa en nachtventilatie
Opslag van energie kan plaatsvinden in de gebouwmassa, bijvoorbeeld in steenachtige vloeren. Door nachtventilatie kunnen de vloeren dusdanig worden afgekoeld dat er overdag geen koeling nodig is. In de winter kan zonnewarmte in diezelfde gebouwmassa worden opgeslagen.


Besparing warm tapwater
Bij waterbesparing wordt niet alleen water bespaard, maar ook het energiegebruik beperkt. Mogelijkheden om warm tapwater te besparen zijn onder meer schuimstraalmondstukken (beter bekend onder de merknaam Perlator) en volumestroombegenzers. En bovendien door de aanvoerleidingen kort te houden en ze te isoleren.
Zie voor meer informatie het infoblad 'Water in en rond het gebouw', hoofdstuk 'Overige informatie'.


Tegengaan van verspilling
Vaak blijft apparatuur op de stand-by stand staan. In sommige gevallen is een stand-by stand handig, bijvoorbeeld bij apparatuur met een lange opstarttijd. Maar in veel gevallen is de stand-by stand (van televisies, printers) niet echt nodig en gebruikt zo'n apparaat toch energie. Dit wordt sluikstroom genoemd. Soms gaat het maar om een paar watt per uur (bijvoorbeeld de transformator voor de deurbel), in andere gevallen kan het oplopen tot enkele tientallen watts per uur (de meeste televisietoestellen). Door de lange tijdsduur kan het totale gebruik toch flink oplopen. Voor het voorzien in sluikstroomverbruik in Nederland zijn twee grote elektriciteitscentrales nodig.
Het voordeel van een lage energievraag is dat voor de verwarming volstaan kan worden met lage temperatuur verwarming (LTV). LTV bespaart op zich ook weer energie doordat de verwarmingsketel met een veel hoger rendement kan werken, tijdens de distributie en bij de afgifte (zie ook de publicatie 'Vademecum energiebewust ontwerpen van nieuwbouwwoningen'). LTV is met name geschikt voor vloer- en wandverwarming en kan gecombineerd worden met een zonneboiler en/of warmtepomp. LTV is ook goed te combineren met betonkernactivering (zie ook de begrippenlijst).

Stap 2. Gebruik duurzame energiebronnen

Als warmtebron is duurzame energie een goede optie. Duurzame energie, die op gebouwniveau kan worden toegepast, valt onder te verdelen in:

• zonne-energie
• Warmtepomp en LTV met bodem, water of lucht als warmtebron

Daarnaast biedt de opslag van warmte en koude in een aquifer mogelijkheden om het verschil tussen aanbod en vraag te overbruggen.

Zonne-energie
De zon is van de meeste energievormen de oerbron. Fossiele energie (steenkolen, aardolie, aardgas) is van oorsprong een product van fotosynthese van plantaardig materiaal, dat met behulp van de zon tot stand komt. Zonne-energie kan op twee manieren direct worden ingezet:
a. Passieve zonne-energie (PZE) is het directe gebruik van zonnewarmte en -licht in gebouwen. PZE is met name in de koude jaargetijden gewenst. Daarom zijn maatregelen (zonwering, dakoverstekken) nodig om oververhitting in de warmere perioden te voorkomen. Serres en atria zijn geschikte voorzieningen om PZE toe te passen en zijn in het voor- en najaar aangename verblijfsruimten. Serres en atria fungeren in de winter als warmtecollectoren, als de ventilatielucht via die ruimten het gebouw in komt. In de zomer wordt bij serres en atria oververhitting voorkomen door zonwering en ventilatie toe te passen. Het weghalen van de wand tussen serre en verblijfsruimte is uit oogpunt van energieverlies niet wenselijk. Veel informatie over serres en atria is te vinden in de publicatie ' Grote glasoverkapte ruimten'.
b. Met actieve zonne-energie
Met zon-thermische energie wordt directe en indirecte zonnewarmte omgezet in warm (tap)water dat wordt opgeslagen in (zonne)boilers. Deze installaties kunnen ook goed met warmtepompen worden gecombineerd.
Bij fotovoltaïsch (PV) wordt zonne-energie direct omgezet in elektriciteit. PV-cellen leveren gelijkstroom van meestal 12V, maar soms ook 6 of 24V. Over het algemeen wordt de 'zonne-elektriciteit' in wisselstroom van 220 V omgezet. Niet-gebruikte elektriciteit kan terug worden geleverd aan het elektriciteitsnet.
Bij zon-thermische energie en PV-cellen is de oriëntatie op de zon en de helling van het dak van belang voor het rendement. De meest gunstige oriëntatie van een gebouw is tussen de +30° en de -30° ten opzichte van het zuiden met een dakhelling tussen 15° en 55°. Schuine daken verdienen de voorkeur boven platte daken om zonnecollectoren en PV-cellen te kunnen integreren in de architectuur van het gebouw. Er bestaan ook transparante PV-panelen door een deel van het glaspaneel niet van de PV-cel te voorzien. Deze panelen kunnen goed als dak bij serres en atria worden toegepast en fungeren als een zonwering, doordat ze ongeveer 20% van het zonlicht doorlaten. Meer informatie over het gebruik van zonne-energie is te vinden in de publicaties 'De Factor Zon bij verkavelen' en 'Zon in stedenbouw en architectuur'. Veel voorbeelden van projecten waar zonne-energie is toegepast zijn te vinden op de website van het programma Duurzame Energie in Nederland van SenterNovem.

Warmtepomp en LTV met bodem, water of lucht als warmtebron.
Een warmtepomp werkt volgens een natuurkundige wet: bij verhoging van druk (compressie) stijgt de temperatuur van een vloeistof of een gas. Door dit principe te gebruiken in combinatie met warmtewisselaars kan warmte worden onttrokken aan een bron, vervolgens opgewaardeerd (temperatuur verhogen) en tot slot afgestaan. Een koelkast werkt volgens hetzelfde principe: hij onttrekt warmte aan de binnenzijde en staat de warmte aan de achterzijde weer af.
Een warmtepomp heeft een externe bron nodig om warmte aan te onttrekken. Dit kan zijn bodem, water (afval-, grond- of oppervlaktewater) of lucht. Hoewel de bron in de regel een relatief lage temperatuur heeft (grondwater ca. 12ºC) kan door de compressie de temperatuur aan de afgiftekant toch gemakkelijk op 35ºC gebracht worden. Ter vergelijking: bij een normale koelkast kan de lucht aan de achterzijde een temperatuur bereiken van wel 50ºC.
Verder gebruikt de warmtepomp aandrijfenergie voor de compressor. Hoe efficiënt een warmtepomp omgaat met de aandrijfenergie in verhouding tot de geleverde energie (warmte), wordt uitgedrukt met de term Coefficient of Performance (COP).
Warmtepompen voor ruimteverwarming leveren energie van een lage temperatuur en zijn daardoor met name geschikt voor vloer- en wandverwarming (LTV). Er zijn verschillende typen warmtepompen en ook de warmtebron kan variëren. In bijgaand document worden de verschillende warmtepompsystemen, hun rendementen (COP) en de warmtebronnen nader toegelicht (haal het document op: PDF, 246 kB).
Speciaal voor bouwpartijen in de utiliteitsbouw heeft SenterNovem een website ontwikkeld die ingaat op alle aspecten over toepassing van de warmtepomp in het bouwproces. De informatie op de site geeft gebouweigenaren een overzicht van de toepassingsmogelijkheden en voorziet in handzame informatie hoe deze te integreren in het bouwproces. Ga naar de website "De warmtepomp in het bouwproces".


Aquifer
Met name bij duurzame energie zijn vraag en aanbod van warmte en koude niet altijd goed op elkaar afgestemd. 's Winters moeten gebouwen worden verwarmd, terwijl utiliteitsgebouwen zomers moeten worden gekoeld. Dit is op te lossen met tijdelijke opslag van energie. Dit gebeurt veelal in een aquifer.
Een aquifer is een watervoerende laag in de bodem; dit water wordt als opslagmedium gebruikt voor warmte. Via warmtewisselaars wordt de energie uitgewisseld; deze uitwisseling kan zowel ondergronds als bovengronds gebeuren.

De opslag van warmte of koude werkt in principe als volgt:

in de zomerperiode wordt koud water uit de bodem opgepompt, waarmee het gebouw wordt gekoeld. Het opgewarmde water wordt op een andere plaats in de aquifer geïnfiltreerd.
in de winterperiode wordt het opgewarmde water gebruikt als warmtebron voor een warmtepomp. Het afgekoelde grondwater wordt weer in de aquifer geïnfiltreerd op de plek waar in eerste instantie het koude grondwater werd opgepompt. Hiermee is de cirkel gesloten.
Deze systemen worden ook aangeduid als warmte-/koude-opslag (WKO)

Stap 3. Gebruik eindige bronnen efficiënt

Stap 3 is qua duurzaamheid de laagste stap van de trias energetica. Als alles is gedaan aan energiebesparing en duurzame energie, is het zaak om de installaties (voor verwarming, warm tapwater, koude, ventilatie, maar ook liften, niet gebouwgebonden apparatuur) en verlichting zo efficiënt mogelijk te laten werken.
De volgende mogelijkheden zijn er om efficiënt van de eindige energiebronnen gebruik te maken:

hr-installaties en apparatuur
In verwarmingsketels wordt fossiele energie omgezet in warmwater (conversie). Het rendement moet zo hoog mogelijk zijn. Met hr-installaties (cv-ketels, cv-warmwatercombinaties) en systemen voor LTV (lage temperatuur verwarming) kan het rendement aanzienlijk worden verhoogd. Hoog-rendement ketels (hr) winnen energie door de warmteterugwinning uit verbrandingsgassen.
Hr-ventilatoren maken gebruik van energiezuinige voorzieningen zoals motoren, transformatoren of elektriciteit van een laag voltage (zie ook de website van de Stichting HR Ventilatie).
Op het gebied van kantoorapparatuur kunnen flatscreen beeldschermen bijdragen aan een lagere warmtelast, waardoor de behoefte aan koeling afneemt. Indien daarnaast veel daglichttoetreding is (waardoor er minder lichtbronnen zijn die warmte produceren), kan de koelingbehoefte zo afnemen dat nachtkoeling door nachtventilatie afdoende is.

Energie-efficiënte verlichting
Bij de toepassing van kunstlicht kan ook efficiënt van energie gebruik worden gemaakt. Dit kan met energiezuinige verlichting zoals hoogfrequente, regelbare en dimbare verlichting.
Met aanwezigheidsdetectie, tijdsschakelaars en daglichtregeling kan onnodige lichtgebruik worden voorkomen. Bij daglichtregeling wordt de verlichtingssterkte van het kunstlicht afgestemd op de hoeveelheid dag- en zonlicht dat een ruimte binnenkomt. Vaak is daglichtregeling gecombineerd met een zonweringsysteem.
Ook de opstelling van meubilair en apparatuur kan het gebruik van kunstlicht beïnvloeden. Door beeldschermen zo op te stellen dat het daglicht niet reflecteert op het scherm, is het niet nodig om de reflectie met kunstlicht weg te nemen. Kasten, die halverwege een ruimte haaks op de muur staan, maken donkere hoeken, waardoor de gebruiker van de ruimte eerder geneigd is om kunstlicht te gebruiken.