Maatregelencatalogus voor energiereductie in tunnels
Filter op relevante tekst voor onderstaande
Filteren
Maatregelen
Type maatregel
Er zijn vier typen maatregelen: verlichting, ventilatie, gebouwen en "energiesysteem en noodstroomvoorziening"
verlichting
ventilatie
gebouwen
energie
Energie-efficiëntie
Er wordt op twee manieren een indicatie gegeven van het energiebesparingspotentieel. Ten eerste wordt de besparing kort beschreven, in sommige gevallen door een onderbouwing vanuit referenties. Er worden geen expliciete percentuele besparingen genoemd, omdat tunnels sterk van elkaar verschillen en het combineren van maatregelen de procentuele besparing die gehaald kan worden sterk kan beïnvloeden. Om wel een duidelijke indicatie te geven van de te behalen energie-efficiëntievoordelen is ten tweede een label toegevoegd waaruit snel is op te maken hoe de maatregelen zich onderling verhouden. De labels zijn weergegeven als batterijen.
1
2
3
4
Kosten-baten
Er is expliciet gekozen om weg te blijven van harde getallen op het gebied van kosten en opgebrachte energiewinst. Omdat elke tunnel anders is, zullen ook de kosten en opbrengsten voor elke tunnel net anders uitpakken. Om toch te kunnen aangeven in hoeverre de kosten, gemoeid met een maatregel, zich verhouden tot de energiebesparing, wordt in dit document gebruikgemaakt van een klassering met vijf labels.
1
2
3
4
5
Technisch uitontwikkeld
Voor alle technieken/maatregelen die zijn beschreven in dit document geldt dat ze al volledig ontwikkeld en bewezen zijn tot een eindproduct dat zich in de praktijk bewezen heeft. Hier is expliciet voor gekozen omdat het expertteam praktische houvast wil bieden voor energiereductie in de huidige maatschappij. De technieken/maatregelen zijn echter niet altijd al specifiek toegepast in tunnels, of zijn pas recent voor het eerst toegepast in tunnels. Om een beeld te geven van de mate van ‘toegepastheid’, zijn ook hiervoor drie verschillende labels toegekend.
1
2
3
Sluit filters

PDF-versie

Om dit groeiboek offline te bekijken, kunt u via de link hieronder een pdf-versie (12 MB) downloaden. Deze pdf wordt dagelijks geactualiseerd, maar blijft een momentopname: na verloop van tijd kan de gedownloade pdf afwijken van het online groeiboek.


Download pdf-versie

Participeren?

Het groeiboek heet niet voor niets groeiboek: de inhoud kan à la minute bijgewerkt worden om het boek beter te laten aansluiten bij de praktijk. Daar hebben we wel uw hulp voor nodig. Als u iets ziet wat niet klopt, of als u aanvullingen heeft, kunt u via onderstaand formulier contact opnemen. Na overleg kunt u dan rechten krijgen om het groeiboek aan te passen. De aanpassingen worden altijd nog even nagekeken voordat ze online komen.

De velden met * zijn verplicht.

Inhoudsopgave

    Geleerde lessen:
    Geleerde lessen

    Maatregelencatalogus voor energiereductie in tunnels

    1 Introductie

    Auteurs en betrokkenen

    Jasper Borreman, coördinator (Soltegro)

    Karla Ritsema, coördinator (Sweco)

    Johan Naber (Rijkswaterstaat)

    Adrie Umans (Royal HaskoningDHV)

    Peter Overduin (gemeente Den Haag)

    Stein Simons (Simons Engineer TI)

    Samen met het netwerk wil het COB toewerken naar een energieneutrale tunnel. In 2015 zijn er daarom twee expertteams ingericht om maatregelen voor energiereductie in kaart te brengen en te beschrijven in een digitaal groeiboek. In 2020 is opnieuw een groep experts samengesteld om het groeiboek te actualiseren.

    Het groeiboek beschrijft concrete maatregelen voor technische aspecten, het proces en voor contracten. Het energieverbruik van een (bestaande of nieuwe) tunnel kan hiermee substantieel verminderd worden. De juiste toepassing van de maatregelen kan leiden tot een energieneutrale tunnel of zelfs een tunnel die in zijn geheel of deels onafhankelijk is van het energienet!

    1.1 Energiereductie in tunnels als (inter)nationale opgave

    De rijksoverheid heeft op grond van het klimaatakkoord van Parijs, ondertekend in 2015, in 2019 een eigen klimaatakkoord gepresenteerd, gericht op een forse terugdringing van de uitstoot van broeikasgassen. Doel is om de uitstoot in Nederland in 2030 te hebben teruggedrongen met 49% t.o.v. 1990. In Europa pleit het kabinet voor een reductie van 55% in 2030 t.o.v. 1990. Aangezien CO2 veruit het grootste aandeel heeft in de totale uitstoot van broeikasgassen, is het zaak om die uitstoot drastisch te verminderen. Sleutel daartoe is het terugdringen van het gebruik van fossiele brandstoffen – kolen, olie en gas – met andere woorden: het verduurzamen van de energievoorziening.

    In 2013 werd onder toezicht van de SER het Energieakkoord gesloten: hierin zijn nadere afspraken gemaakt voor energiebesparing en de opwekking van hernieuwbare energie voor de diverse sectoren van de maatschappij. In het verlengde van het Energieakkoord hebben het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat (IenW) en Rijkswaterstaat (RWS) zich ten doel gesteld om in de eigen bedrijfsvoering per 2020 de uitstoot van CO2 met 20% te reduceren ten opzichte van 2009. Daarnaast heeft de minister van IenW in een brief aan de Tweede Kamer haar ambitie kenbaar gemaakt om in 2030 de Nederlandse infrastructuur energieneutraal te laten draaien.

    De prijs van energie is geen prikkel

    Over het algemeen wordt reductie van het verbruik van ‘een goed’ ingegeven door de schaarste van dat goed, en dus door de prijs. Bij energie ligt dit anders. De energieprijs per kWh is thans (medio 2020) historisch laag; daarnaast kan de overheid energie extra voordelig verwerven door deze op grote schaal in te kopen. Door de lage energieprijs worden zowel opdrachtgevers als opdrachtnemers van een tunnelproject nauwelijks gestimuleerd om te investeren in energiebesparende maatregelen. Andere mechanismen zullen dus moeten worden overwogen om een significante verandering teweeg te brengen.

    Tunnels verbruiken veel energie

    Tunnels (in dit document een onderdoorgang met een gesloten deel van tenminste 250 meter) verbruiken veel energie, aangezien zij voorzien moeten zijn van diverse, soms energievretende installaties. Tunnelverlichting en -ventilatie zijn wellicht de meest aansprekende. Daarnaast zijn er systemen nodig om in het geval van calamiteiten een tunnel te kunnen ontruimen en de hulpdiensten te assisteren.

    In de loop der jaren is het voorgeschreven voorzieningenniveau alleen maar toegenomen en zijn tunnels dan ook meer energie gaan gebruiken. Een gemiddelde tunnel verbruikt al snel net zo veel als de woonwijk die er – spreekwoordelijk – naast ligt. Met een gemiddeld elektriciteitsverbruik van 1½ tot 2 miljoen kWh per jaar is een tunnel goed voor het verbruik van bijna 600 gemiddelde huishoudens.

    Nu is hét moment

    In de komende jaren worden veel bestaande tunnels grootschalig gerenoveerd. Dit biedt kansen voor nieuwe ontwikkelingen, zowel op technologisch gebied als op het terrein van contractering en aanbesteding van renovatie van bestaande en aanleg van nieuwe tunnels.

    Hoewel het totale energieverbruik van Rijkswaterstaat licht is gedaald (een daling van 0.4% in 2015 ten opzichte van 2009), is het totale energieverbruik van tunnels met 24% gestegen. Dit als gevolg van de ingebruikname van nieuwe tunnels en de verhoging van het veiligheidsniveau van bestaande tunnels, hetgeen zich vertaalt in additionele installaties. In overzichten die RWS jaarlijks presenteert (zie Bijlage 3: De meterstand Rijkswaterstaat) is gebleken dat het energieverbruik van RWS in zijn geheel redelijk stabiel blijft doordat RWS op andere plekken energie bespaart (o.a. door bestaande objecten zuiniger te maken). Bij nieuwe tunnels ligt het energieverbruik aanzienlijk lager dan bij oude, bestaande tunnels; een energieneutrale tunnel ligt binnen handbereik. Met verdere maatregelen in de komende jaren – veelal in het kader van een geplande renovatie – wil RWS het huidige verbruik in bestaande tunnels verder terugdringen.

    De reductie-ambitie op het gebied van energie (d.w.z. algemeen besparen op energie, reduceren van het gebruik van fossiele energie) geldt overigens zeker niet alleen voor Rijkswaterstaat. Nederlandland kent meer tunnelbeheerders: ProRail, gemeenten, provincies en particuliere tunneleigenaren. Zij staan voor dezelfde uitdaging.

    1.2 Energiereductie als opgave binnen duurzaamheid

    Inspiratiedocument Duurzaamheid

    Het aspect energie is in het Inspiratiedocument Duurzaamheid verdeeld over vier aandachtspunten, specifiek voor tunnels:

    1) Minimaliseren en optimaliseren van het energiegebruik.

    2) Minimaliseren van het energietransport, de transformatie en de opslagverliezen.

    3) Mogelijkheden tot (rest)warmtewinning.

    4) Opwekken van energie in tunnelsystemen (maak-/koopbeslissingen).

    Het Inspiratiedocument Duurzaamheid is te te vinden op de kennisbank van het COB.

    De aandacht voor duurzaamheid begint in de tunnelsector steeds meer zichtbaar te worden. Een voorbeeld hiervan is het Inspiratiedocument Duurzaamheid naar aanleiding van het project de Rotterdamsebaan. Hiervoor heeft het COB met een commissie onder leiding van prof.dr.ir. Marcel Hertogh, hoogleraar integraal ontwerp, beheer en onderhoud van infrastructuur aan de TU Delft, negen aspecten van duurzaamheid voor tunnels geformuleerd. Energiereductie was slechts een van die aspecten. In dit inspiratiedocument wordt het volgende gesteld: “Als deelaspect van duurzaamheid streven we naar het realiseren van een energiezuinige, idealiter energieneutrale tunnel, conform de Trias Energetica. De benodigde resterende energie moet vervolgens op een duurzame wijze worden opgewekt”.

    Bron: ODE Decentraal

    1.3 Groeiboek

    De ontwikkelingen op het gebied van maatregelen staan niet stil; daarom is het de bedoeling dat de maatregelen en projectvoorbeelden in de catalogus regelmatig geüpdatet en aangevuld worden. De maatregelencatalogus is dan ook opgezet als een ‘levend document’, een zogeheten groeiboek. De kennis groeit, de mensen die eraan werken groeien in hun rol, de energiewinst groeit. Om dat groeien mogelijk te maken, is deze maatregelencatalogus alleen te raadplegen in digitale vorm, niet als een papieren rapport. Het expertteam roept u op om, indien u nieuwe maatregelen identificeert of maatregelen implementeert in een tunnelproject, deze toe te voegen aan dit document. Op deze wijze groeit het document mee in de tijd.

    >> Nieuwe maatregel of suggestie indienen.

    1.4 Scope van dit groeiboek

    Ook deze (tweede) versie van dit groeiboek heeft nog niet de uiteindelijk gewenste breedte en diepte. In de breedte is het pas ‘klaar’ als energiereductie vanaf de planfase tot en met de renovatie of sloop onder de loep is genomen. Zover gaat het groeiboek nu nog niet.

    Het groeiboek is vooralsnog een inspiratiedocument om betrokkenen in de tunnelbouw een palet aan ideeën te presenteren die zij kunnen toepassen in hun projecten. Hierbij hebben ze een houvast om alle lagen van de Trias Energetica (en meer) aan te pakken.

    Nieuw

    Belangrijk is om te realiseren dat de Trias Energetica ervan uitgaat dat duurzaam energiegebruik altijd begint met het verminderen van de energiebehoefte. Daarom begint dit groeiboek met dat aspect: beperking van de energievraag. Stap 2 van de Trias Energetica – maximaal gebruik van alternatieve, duurzame energiebronnen – komt in deze catalogus nadrukkelijk aan de orde, althans voor zover zich dit beperkt tot energielevering binnen de tunnelgrenzen. Maatregelen voor energiereductie buiten de grenzen van de tunnel, bijvoorbeeld door de integratie van een tunnel in smart grids, blijven vooralsnog buiten beschouwing. In deze editie van de catalogus heeft het expertteam wel een begin gemaakt met het meenemen van stap 3 van de Trias Energetica: het zo efficiënt mogelijk gebruiken van fossiele brandstoffen.

    Richtte de eerste versie van het groeiboek zich nog grotendeels op energiereductie tijdens de gebruiksfase, deze tweede versie bevat ook maatregelen voor energiereductie tijdens de bouwfase, en wel vanuit ervaringen bij de Rotterdamsebaan. Bij dit project werden de ‘lining-elementen’ vanaf opslag op de bouwplaats naar de boormachine getransporteerd met elektrisch aangedreven voertuigen. Ten opzichte van diesel aangedreven voertuigen geeft dit niet alleen een directe energiebesparing, maar ook een indirecte, doordat men in de in aanbouw zijnde tunnel met aanzienlijk eenvoudiger ventilatievoorzieningen kan volstaan.

    1.5 Leeswijzer

    De verzamelde maatregelen richten zich op de belangrijkste pijlers voor energiereductie op dit moment. Die pijlers zijn verwerkt in de hoofdstukken van deze publicatie:

    • Aan de basis van energiereductie in tunnels ligt in het goed inrichten van het hele proces om tot een tunnel te komen, en hoe energiereductie daarin de juiste plek krijgt. Procesmaatregelen ter bevordering hiervan worden beschreven in hoofdstuk 2 Procesmaatregelen.
    • De tweede pijler is de contractuele inbedding van energiereductie. Suggesties worden aangedragen om ‘perverse’ prikkels te neutraliseren en om positieve prikkels te genereren. Ook worden suggesties gedaan om maatregelen het best tot hun recht te laten komen in de verschillende fasen van het project – van de initiële verkenning, via realisatie en oplevering tot in de gebruiksfase – en worden de energie-ambities gekoppeld aan reeds gevalideerde instrumenten, zoals de MKI-index binnen Dubocalc. Het expertteam heeft een aantal technische maatregelen doorgerekend op hun bijdrage aan de energiedoelstelling en de daarbij behorende investeringskosten en life cycle kosten. Deze maatregelen worden beschreven in hoofdstuk 3 Aanbesteding en contract.
    • De derde pijler wordt gevormd door concrete technische maatregelen. Hoofdstuk 4 Werken met de technische maatregelen geeft een korte uitleg van de energieverbruikers van de tunnel en verwijst u naar de bijbehorende maatregelen. In dit hoofdstuk wordt tevens de opbouw van elke technische maatregel beschreven en worden de labels waarmee deze maatregelen worden gewaardeerd in detail uiteengezet. De grootste verbruikers ( hoofdstuk 5 Verlichting, 6 Ventilatie, 7 Gebouwen en 8 Energiesysteem en noodstroomvoorziening ) worden daarna beschreven in eigen hoofdstukken.
    • In hoofdstuk 9 Overige aandachtspunten staan enkele onderdelen van de tunnel waar geen expliciete maatregelen voor zijn verzameld, maar waar wel aandacht aan besteed zou kunnen worden.
    • Als laatste pijler komt de energiereductie bij renovaties aan bod. Hoofdstuk 10 Energiebesparing bij renovatie geeft concrete tips waar op gelet kan worden als het bekeken object reeds bestaat. Met concrete tips en een speciaal opgestelde checklist kan dit hoofdstuk inzicht geven in de mogelijkheden voor energiereductie in dit specifieke geval.

    Bij het opstellen van deze catalogus zijn in eerste instantie maatregelen beschouwd die gebaseerd zijn op bekende technologieën (al dan niet afkomstig uit de tunnelsector), op ervaringen uit het verleden en op praktische haalbaarheid. Met andere woorden, maatregelen die snel en zonder veel risico kunnen worden doorgevoerd.

    1.6 Verantwoording

    Sinds de publicatie in december 2016 is deze maatregelencatalogus (het groeiboek) openbaar beschikbaar. Het is sindsdien door meerdere projecten gebruikt als inspiratiebron of houvast om energiereducerende maatregelen toe te passen. Een mooi voorbeeld is het project A16 Rotterdam waarbij de maatregelencatalogus is gebruikt om de eerste energieneutrale tunnel ter wereld te ontwerpen! In de zomer van 2020 is het concept van de catalogus up-to-date gemaakt met nieuwe technieken en ervaringen uit de praktijk door een expertteam uit verschillende delen van de tunnelsector.

    2 Procesmaatregelen

    Technische en contractuele maatregelen boeten in op effectiviteit, wanneer niet voldaan wordt aan een aantal randvoorwaarden. Omdat in dit groeiboek overal gesproken wordt over maatregelen (zowel technische als contractuele), omschrijft het expertteam randvoorwaarden als ‘procesmaatregelen’. Het zijn immers maatregelen die in het proces van het ontwerpen, bouwen, renoveren of het onderhoud van een tunnel genomen moeten worden om de technische en contractuele maatregelen te kunnen uitvoeren; maatregelen die de condities creëren om technische en contractuele maatregelen optimaal tot hun recht te kunnen laten komen. Dit hoofdstuk geeft een overzicht van deze procesmaatregelen. Daar waar nodig wordt verwezen naar de andere hoofdstukken.

    2.1 Energiereductie tijdens de planfase

    De meeste energiereductie kan behaald worden als al tijdens de planfase rekening wordt gehouden met het te verwachten energieverbruik. In deze fase wordt een kosten-batenanalyse opgesteld, waarin zo goed mogelijk het energieverbruik wordt geprognotiseerd op basis van verwachte energieprijzen. In dit kader is het goed om te melden dat de randvoorwaarden die architecten of planologen stellen of die worden overeengekomen in bestuurlijk overleg, doorgaans niet bevorderlijk zijn voor de energiehuishouding van een tunnel.

    Of de in dit document voorgestelde maatregelen toegepast kunnen worden, zal per project bezien moeten worden. Bij nieuwbouwtunnels kunnen maatregelen al gauw gecombineerd worden met samenwerkende/integrale civiele ontwerpoplossingen waardoor zij een maximaal effect kunnen sorteren. Bij bestaande tunnels daarentegen zal er snel naar compromissen gezocht moeten worden. Dat wil echter allerminst zeggen dat er bij bestaande tunnels geen energiereductie mogelijk is.

    Onderstaande ‘praatplaatjes’, die eenvoudig voor iedere nieuwe of te renoveren tunnel op maat gemaakt kunnen worden, zijn voldoende om op bestuurlijk niveau en vanuit het perspectief van de ambtelijk opdrachtgever een goede afweging te kunnen maken.

    Figuur 1

    Figuur 2

    Figuur 3

    Klap uit Klap in

    2.2 Basisreferentie energieverbruik voor normaal en calamiteitenbedrijf

    Om maatregelen die worden voorgesteld door potentiële opdrachtnemers in hun EMVI-BPKV-inschrijving, goed te kunnen beoordelen, moet een ‘referentieontwerp energieverbruik’ opgesteld zijn, waartegen gewogen kan worden. Na realisatie zal dat ontwerp ook nodig zijn om te kunnen beoordelen of de beoogde (aangeboden) energiereductie ook daadwerkelijk behaald is. Na het bepalen van de te nemen maatregelen kan de verwachte energiereductie worden ingeschat.

    Rekenmodel Rotterdamsebaan

    Deze afbeelding toont een rekenmodel zoals gebruikt bij de aanbesteding van de Rotterdamsebaan, waarin ook de energiekosten per jaar zijn berekend. Dit is een voorbeeld van een mogelijke presentatie en illustratie van de mogelijkheden tot kwantificering van de besparing.

    Omdat veel installaties alleen actief worden bij calamiteiten, dient in het referentieontwerp ook een scenario uitgewerkt te worden waarbij op basis van het calamiteitenscenario inzichtelijk wordt gemaakt wat het verbruik in een dergelijke situatie zal zijn. Dit is overigens ook nodig om te kunnen bepalen wat het aansluitvermogen van het object moet zijn.

    Voor de basisreferentie voor het energieverbruik is er een verschil tussen bestaande objecten en nieuwe objecten:

    Bestaand object

    Nieuw object

    Klap uit Klap in

    Resultaat van maken basisreferentie

    Op basis van het referentieontwerp energieverbruik en de in deze catalogus voorgestelde maatregelen is een aanbestedingsteam in staat om een afweging te maken in het eventueel voorschrijven van maatregelen. Als het team kiest voor voorschrijven, moet een realistische besparing worden ingeschat en moet dit verwerkt worden in het referentieontwerp. Nadat aldus het referentieontwerp qua energieverbruik is bijgesteld, kan het team bepalen wat het resterend besparingspotentieel is en op basis daarvan de doelstelling en de weging vaststellen voor een EMVI-BPKV Duurzaamheid.

    2.3 Basisreferentie energieverbruik meegeven aan gegadigden

    Als de opdrachtgever een referentieontwerp energieverbruik heeft gemaakt, kan dit ook in de aanbestedingsfase worden meegegeven aan de gegadigden. Dit referentieontwerp kan door hen gebruikt worden om op basis van hun ontwerp het theoretische energieverbruik te berekenen. Als tijdsduur kan de exploitatie- en/of onderhoudsperiode (bijvoorbeeld vijftien jaar) worden gekozen.

    2.4 Kosten-batenanalyse energiedoelstelling

    Om te besluiten of een maatregel al dan niet uitgevoerd gaat worden, wordt al snel een berekening gemaakt op basis van kosten en baten. Veelal wordt daarbij dan de besparing op de energiekosten afgezet tegen de kosten om de maatregel te implementeren. Helaas kan dat bij een aantal maatregelen leiden tot een zodanig lange terugverdientijd dat binnen een project / in het kader van een aanbestedingsprocedure al snel gekozen wordt voor ‘het dan maar niet te doen’.

    Op dit moment (zomer 2020) is de prijs van een kWh erg laag. Hiervoor zijn diverse oorzaken aan te wijzen, zoals de extreem lage olieprijs in combinatie met het uiterst onzekere economisch klimaat. Mogelijk zal de energieprijs te zijner tijd wel weer stijgen, waardoor een investering, achteraf bezien, wel degelijk rendabel had kunnen zijn.

    Ook zijn er maatregelen die pas op lange termijn economisch rendabel zijn. Een sprekend voorbeeld hiervan is het al dan niet aanbrengen van een daglichtrooster ter vervanging van een groot deel van de ingangsverlichting. Een dergelijk rooster kan de noodzaak voor het aanbrengen van een flink aantal lampen aan de ingang opheffen, en daarmee ontwerp-, inbedrijfstel-, test-, installatie-, energie- en onderhoudskosten besparen. Een rooster is initieel echter een grote investering en tijdens de exploitatie een extra onderhoudspost, waardoor de terugverdientijd langer kan zijn dan 20 jaar. Met deze maatregel is het mogelijk om circa 10-20% minder energie te verbruiken, en dat is een groot aandeel in de totale doelstelling. Op basis van de huidige inzichten met betrekking tot de energieprijzen is een daglichtrooster in economische zin geen goede maatregel. Dat neemt niet weg dat het aanbrengen ervan om andere redenen toch serieus kan worden overwogen.

    2.4.1 Verbruik, niet de kosten

    De afweging van een maatregel dient te worden gebaseerd op de verwachte hoeveelheid te verbruiken energie, niet op de verwachte kosten ervan. Alleen door uit te gaan van de hoeveelheid kWh kunnen in contractuele zin door middel van de EMVI-BPKV methodiek voldoende prikkels ingebouwd worden.

    2.4.2 Politiek-bestuurlijke doelstellingen

    Los van de economische afwegingen hebben opdrachtgevers ook politiek-bestuurlijke doelen. Natuurlijk moet een tunnel veilig zijn en moet het verkeer er betrouwbaar gebruik van kunnen maken. Maar de maatschappij dient ook duurzaam te worden en daaraan kunnen tunnels bijdragen. Opdrachtgevers kunnen daarom overwegen om maatregelen die op economische gronden niet direct voor de hand liggen, toch als eis op te nemen in een contract om aan de maatschappelijke doelstellingen te voldoen.

    2.4.3 Economische afweging

    Vanwege de complexiteit van de afweging (zie hiervoor), zijn bij de technische maatregelen in dit groeiboek steeds twee labels opgenomen voor de kosten-batenanalyse. Er is expliciet gekozen voor labels en niet voor procenten en getallen, omdat deze per specifiek tunnelproject grote verschillen kunnen tonen. Het eerste label is een indicatie van de economische afweging, het tweede label een indicatie van de bijdrage aan de energiedoelstelling. De uitleg en schaal van deze labels is gegeven in paragraaf 4.3 Opbouw van de maatregelen. De labels kunnen goed gebruikt worden als houvast bij initiële afwegingen tot het toepassen van de maatregel.

    2.5 LTS en de ‘issue advisory board’

    Voor de veiligheidsnorm en het gestandaardiseerde uitrustingsniveau is er de tunnelwetgeving. Deze wetgeving is voor rijkstunnels in operationele zin vertaald in de Landelijke Tunnelstandaard (LTS). Om van de tunnelstandaard te kunnen afwijken, is een proces ingericht, waarbij de Issue Advisory Board (IAB) en de Issue Control Board (ICB) ieder hun eigen rol hebben. De leden van deze boards vertegenwoordigen verschillende disciplines: tunnelveiligheid, techniek, business, beheer, etc. Zij maken voor een aan hen voorgelegde casus een multidisciplinaire afweging, waarin duurzaamheid een steeds belangrijker onderdeel vormt. Er kan dus vaak meer dan u denkt!

    Met dit gegeven werkt het gebruik van de maatregelencatalogus in tunnelprojecten als volgt:

    • Onderzoek welke maatregelen uit de catalogus voor het project toepasbaar/bruikbaar/effectief zijn (hierin de gehele keten meenemen) in het ontwerpproces, met inachtneming van de eisen uit de LTS in geval van rijkstunnels.
    • Als de maatregel met de specifieke uitwerking in lijn is met de LTS, dan betreft het een projectspecifieke invulling die consistent is met de LTS.
    • Als daarentegen wordt afgeweken van de LTS, dan is er sprake van een ‘projectspecifieke afwijking’, waardoor behandeling in de IAB en ICB noodzakelijk is. Het besluit dat de IAB en ICB terzake nemen, kan van invloed zijn op de maatregel die gekozen is (met name op de uitwerking ervan).

    Overigens kunnen issues volgens dit proces ook leiden tot aanpassing van de LTS.

    3 Aanbesteding en contract

    Investeringskosten versus effecten en waardering

    De afweging die marktpartijen maken tussen enerzijds de investeringskosten en anderzijds de effecten en de waardering van bepaalde energiereducerende maatregelen, is van groot belang. Als een energiereducerende maatregel hoge investeringskosten vergt, terwijl de waardering daarvan (vooralsnog) onduidelijk of onzeker is, dan zal een aanbieder niet snel geneigd zijn die investering te doen.

    In onderstaande tabel is te zien hoe de waarde van een energiereducerende maatregel beoordeeld zal worden vanuit het perspectief van de opdrachtnemer. De tabel laat zien wanneer een maatregel door de opdrachtnemer automatisch zal worden uitgevoerd, en wanneer een opdrachtgever een maatregel beter aanvullend kan stimuleren. Hoe hoger de waarde, des te waarschijnlijker het is dat de opdrachtnemer de maatregel zelf neemt. Bij een lagere waarde zal de opdrachtgever dus een stimulans moeten bieden als de implementatie van een specifieke maatregel gewenst is.

    Waarde

    Economisch rendabel vanuit opdrachtnemersperspectief

    1

    Terugverdientijd is gelijk aan contractduur, of maatregel verhoogt het risicoprofiel.

    2

    Over de contractduur is het rendement 2% van de geïndexeerde kosten, of maatregel draagt bij aan MVO-doelstellingen opdrachtnemer.

    3

    Over de contractduur is het rendement 5% van de geïndexeerde kosten, maar maatregel verhoogt het risicoprofiel van oplevering of exploitatie.

    4

    Over de contractduur is het rendement 5% van de geïndexeerde kosten, risicoprofiel kan gemitigeerd worden.

    5

    Over de contractduur is het rendement groter dan 10% van de geïndexeerde kosten.

    Dit hoofdstuk geeft een overzicht van verschillende prikkels, zowel tijdens de aanbestedingsprocedure als in contractteksten, ter bevordering van energiebesparing en/of het gebruik van duurzame energie in tunnels. Het is met name interessant voor publieke opdrachtgevers die in een contracteringsstrategie of in een concreet inkoopplan vanuit de duurzaamheidsdoelen afwegingen willen maken tussen verschillende contractvormen en binnen een gekozen contract tussen diverse bepalingen. Zie ook Bijlage 4: Contractvormen voor een uitleg van de verschillende contractvormen. Ook via de wijze van aanbesteden kan de opdrachtgever trachten zijn doelen t.a.v. duurzaamheid zo goed mogelijk te halen.

    Drie belangrijke sleutels tot energiereductie in tunnels zijn verwerkt in dit hoofdstuk:

    1. Keuze van de bouwcontractvorm

    2. Specifieke contractbepalingen

    3. Wijze van aanbesteden

    Klap uit Klap in

    3.1 Prikkels aanbestedingsprocedure en contract

    Deze paragraaf geeft een opsomming van positieve prikkels die binnen een aanbestedingsproces en binnen een contract door opdrachtgevers kunnen worden ingezet. Ook komen de haken en ogen aan de orde: averechts werkende prikkels.

    3.1.1 Mogelijkheden aanbestedingsprocedure

    Ken een hoge fictieve waarde toe aan het kwaliteitsaspect energiereductie

    Waardeer kwaliteit hoger dan of gelijk aan prijs en wel met een plafondprijs en eventueel een bodemprijs

    Maak een reservering ten behoeve van energiereducerende maatregelen

    Invulling BPKV-gunningscriterium niet alleen kwantitatief maar ook kwalitatief

    Benchmark opdrachtnemers en gebruik dit als imagoprikkel

    Klap uit Klap in

    3.1.1 Mogelijkheden contract

    Oplossingsvrij specificeren

    Maak opdrachtnemer verantwoordelijk voor energierekening, zowel tijdens realisatie als onderhoud

    Geef kortingen, boetes of bonussen voor de verplichtingen t.a.v. het energieverbruik

    Neem het meten van het energieverbruik van deelsystemen op als eis in de uitvraag voor nieuwe tunnels

    Klap uit Klap in

    3.2 Contractvormen en energiereductie

    Een tunnelcontract dat heden ten dage op de markt komt, is zonder de nodige energie bepalingen – in de meest brede zin van het woord – nauwelijks nog denkbaar. Vanuit de gangbare ‘design and build’-contracten ligt een grote kans om een energiezuinige tunnel aan te leggen, dan wel een bestaande te renoveren, door aan het contract een substantiële beheer- en onderhoudsperiode toe te voegen.

    Onderstaand wordt nader ingegaan op de relatie tussen het contract en de mogelijkheid om te sturen op energiereductie.

    3.2.1 Algemeen

    Binnen de gangbare contractvormen voor nieuw te bouwen en te renoveren tunnels kan onderscheid worden gemaakt tussen de ‘traditionele’ contracten en de geïntegreerde contractvormen.

    In een traditioneel contract wordt voor iedere fase en/of ieder perceel afzonderlijk een individueel contract afgesloten. De verantwoordelijkheid voor de raakvlakken tussen deze contracten met uiteenlopende opdrachtnemers ligt bij de opdrachtgever. In een geïntegreerd contract worden de verschillende fasen/verschillende disciplines van het bouwproces in één contract en bij één opdrachtnemer ondergebracht. Het gaat dan om de taken: ontwerp, engineering, de civiele constructie, de technische installaties en het onderhoud van het geheel gedurende een zekere periode. Financiering behoort – behoudens enkele lopende Rijkswaterstaatcontracten (stand medio 2020) – niet meer tot die taken.

    Daarnaast wordt in de infrastructuur een enkele keer gebruikgemaakt van een alliantiecontract. In een alliantie werken opdrachtgever en opdrachtnemer samen en delen zij kansen en risico’s. Een alliantie kan worden toegepast voor zeer complexe en/of innovatieve bouwprojecten: vanwege de onvoorspelbaarheid van de risico’s kan het beter zijn om ‘in voor-en tegenspoed’ met elkaar samen te werken. Overigens kan een dergelijke alliantie-achtige samenwerking al plaatsvinden in de aanbestedingsfase. Een voorbeeld daarvan is de convergentiefase. Rijkswaterstaat past een dergelijke werkwijze toe in tunnelprojecten onder het regime van DBFM-contracten, zoals de A9 Gaasperdammertunnel van het programma Schiphol-Amsterdam-Almere (SAA).

    3.2.2 Voor- en nadelen contractvormen

    Onderstaand passeren de diverse contracten de revue die kunnen worden ingezet voor de aanleg en/of de renovatie van een tunnel, met voor elk type de mate van geschiktheid om energieverbruik te reduceren/te verduurzamen.

    Het ‘traditionele’ contract

    Het E&C- en D&C-contract

    Het DBM-contract

    Het DBFM-contract

    Klap uit Klap in

    4 Werken met de technische maatregelen

    Dit hoofdstuk biedt de basiskennis die nodig is om met technische maatregelen het energieverbruik van de tunnel te reduceren. Eerst wordt een kort inzicht gegeven in het energieverbruik van een tunnel en de grootste energieverbruikers. Daarna volgt een toelichting op de vaste opbouw van de maatregelen die verderop in het groeiboek worden beschreven.

    4.1 Energieverbruik van de tunnel

    Gemiddeld gezien gebruiken tunnels tussen de 1,5 en 2 miljoen kWh per jaar. Onderstaande figuur visualiseert dat sommige systemen altijd aanstaan en continu energie verbruiken (groen, basisverbruik), een paar systemen overdag een extra energievraag hebben (geel, basisverbruik), en dat er systemen zijn die in de tijd maar kort aan staan, maar verhoudingsgewijs wel een enorme piek aan energie vragen (rood, calamiteit).

    Figuur: Indicatie energieverbruik tunnels uitgezet als functie van tijd. De verticale richting geeft een indicatie van het vermogen dat gevraagd wordt door de installaties. het oppervlak van de blokken geeft het aandeel van het jaarlijks verbruik (gesommeerd oppervlak is weergegeven met een stippellijn).

    Het basisverbruik zijn doorgaans systemen die vanwege het gekozen voorzieningenniveau aanwezig zijn en waar energiemaatregelen vanwege het 24/7-karakter snel kunnen leiden tot besparingen. Enkele voorbeelden hiervan zijn de basisverlichting in de nachtstand, ICT-systemen en camerasystemen. In de regel horen alle systemen die zijn aangesloten op een accusysteem (ofwel UPS of no-break) hierbij. Additioneel kunnen ook de energieverliezen in het energiesysteem zelf hieronder beschouwd worden. De systemen die overdag veel energie vragen (vooral de ingangsverlichting en de hogere lichtstand van de basisverlichting) vormen ook een aanzienlijk deel van het verbruik. Het basisverbruik en het verbruik overdag vormen samen het ‘dagdagelijks verbruik’. Voor duurzame opwekking, opslagsystemen en minder afhankelijk zijn van het openbare net, is dit dagdagelijkse verbruik een belangrijk aspect.

    In het geval van een calamiteit vragen bijvoorbeeld ventilatoren en brandpompen een enorme hoeveelheid energie, maar in de regel gebeurt dit slechts enkele uren en een beperkt aantal malen per maand/jaar. Omdat deze systemen wel van cruciaal belang zijn voor de zelfredzaamheid en veiligheid van weggebruikers, ligt het minder voor de hand om hierop te besparen, aangezien ze veelal ook gebonden zijn aan wetgeving, openstellingsvergunningen en andere bestuurlijke afspraken. Een besparing van 10% op het momentane verbruik klinkt wellicht interessant, maar in de tijd gezien draagt het mogelijk maar weinig toe aan het totale jaarverbruik van de tunnel, en bovendien kan dat leiden tot grotere risico’s op bijvoorbeeld bestuurlijk vlak of het veiligheidsniveau ten tijde van een calamiteit. Energiemaatregelen in deze systemen moeten dan ook tegen die achtergrond beschouwd worden.

    4.2 Belangrijkste energieverbruikers en overige technische aspecten

    Deze paragraaf geeft een korte beschrijving van de grootverbruikers binnen de tunnelsystemen en een indicatie van het aandeel in het energieverbruik van een gemiddelde tunnel. Dit aandeel is een richtwaarde en kan per tunnel verschillen (zie ook het artikel Zero energy tunnel-onderzoek opmaat voor praktijkproef).

    Naast de belangrijkste energieverbruikers zijn er technische aspecten die moeten worden meegenomen om tot een optimale energiehuishouding voor een tunnel te komen. Het gaat hierbij om pompen, blusleidingen en het civiele ontwerp. Het expertteam vraagt ook aandacht voor meet- en regeltechniek en het verschil tussen het geïnstalleerde vermogen van een installatie en het gebruik ervan.

    Verlichting (50%)

    Ventilatie (17%)

    Gebouwen (11%)

    Energiesysteem en noodstroomvoorzieningen (22%)

    Pompen en blusleidingen

    Meten is weten

    Geïnstalleerd vermogen versus werkelijk verbruik

    Klap uit Klap in

    4.3 Opbouw maatregelen

    Voor de beschreven aspecten heeft het expertteam een aantal technische maatregelen uitgewerkt. Deze volgen in de hoofdstukken hierna. Om een heldere uitleg te geven voor elke maatregel zijn deze volgens een vast stramien beschreven:

    Een algemene omschrijving van de maatregel

    De situatie die tot veel energieverbruik kan leiden wordt omschreven, evenals de voorgestelde maatregel. Hierna volgt een puntsgewijze uiteenzetting die uitgeklapt kan worden voor meer informatie.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Er wordt op twee manieren een indicatie gegeven van het energiebesparingspotentieel. Ten eerste wordt de besparing kort beschreven, in sommige gevallen door een onderbouwing vanuit referenties. Er worden geen expliciete percentuele besparingen genoemd, omdat tunnels sterk van elkaar verschillen en het combineren van maatregelen de procentuele besparing die gehaald kan worden sterk kan beïnvloeden.

    Om wel een duidelijke indicatie te geven van de te behalen energie-efficiëntievoordelen is ten tweede een label toegevoegd waaruit snel is op te maken hoe de maatregelen zich onderling verhouden. De labels zijn weergegeven als batterijen, zie de tabel hieronder.

    Label

    Omschrijving

    Met deze technologie kan er zoveel energie bespaard worden dat het een significante impact heeft op het totale energiegebruik van de tunnel.

    De technologie biedt de mogelijkheid om een groot aandeel van een grote energieverbruiker in de tunnel te besparen. Op het totale tunnelniveau is de impact echter niet zeer hoog.

    De technologie op zichzelf bespaart veel energie voor een specifiek aandeel van de tunnel ten opzichte van de meer gangbare technieken. Er dienen meerdere van dit soort besparingen doorgevoerd te worden voordat er een significante impact is op het totale energieverbruik van de tunnel.

    De energiebesparing:

    – Nog onbekend.

    – Verhindert overige besparingen

    – Sterk gecompliceerd en levert bij onjuiste implementatie geen (grote) energiebesparing.

    – Goed, maar voor de productie van de technologie is veel energie nodig.

    – Beter dan zijn voorganger, maar levert geen aanzienlijke energiebesparing.

    De energiebesparing:

    – Levert slechts zeer geringe energiebesparing (bij lage kosten van componenten nog steeds interessant)

    – Verhindert overige technieken die significant meer besparing opbrengen.

    – Sterk gecompliceerd, tot het niveau dat het ook meer energie zou kunnen verbruiken.

    Toetsing aan LTS

    Voor een deel van de lezers van dit document kan het van belang zijn dat de maatregel voldoet aan de LTS. Daarom is iedere maatregel aan de LTS getoetst. De geïnteresseerde lezer wordt tevens doorverwezen naar het Kennisplatform Tunnelveiligheid (KPT) dat een groot deel van de maatregelen heeft gecheckt op de Warvw, de Rarvw en normen en richtlijnen in het Bouwbesluit. In Bijlage 2: Toetsing wet- en regelgeving is een overzicht van de bevindingen van het KPT opgenomen.

    Consequenties maatregel op beschikbaarheid / betrouwbaarheid / onderhoudbaarheid

    Per maatregel wordt hierbij specifiek aandacht besteed aan de exploitatiefase: bij de aanleg van een tunnel kan het best zijn dat deze relatief energiezuinig is, in de praktijk moet dit ook onderhouden worden. Helaas blijkt dat door het verlopen van sensoren, veroudering of vervuiling van meetsensoren of het ongemerkt insluipen van afwijkingen in de energiekwaliteit, het verbruik sterk kan gaan oplopen. Relatief simpele maatregelen in de gebruiksfase kunnen bijdragen tot beperking van het energieverbruik over de jaren heen.

    Veiligheidsconsequenties

    De specifieke consequenties van de maatregel voor tunnelveiligheid worden uiteengezet.

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    De specifieke consequenties voor de verkeersgebruiker (automobilisten etc.) worden uiteengezet.

    Technisch uit-ontwikkeld (‘volwassenheid’)

    Voor alle technieken/maatregelen die zijn beschreven in dit document geldt dat ze al volledig ontwikkeld en bewezen zijn tot een eindproduct dat zich in de praktijk bewezen heeft. Hier is expliciet voor gekozen omdat het expertteam praktische houvast wil bieden voor energiereductie in de huidige maatschappij. De technieken/maatregelen zijn echter niet altijd al specifiek toegepast in tunnels, of zijn pas recent voor het eerst toegepast in tunnels. Om een beeld te geven van de mate van ‘toegepastheid’, zijn ook hiervoor labels toegekend, zie tabel hieronder.

    Label

    Omschrijving

    De techniek wordt al (breed) toegepast in tunnels. Wellicht ook al in rijkstunnels. Er is voldoende (gedetailleerde) praktijkinformatie beschikbaar over het functioneren van de maatregel. De techniek is zodanig standaard dat deze direct of enkel met kleine aanpassingen toegepast kan worden in de beoogde tunnel.

    De maatregel/techniek wordt al breed toegepast in andere objecten, en ook in enkele (wellicht buitenlandse) tunnels. Het is bewezen dat de techniek toepasbaar is in tunnels, maar er is nog geen uitgebreide praktijkinformatie over het functioneren van de maatregel.

    De maatregel/techniek wordt al (breed) toegepast in objecten, maar niet in tunnels. Er is dus nog geen praktijkinformatie beschikbaar over het functioneren van de maatregel specifiek in tunnels. Technisch gezien is deze technologie wel goed toepasbaar. Oftewel, de basistechniek kan goed doorontwikkeld worden voor tunnels.

    Kosten-baten

    Er is expliciet gekozen om weg te blijven van harde getallen op het gebied van kosten en opgebrachte energiewinst. Omdat elke tunnel anders is, zullen ook de kosten en opbrengsten voor elke tunnel net anders uitpakken. Om toch te kunnen aangeven in hoeverre de kosten, gemoeid met een maatregel, zich verhouden tot de energiebesparing, wordt in dit document gebruikgemaakt van de onderstaande klassering:

    Label

    Omschrijving

    De technologie is (zeer) goedkoop en zal zijn kosten op korte termijn zeker terugverdienen.

    De technologie is goedkoop genoeg om zijn kosten terug te verdienen.

    Het is niet te zeggen of de technologie zichzelf terugverdient. Wellicht dient er met een (kunstmatig) hogere energieprijs te worden gerekend.

    Er dient met een (kunstmatig) hogere energieprijs te worden gerekend om deze technologie terug te verdienen. Wellicht is extra inleg vanuit een subsidie noodzakelijk.

    De technologie zal zich hoogstwaarschijnlijk niet terug verdienen. Met subsidie is het realiseren nog wel goed mogelijk.

    Referenties

    Verwijzingen naar websites en projecten waar de maatregelen of de techniek worden toegelicht.

    Toepasbaar in spoortunnels

    Een korte toelichting of de maatregel toepasbaar is in spoortunnels.

    5 Verlichting

    COB-onderzoek Verduurzaming tunnelverlichting

    Vanuit het COB, in samenwerking met het Franse CETU, is een onderzoeksprogramma gaande naar mogelijkheden om het energieverbruik van tunnelverlichting te reduceren. De belangrijkste onderwerpen van onderzoek:

    • Is het mogelijk om bij het gegeven waarnemingsniveau, opgenomen in de richtlijnen op basis van SON-T, het voorgeschreven lichtniveau te reduceren als ledverlichting wordt toegepast?
    • Is het mogelijk om met dynamisch regelen van de verlichting, gebruikmakend van parameters als werkelijk gereden snelheid en de verkeersintensiteit, het lichtniveau actief te sturen ?
    • Wat is de invloed van de lichtkleur van led op de waarneembaarheid in de tunnel ?

    In de loop van 2020 is met een aantal praktijkproeven data verzameld waarmee nieuwe inzichten zijn verkregen. Deze inzichten zullen worden verwerkt in de Richtlijn Tunnelverlichting van de NSVV en kunnen dan als basis dienen voor komende lichtontwerpen. Voor meer informatie: www.cob.nl/tunnelverlichting.

    De functie van de tunnelverlichting is ‘het zichtbaar maken van verkeer, het verloop van de rijbaan, de verkeersbuis en incidenten voor weggebruikers, tunneloperator en hulpdiensten’. Dit hoofdstuk presenteert maatregelen om het energieverbruik van de verlichting te reduceren. Verlichting in dienstgebouwen wordt (kort) behandeld in 7.3 Aanwezigheidsdetectie. Elke maatregel wordt beschreven volgens de vaste indeling zoals toegelicht in hoofdstuk 4 Werken met de technische maatregelen. Zie voor achtergrondinformatie over verlichting tevens: Bijlage 1: Achtergrondinformatie energieverbruikers.

    5.1 Daglichtrooster

    Samenhangende aspecten daglichtrooster

    Als een daglichtrooster toegepast wordt, zou dit gecombineerd kunnen worden met het gebruik van zonnepanelen (lamellen bekleden met panelen, zie maatregel 5.4 Ledtechnologie met dynamische regelingen). Verdere mogelijkheden zijn het op hoger/maaiveldniveau afvoeren van een deel van het hemelwater (zie Pompen maatregel 1) en, bij nieuwbouw, het vereenvoudigen van de civiele constructie van de wanden door het rooster tevens in te zetten als stempelconstructie. Een extra aspect passend binnen dit kader is de hemelafscherming; het afschermen van de hemel binnen het blikveld van de weggebruiker met een positieve bijdrage op de herkenbaarheid van voorliggend verkeer.

    Om bij de overgang tussen (fel) daglicht en de donkere tunnel het oog te laten wennen aan de aanzienlijk geringere lichtintensiteit, kan in plaats van kunstmatige verlichting in het begin van de tunnelbuis gebruikgemaakt worden van een toenemende verduistering door het aanbrengen van een zonlicht reducerend rooster (Peña-García, A. en L.M. Gil-Martín, 2013). Bij een aantal (rijks)tunnels is in het verleden een daglichtrooster toegepast. Bij de Velsertunnel is dit een omvangrijke betonnen constructie (die tevens dienst doet als stempel om de wanden te ondersteunen), bij andere tunnels (Eerste Heinenoord-, Noord- en Zeeburgertunnel) is het een lichtmetalen lamellenconstructie.

    https://www.cob.nl/wp-content/uploads/2018/01/Waterwolftunnel1b.jpg

    In de Waterwolftunnel wordt met de afbouw van het luminantieniveau begonnen na het ingangsportaal, dus pas in de tunnel zelf. (Bron: Heijmans)

    Het toepassen van daglichtroosters is op een gegeven moment gestopt. De redenen daarvoor zijn divers, maar de belangrijkste was dat het ‘gemakkelijker’ was om de afbouw van lichtintensiteit te realiseren met (tegenstraal)verlichting. Ook het aspect van ijsvorming op de constructie werd wel gebruikt als reden om ervan af te zien. In de tunnels waar daglichtroosters aanwezig zijn, hebben de roosters echter een onmiskenbaar positief effect op het energieverbruik. In de praktijk blijken de argumenten rondom de ijsvorming ook slechts zelden een probleem.

    Het blijft een gegeven dat het realiseren van daglichtroosters materiaal-intensief is. Er dient dus gestreefd te worden naar duurzame productie van deze roosters, zodat deze ook in de totale balans duurzaam uitpakken. In de praktijk blijkt dat het aanbrengen van een rooster, met alleen reductie van het energieverbruik voor de ingangsverlichting als onderbouwing, niet voldoende gunstig uitpakt. Als echter de combinatie wordt gemaakt met zonnepanelen, het beperken van de benodigde bouwkundige constructie voor het opvangen van de bodemdruk op de hellingwanden of gewoon met het oog op vormgevingsaspecten, is het aanbrengen van daglichtroosters bij nieuwbouw en grootschalige renovaties zeker het overwegen waard.

    Overigens blijkt het geheel vervangen van de ingangsverlichting door het aanbrengen van een daglichtrooster niet altijd mogelijk. De oriëntatie van de rijrichting (noord-zuid, oost-west) is van grote invloed. Het kan zelfs noodzakelijk blijken om juist verlichting aan te brengen onder het rooster om in schemeromstandigheden nog voldoende lichtniveau te hebben. Een leerpunt bij RWS is dat de vorm van de lamellen ook een flink verschil maakt. Het Z-profiel van de Noordtunnel blijkt het best te functioneren.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    5.2 Ledverlichting

    De huidige ledtechnologie maakt het mogelijk om een forse energiereductie te behalen. Het toepassen van ledtechniek waarbij met behulp van speciaal gevormde lenzen op de leds zelf het opgewekte licht heel specifiek gestuurd kan worden, maakt dat het rendement van de armaturen erg hoog is. Het licht kan precies daar naartoe gestuurd worden waar het nodig is. Ook is het rendement van de techniek zelf de afgelopen jaren sterk ontwikkeld, waardoor een veel betere lumens-wattverhouding gerealiseerd is. Dit maakt dat de ledtechniek de – op zich al erg zuinige – SON-T-verlichting voorbij is gestreefd in efficiëntie (Bored Panda, 2016).

    Ledverlichting in de Tweede Coentunnel. (Bron: Splinternieuwe Tweede Coentunnel led-verlicht | Mobiliteitsplatform uit 2013)

    Het brede lichtspectrum van ledverlichting draagt bovendien bij aan de zichtbaarheid en kleurechtheid van objecten in de tunnel, waardoor de visuele geleiding en herkenbaarheid toeneemt. Ook kent ledtechniek geen opwarmtijden, waardoor deze direct inzetbaar is; er hoeft niet meer ‘op voorhand’ geschakeld te worden.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    5.3 Ledtechnologie met dynamische regelingen

    Er wordt op dit moment al bijna zonder uitzondering gebruikgemaakt van led als lichtbron. Dit heeft bij die tunnels al geleid tot een aanzienlijke energiebesparing. Maar ledtechniek heeft meer belangrijke voordelen. De wijze van regelen en de snelheid van regelen bieden nieuwe mogelijkheden. Omdat de actueel benodigde hoeveelheid licht veel beter kan worden bepaald en bestuurd, kan de intensiteit worden geregeld op basis van de echte behoefte (dynamisch regelen), zie bijvoorbeeld het artikel Schréder lights Nevada Interstate tunnel with LEDs. Denk aan actieve besturing op basis van actueel gemeten lichtintensiteit buiten de tunnel, of het fijnmaziger kunnen regelen van intensiteit van licht in de nachtelijke uren.

    https://www.cob.nl/wp-content/uploads/2018/01/Boxemtunnel_Philips.jpg

    De Boxemtunnel in Zwolle maakt gebruik van ‘TotalTunnel’, een connected verlichtingssysteem. (Bron: Philips)

    Voorbeeld dynamisch regelen

    In het voorjaar van 2018 heeft Rijkswaterstaat in de Tweede Heinenoordtunnel ledverlichting met een dynamische regeling laten monteren. Omdat de Tweede Heinenoordtunnel alleen gebruikt wordt voor langzaam verkeer is daar geëxperimenteerd met bewegingsdetectoren bij de ingang van de tunnelmonden. Wordt de tunnel niet gebruikt, dan schakelt de verlichting naar ca. 1/5 van de maximale waarde in de nacht, of schakelt deze van dag- naar nachtniveau overdag. Het lichtniveau in de tunnel is dan nog steeds genoeg om te kunnen waarnemen en je te oriënteren. Bij normaal gebruik van de tunnel worden de armaturen afhankelijk van de lichtomstandigheden buiten ook nog weer dynamisch geregeld binnen een opgegeven bandbreedte.

    Bovenop al deze maatregelen is er ook sprake van een automatische regeling van de veroudering van de leds waardoor in de beginsituatie de lampen op een minder intensiteitsniveau worden aangestuurd.

    Onderdelen van de hier toegepaste besparingsopties zijn zeker te overwegen bij toepassingen van fietstunnels en andere onderdoorgangen.

    Doordat er van TL werd overgegaan op dynamisch geregelde ledtechniek is de besparing bijna sensationeel te noemen. Tot wel 70% (!) energiebesparing op de verlichting, terwijl de beleving voor passanten beter is geworden.

    Om dynamische regeling mogelijk te maken, dienen nieuwe installaties te worden voorzien van intelligente besturing, ten minste per zone, maar liever per armatuur, waarbij in een centrale processor besturingsalgoritmen geprogrammeerd kunnen worden. Ingangsverlichting wordt zo niet meer ‘overstuurd’; er kunnen in een directe regeling wellicht binnen enkele seconden aanpassingen plaatsvinden, lampen geven niet meer licht dan nodig en verbruiken dus ook niet meer dan nodig. De nadelen van het opwarmen van lampen en het niet direct weer kunnen inschakelen (belangrijk nadeel van SON-T) spelen bij led niet.

    De lengte van de ingangsverlichting in de tunnel wordt nu nog bepaald door de ontwerpsnelheid en is veelal een vast gegeven. Met dynamische regeling kan deze lengte van de ingangsverlichting actief geregeld worden door de werkelijke snelheid van het verkeer, al dan niet in combinatie met de daadwerkelijke lichtomstandigheden buiten de tunnel. Hiermee wordt het mogelijk om de lampen die verder in de tunnel zijn geplaatst actief te dimmen of eventueel zelfs uit te schakelen. De gedachte hierbij is dat de zogenoemde CIE-curve actief op de actuele omstandigheden wordt ingesteld. Voor meer info over de CIE-curve zie de Richtlijn tunnelverlichting van de NSVV.

    Invloed rijsnelheid op de ingangsverlichting

    Het lichtniveau bij de ingang van een tunnel is afhankelijk van de lichtomstandigheden net buiten de tunnel. Hoe ver de ingangsverlichting moet doorlopen, hangt af van de snelheid van het binnenrijden. Hierbij is het begrip ‘de stopafstand’ bepalend. Hoe hoger de snelheid, hoe langer de stopafstand. Bij een snelheid van 100 km/uur is de benodigde lengte ca. 150 meter, bij een snelheid van 120 km/uur is deze 210 meter. Daarnaast houdt men in de ingangszone ook rekening met de reactietijd bij het waarnemen van een gevaar. Bij een hogere snelheid heeft men ook al meer meters afgelegd. Het reduceren van de (ontwerp)snelheid heeft dus veel invloed op de lengte van de ingangsverlichting en dus op het energieverbruik, vooral bij zonnige omstandigheden.

    De eerste besparing kan al gedaan worden door bewust te kiezen de verlichting te ontwerpen op de daadwerkelijke toegestane maximumsnelheid en niet op een theoretische snelheid gekozen om redenen van wegontwerp. In diverse buitenlanden wordt vaak net voor de tunnel een snelheidsbeperking ingesteld om daarmee de benodigde verlichting te reduceren.

    In de nachtelijke uren kan het lichtniveau afhankelijk gemaakt worden van de verkeersintensiteit en zou de basisverlichting verder worden gedimd kunnen worden. Het is zelfs denkbaar de lichtintensiteit actief te laten afhangen van de werkelijke snelheid in plaats van een statisch gekozen ontwerpsnelheid.

    Een groot bijkomend voordeel is dat met intelligente besturing ook gestuurd kan worden op het aantal branduren en de brandintensiteit per armatuur(groep), waardoor de levensduur van de installatie als geheel verlengd kan worden.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    5.4 Reductie voorgeschreven luminantieniveaus

    Het reduceren van het voorgeschreven lichtniveau kan een positief effect hebben op het energieverbruik van de tunnel. Veel weggebruikers ervaren de verlichting op basis van led als zeer licht: ‘het zou wel een tandje minder kunnen’. De huidige voorschriften voor verlichtingsniveaus zijn gebaseerd op oude lichttechnieken (gasontladingslampen). Nieuwe verlichting als led wordt nog aangebracht volgens die normen, hoewel er sprake is van een heel andere techniek en kleuropbouw. Hierdoor is er een andere lichtbeleving.

    Indicatieve proeven in de Heinenoordtunnel en de Velsertunnel, maar ook in het buitenland, geven als resultaat dat de lichtwaarde bij led tot zelfs de helft van die van SON-T teruggebracht kan worden. Er zijn allerlei factoren die een goede waarneming bevorderen. Zaken als contrast, kleur van de wanden, asfalt, vormgeving van de ingang, etc. spelen ook een rol. Het is complex om te bepalen hoe een weggebruiker waarneemt en vervolgens hoeveel licht voor een goede waarneming nodig is. Subjectiviteit van waarnemen en sentimenten spelen hierbij ook een grote rol.

    Verschil LED verlichting en SON-T tijdens proef in de mont blanc tunnel. Bron: Kansen voor elektriciteitsbesparing tunnelverlichting.

    Rijkswaterstaat laat onderzoek uitvoeren naar de mogelijkheden om subjectiviteit om te zetten in meetbaarheid. Ook de CETU (Frankrijk) is bezig met onderzoeken op dit vlak. Rijkswaterstaat voert o.a. in samenwerking met de KU Leuven een studie uit naar een representatieve simulatie-omgeving, waaruit uiteindelijk aanbevelingen kunnen voortkomen ten aanzien van het benodigde lichtniveau in een (specifieke) tunnel. Mogelijk kunnen de resultaten van dit onderzoek de weg vrijmaken voor reductie van de lichtniveaus zoals die nu in de Richtlijn tunnelverlichting zijn opgenomen. Ondertussen kunnen er door het inzetten van proeven met experts en grotere groepen proefpersonen mogelijk al stappen gezet worden, zeker gezien het besparingspotentieel.

    Het verdient aanbeveling bij de aanleg van nieuwe installaties al rekening te houden met het eventueel kunnen dimmen van de verlichtingniveaus (no-regretmaatregel). Deze maatregel kan in samenhang gezien worden met de maatregel 5.3 Ledtechnologie met dynamische regelingen.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    5.5 Zonnepanelen voor energieopwekking

    Rondom de ingangszone van een tunnel is meer licht nodig naarmate de zon feller schijnt. Een koppeling tussen ingangsverlichting en zonnepanelen (PV-systemen) ter plaatse lijkt daardoor voor de hand te liggen. Een combinatie met een daglichtrooster (zie maatregel 5.1 Daglichtrooster) kan twee zaken combineren: zonlichtreductie én energieopwekking.

    https://www.cob.nl/wp-content/uploads/2018/01/RWS-Haarlem_OPLarchitecten.jpg

    Het gebouw van Rijkswaterstaat in Haarlem heeft een zonlichtbeperkend paneel met PV-systeem. (Bron: OPL architecten)

    Directe koppeling PV en Led

    Aangezien zonnepanelen meer energie gaan leveren als de zon hard schijnt en de ingangsverlichting in dat geval ook meer licht moet geven, kan de gedachte ontstaan om deze direct aan elkaar te koppelen, dus zonder omvormers en drivers. Immers twee keer een conversie geeft energie verliezen. Helaas is het zo dat de aangesloten belasting op een zonnepaneel (ingangsimpedantie) binnen een zekere tolerantie dient te liggen voor een goed rendement. Wordt aan deze voorwaarde niet voldaan, dan zal het rendement van het PV paneel aanzienlijk afnemen. De omvormer die dit effect compenseert, is daarom vooralsnog noodzakelijk.

    Bron: TU Eindhoven

    Op het terrein rondom een tunnel is veelal ruimte aanwezig voor het plaatsen van zonnepanelen. Gezien de grote hoeveelheid energie die nodig is bij calamiteiten, is het niet waarschijnlijk dat alle energie op te wekken is met PV-systemen. Het plaatsen van de panelen moet vooral aanvullend worden gezien, als maatregel om de energie die er ondanks alle maatregelen toch nog nodig is, duurzaam op te wekken. Het reduceren van het verbruik dient de boventoon te voeren.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    5.6 Solaroptische lichtsystemen

    Onder solaroptische lichtsystemen vallen alle lichtsystemen die zonlicht zeer efficiënt van buiten tot binnen in een ruimte kunnen brengen door middel van een spiegelsysteem. Voorbeelden van dergelijke systemen zijn:

    • IR-lichtpijpen: buizen die zijn bekleed met een zeer gepolijste infrarood-reflecterende deklaag. Doordat deze buizen voornamelijk IR-licht verspreiden, zijn ze niet goed bruikbaar in tunnels.
    • Lichtbuis/Light tubes: buizen met een grote diameter die zijn bekleed met sterk reflecterend materiaal. Deze techniek is een gevestigde technologie (stamt uit het oude Egypte), maar heeft nadelen door zijn grote diameter en relatief lage efficiëntie.
    • Transparante holle lichtgeleiders: hole dikwandige doorzichtige buis met micro-prisma’s die het licht uniform verdelen over zijn gehele lengte. Ook deze techniek is een gevestigde technologie (ontwikkeld in 1981), maar heeft nadelen door zijn grote diameter en relatief lage efficiëntie.
    • Glasvezelsystemen/solar optic fiber (SOFi): systeem dat licht samengebundeld tot een ‘laser’ en transporteert met speciale glasvezelkabels. De techniek is relatief nieuw (2004), heeft sinds kort grote sprongen in efficiëntie gemaakt (95-99% efficiëntie) en kan licht transporteren via kabels met relatief dunne diameter (samengebundeld in kabels met ca. 50 mm doorsnede of in losse kabels van ca 5 mm doorsnede).

    Omdat SOFi-systemen het meest veelbelovend zijn, wordt er in deze paragraaf dieper ingegaan op deze techniek.

    SOFi-systemen zijn vooral effectief in de ingangszone van een tunnel waar meer licht nodig is naarmate de zon feller schijnt. Het systeem bestaat uit een zonnecollector die zonlicht (met een lens) bundelt, het licht transporteert over een glasvezelkabel (spiegelsysteem) en het weer uitstoot via een armatuur (lens). Het rendement van dergelijke systemen is hoog, maar blijft gebonden aan fysieke limieten. Zo kan de glasvezelkabel niet langer zijn dan circa 100 meter omdat anders delen van het lichtspectrum weggefilterd worden (pas met het oog merkbaar bij 150 meter). Dit betekent dat de zonnecollectoren altijd precies boven de tunnelmond geplaatst moeten worden om de lengtes zo kort mogelijk te houden. Dit helpt ook voor de kosten van het systeem; de speciale verdikte glasvezelkabels zijn nog relatief duur per meter.

    SOFi-systemen zijn al een bewezen techniek in huizen en kantoorpanden die overdag veel gebruikt worden. Het natuurlijke licht bespaart hier veel energie door lampen uit te sparen (en het natuurlijke licht lijkt psychologische voordelen te hebben). Er dienen echter nog steeds reguliere armaturen aanwezig te zijn die snel inschakelen als er een wolk voor de zon komt.

    (Bron: Parans Solar Lighting)

    Toepassing in de praktijk

    Het SOFi-systeem wordt op dit moment toegepast bij de RijnlandRoute door Croonwolter&dros in combinatie Comol5. De SOFi-armaturen worden hier naast de reguliere armaturen geïnstalleerd. Hiermee wordt geschat dat een significant deel (tot wel driekwart van de ingangsverlichting gedurende de dag) overgenomen zou kunnen worden door licht afkomstig van de zon. De zonnecollectoren worden op maaiveld nabij tunnelmonden geplaatst.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    5.7 Lichte wandbekleding

    Bij oudere tunnels was het gebruikelijk om de wanden te bekleden met tegels of lichte beplating om daarmee meer lichtreflectie en hoger contrast en daarmee betere waarneming van medeweggebruikers mogelijk te maken. De laatste jaren is dit niet meer gebruikelijk, waarschijnlijk vanwege het kostenaspect. Het aanbrengen van lichte (en schoon te houden) wandbekleding draagt bij aan een efficiëntere verlichting in combinatie met een goede zichtbaarheid van het verloop van de tunnel en het verkeer. Het additioneel aanlichten van de wanden kan deze positieve effecten nog verder verhogen. Voor de wandbekleding geld dat, in plaats van tegels of beplating, het steeds gangbaarder wordt om gebruik te maken van reflecterende coating van de tunnelwand. Een dergelijke coating kan zelfs direct op het beton worden aangebracht.

    https://www.cob.nl/wp-content/uploads/2018/01/SochiTunnel_PolyVision.jpg

    Gladde, duurzame wandpanelen in een nieuwe tunnel in Sochi, Rusland. (Bron: PolyVision)

    Vooral bij de entree in de tunnel kan een lichte wandbekleding, coating en wandaanlichting bijdragen aan een betere detectie van voertuigen, omdat ze afsteken tegen de lichte zijwanden. Bij de ingang wordt de tegenstraalverlichting door lichte wandbekleding efficiënter, doordat het uitgestraalde licht wordt weerkaatst op de wanden, waardoor er in principe minder uitgestraald licht nodig is (hetgeen energie reduceert).

    Anno 2019 worden er in de Richtlijn tunnelverlichting eisen gesteld voor de minimaal te behalen helderheid of luminantie van de tunnelwanden. De eisen hieromtrent zijn aangescherpt ten opzichte van de eisen in de eerdere aanbeveling uit 2003. De wanden dienen in de gehele tunnel tot een hoogte van 3 meter een luminantie te halen van minimaal 60% van de wegdekluminantie, in geval van lijnverlichting minimaal 100%. Deze wandhelderheid wordt behaald door een combinatie van aanlichten én reflecteren. De voordelen van heldere wanden in een tunnel zijn groot:

    • De zichtbaarheid van objecten en ander voertuigen neemt toe.
    • Het verloop van de tunnel is op afstand veel beter zichtbaar.
    • De ruimtelijke beleving van de tunnel is beter (een ruimte met witte wanden lijkt veel ruimer dan dezelfde ruimte met donkere wanden).
    • De verkeersveiligheid neemt toe, doordat er minder schrikreacties zullen optreden.

    Het is wel van belang dat de aangebrachte wandbekleding niet overmatig spiegelt. Te veel spiegeling kan verwarring geven bij oplichtende remlichten, maar ook bij de tunneluitgang.

    Voor ondermaats lichte wandbekleding (zoals in sommige verouderde tunnels) blijkt dat na een aantal jaren de wanden zodanig donker worden, dat de aangebrachte verlichting niet toereikend lijkt om goed te kunnen waarnemen. Voor renovatieprojecten wordt hiervoor aanbevolen om een poging te doen om de wanden te reinigen, en die indien mogelijk te voorzien van een coating.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    5.8 Lichtgekleurd asfalt

    Energiebesparing in tunnels kan worden bereikt door de reflectiewaarde van het wegdek te verhogen en het asfalt licht af te werken. Er zijn verscheidene toepassingen van lichtgekleurd asfalt in de Nederlandse infrastructuur. Een voorbeeld hiervan is SMA-asfalt waarin een lichte steensoort wordt verwerkt zoals toegepast bij de Gaasperdammetunnel. Dit asfalt is lichter gekleurd dan regulier asfalt, een beetje lichtgrijs, doordat een deel van de steenlaag is vervangen door wit gesteente. In het geval van de Gaasperdammertunnel is gekozen om regulier SMA te mengen met wit anorthosietgesteente uit Noorwegen. In totaal bestaat ca. 25% van het asfaltmengsel uit dit witte gesteente. De stenen hebben een hogere reflectie, waardoor je minder verlichting nodig hebt in de tunnel; dat bespaart energie.

    (Bron: IXAS)

    Voor de asfaltsoort is door de bouwcombinatie (IXAS) een speciaal laboratorium opgezet om het asfalt te testen met betrekking tot de stroefheid, remvertraging en reflectie. Uit deze proeven bleek dat de asfaltsoort de meest duurzame en economisch meest voordelige oplossing was uit een groep van drie onderzochte asfaltsoorten.

    Energie-efficiëntievoordeel

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    5.9 Verlichting middentunnelkanaal

    In tunnels is tussen tunnelbuizen veelal een middentunnelkanaal (MTK) aanwezig. Dit MTK heeft een aantal functies, waarvan de belangrijkste het bieden van een veilige vluchtweg is. Vaak is er ook sprake van een servicekanaal dat zich boven de vluchtweg bevindt. Hier zijn vaak technische installaties en kabels aangebracht.

    https://www.cob.nl/wp-content/uploads/2018/01/Middentunnelkanaal_RWS-JohanNaber.jpg

    Middentunnelkanaal. (Bron: RWS/Johan Naber)

    In de praktijk blijkt de verlichting in zowel de vluchtweg als het servicekanaal permanent aan te staan terwijl dat niet noodzakelijk is. Er zijn diverse technische oplossingen mogelijk om het onnodig laten aanstaan te voorkomen. Natuurlijk kan deze verlichting ook in led uitgevoerd worden. Daarnaast zou de verlichting verdeeld kunnen worden: een deel dat een minimaal benodigd lichtniveau heeft (in rust, niet in gebruik, zoals met standaard vluchtwegverlichting, conform bouwbesluit) en een deel dat wordt ingeschakeld op het moment dat dit nodig is (calamiteit of service, conform eisen beheerder/LTS).

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    6 Ventilatie

    Beperkingen in de besparing bij tunnelbuisventilatie

    De belangrijkste doelstelling van tunnelbuisventilatie is het verdrijven van rook en hitte. Daarvoor moet de luchtkolom die in de tunnelbuis aanwezig is in beweging worden gezet. Er zal een zekere hoeveelheid weerstand overwonnen moeten worden (verkleving wanden, aanwezige voertuigen) en dus een zekere hoeveelheid energie moeten worden ingebracht om de stroom op gang te brengen. Om de luchtstroom op gang te houden is ook energie nodig.

    De benodigde energie wordt ingebracht via de ventilatoren. De ventilator voert hierbij de conversie van elektrische energie naar luchtstroom uit. Hier liggen mogelijk besparingskansen. Ook is aan te passen hoeveel lucht er verplaatst moet worden (200MW brand?) en wanneer die kolom in beweging gezet moet worden (calamiteitenknop of testen?). Deze mogelijkheden worden echter zwaar beperkt door wetgeving en LTS.

    Het aspect ‘ventilatie’ heeft betrekking op de ventilatiesystemen die in tunnels gebruikt worden om de veiligheid van de gebruikers van die tunnel te borgen. Typisch heeft men het dus over langsventilatie in verkeersbuizen, bedoeld om rook van de vluchtende mensen weg te leiden, en overdrukventilatie in het middentunnelkanaal, bedoeld om de indringing van rook in de veilige ruimte te voorkomen.

    Dit hoofdstuk presenteert maatregelen om het energieverbruik van de ventilatie te reduceren. Elke maatregel wordt beschreven volgens de vaste indeling zoals toegelicht in hoofdstuk 4 Werken met de technische maatregelen. Zie voor achtergrondinformatie over ventilatie tevens Bijlage 1: Achtergrondinformatie energieverbruikers.

    6.1 Geen separate overdrukventilatie veilige ruimte boortunnels

    Bij boortunnels is er geen sprake van een middentunnelkanaal, maar worden voor de vluchtweg verbindingsschachten tussen twee geboorde verkeerstunnels aangebracht. Deze specifieke fysieke inrichting levert extra mogelijkheden op voor het rookvrij houden van de veilige ruimte. Door een juiste regeling gedurende calamiteitbedrijf van de ventilatie in de niet-calamiteitenbuis kunnen de verbindingsschachten rookvrij gehouden worden, waardoor de overdrukinstallatie per dwarsverbinding in zijn geheel overbodig wordt. De energiebesparing zal tot uiting komen doordat er geen separate ventilatoren nodig zijn. Om vervuiling tegen te gaan, draaien de overdrukventilatoren vaak continu. Dientengevolge kan de bezuiniging hoger uitvallen dan alleen kijkend naar de draaiuren voor calamiteiten en testdraaien.

    https://www.cob.nl/wp-content/uploads/2018/01/Ventilatie-Sluiskiltunnel_Mobilis.jpg

    Ventilatoren in de Sluiskiltunnel. (Bron: Mobilis)

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    6.2 Ventilatoren met hogere voedingsspanning

    Ventilatoren uitvoeren met een hogere voedingsspanning wordt vaak genoemd als energiebesparingsmaatregel. De aanpassing kent een aantal voordelen en kan leiden tot een goedkopere installatie. Het voordeel is met name van toepassing als er energie over langere afstanden moet worden getransporteerd. Wat echter ook beschouwd moet worden, is dat bij toepassing van een separate voedingsspanning ook andere transformatoren nodig zijn en er een extra energieverdeling aangebracht moet worden met alle gevolgen voor beheer en onderhoud.

    De energiebesparing is marginaal. Dit komt doordat in Nederland de bekabeling wordt uitgelegd op een energieverlies van 2,5% en de toegestane verliezen in transformatoren genormaliseerd zijn. Het verlies in de keten is dus gelijk. Daarbij worden de ventilatoren niet beduidend efficiënter bij hogere voedingsspanningen.

    Omdat deze maatregel zo vaak wordt genoemd in relatie tot energiebesparing, en zelfs in de internationale REETS-catalogus is opgenomen, is besloten om hem toch in deze catalogus op te nemen.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    6.3 Efficiëntere ventilatoren

    Ventilatoren worden in bijna alle gevallen als jet-fan uitgevoerd. De laatste tijd zijn er nieuwe ontwikkelingen in uitvoeringen hiervan. Andere materialen (koolstof) als bladen zorgen bijvoorbeeld voor een veel lager gewicht en daarmee voor een kleinere aandrijving. Betere modellering zorgt voor efficiëntere oplossingen die de luchtstroom actief van wanden en plafond houden.

    (Bron: Mosen Ltd)

    Efficiëntere ventilatoren zijn nog maar in beperkte mate ingezet in tunnels, omdat een hoge (bewezen) beschikbaarheid moeilijk aantoonbaar is. Toch zijn er wel voorbeelden:

    • De MoJet-ventilator (zie afbeelding) speciaal ontworpen om energieverlies door luchtweerstand van de wanden en de plafond te voorkomen.
    • Novenco Building & Industry BV heeft een axiaalventilator ontwikkeld met een bijzonder hoog rendement. Door de aerodynamisch gevormde kern van de ventilator en de optimale vorm van de leidschoepen kan een rendement tot 92% worden bereikt. Dit type ventilator kan worden toegepast in overdruksystemen voor tunnels alsmede als tunnelventilator. De beschikbaarheid/betrouwbaarheid en onderhoudbaarheid zijn gelijk aan die van conventionele axiaalventilatoren die op dit moment worden toegepast. In grote datacentra, windmolens en andere industrieën heeft de ventilator zich al ruimschoots bewezen.

    Deze kans dient nog steeds gezien te worden binnen het gegeven dat er fysisch een bepaalde hoeveelheid energie nodig is om de luchtkolom in de tunnelbuis in beweging te krijgen. Dat de omzetting van elektrische energie naar luchtstroom efficiënter uitgevoerd kan worden worden, is dan de besparing.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    6.4 Slimmer inschakelen ventilatoren

    In de praktijk blijken ventilatiesystemen onnodig vaak en met te veel vermogen in te schakelen. Het ventilatiesysteem is met name van belang en in gebruik bij noodsituaties, maar ook voor het zekerstellen van de luchtkwaliteit kan het systeem worden ingezet.

    Het instellen van het calamiteitenbedrijf in de tunnel kent een aantal aanleidingen zoals stilstanddetectie of het openen van een vluchtdeur. Niet alle aanleidingen hebben direct te maken met rookontwikkeling of brand. Toch worden bij het indrukken van de calamiteitenknop of bij automatische processen enkele of alle ventilatoren in de buis (stapsgewijs) ingeschakeld. Ook wordt er vaak al in de ondersteunende buis ventilatoren aangezet. De redenen hiervoor zijn vaak afspraken op basis van veiligheid en bestuurlijke processen die zijn verankerd in regelgeving en LTS. Hoewel hier een redelijk besparingspotentieel aanwezig is, is de verwachting dat een maatregel om niet gelijk de ventilatie in te schakelen, maar alleen als er ook rookontwikkeling wordt gedetecteerd, niet eenvoudig implementeerbaar zal blijken.

    Er zijn meer situaties waarin de ventilatie onnodig wordt ingeschakeld. Zo zijn er meetsystemen om de luchtkwaliteit vast te stellen die geen onderscheid kunnen maken tussen mistflarden en vervuiling. Deze stellen bij mist in de omgeving vervolgens het ventilatiesysteem in werking. Verder kan bij het inschakelen van het ventilatiesysteem in geval van luchtverontreiniging wat langzamer gestaffeld worden ingeschakeld; een kleine luchtstroom lost namelijk al snel het probleem op. Langzamer staffelen zou mogelijk zijn door middel van frequentieregelaars, maar in de meeste tunnels zijn er zo veel ventilatoren aanwezig dat het weinig toegevoegde waarde heeft deze dan weer achter frequentieregelaars te plaatsen. De kwaliteit van (en de mate van onderhoud aan) sensoren kan het aantal aanspraken eveneens beïnvloeden.

    Tijdens beheer en onderhoud dienen ventilatoren getest te worden op juiste werking. Een aanvullend algoritme dat bijhoudt wanneer ventilatoren gedraaid hebben in combinatie met een roulatieschema voor bestrijding van luchtvervuiling kan voorkomen dat ze nogmaals worden ingeschakeld voor testen. Ook is het onnodig om alle testen voor onderhoud onder vollast te houden.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    6.5 Optimalisatie door verschillende typen ventilatoren

    Ventilatiesystemen worden in eerste instantie ontworpen op basis van noodzakelijk gebruik bij calamiteiten. Hierbij wordt meestal gekozen voor dezelfde soort ventilatoren voor de gehele tunnel. In de praktijk gaat het hierbij vaak om ventilatoren met een zware capaciteit. Om de luchtkwaliteit in de tunnel op orde te houden, worden deze ventilatoren ook gebruikt om ‘bij te ventileren’. Normaal gesproken zorgt de natuurlijke trek in de tunnel dat de luchtkwaliteit op orde blijft, maar wanneer de verkeersdruk toeneemt, kan het zijn dat dit niet meer voldoende is en zal er bij-geventileerd worden. De capaciteit die hiervoor nodig is, is beduidend lager dan de capaciteit van de geïnstalleerde ventilatoren. Het kan dus interessant zijn om bij de uitwerking van het ventilatieconcept niet te kiezen voor één soort ventilator, maar voor zowel ventilatoren met een zware als een lichtere capaciteit. Het voordeel hiervan is dat het bij-ventileren door lichtere ventilatoren kan worden gedaan en daardoor minder energie vraagt. Het gaat hierbij niet om aanpassing van de veiligheidsfilosofie, maar om het optimaliseren tijdens normaal bedrijf.

    Het is belangrijk te beseffen dat deze maatregel met name winst oplevert in tunnels met veel langzaam rijdend verkeer. De winst wordt bepaald door de intensiteit van het moeten bij-ventileren. Wanneer deze intensiteit zeer laag is, weegt het energievoordeel niet op tegen andere kosten, zoals het alsnog extra moeten testen van de zware ventilatoren tijdens onderhoud (omdat deze niet gedraaid hebben) en het op voorraad houden van de verschillende componenten.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    6.6 Optimalisatie vormgeving uitrit

    De vorm van de de in-/uitrit heeft veel invloed op de hoeveelheid wind die de tunnel ingestuurd wordt (het zogenoemde luchthappen). Deze wind kan de geïnstalleerde ventilatoren tegenwerken als deze binnenkomt in tegengestelde richting. Het resultaat is dat er in een tunnel met een slechte vormgeving van de uitrit aanzienlijk meer ventilatoren geïnstalleerd dienen te worden dan in een tunnel met een goede vormgeving.

    Er bestaat (gratis door RWS beschikbaar gestelde) software genaamd ProTuVem waarmee de tunnelspecifieke optimalisatie van de in-/uitrit berekend kan worden. De ideale ligging van de in-/uitrit is in veel gevallen een verdiepte ligging. Dit voorkomt het begeleiden van wind tot de tunnelmond het meest.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    7 Gebouwen

    Bij ‘gebouwen’ gaat het bij een tunnel in principe om de dienstgebouwen waarin de apparatuur voor de aansturing en bediening van de verschillende tunnelinstallaties is ondergebracht. De gebouwen worden verwarmd en gekoeld door middel van een klimaatinstallatie.

    Dit hoofdstuk presenteert maatregelen om het energieverbruik van (en/of in) deze gebouwen te reduceren. Elke maatregel wordt beschreven volgens de vaste indeling zoals toegelicht in hoofdstuk 4 Werken met de technische maatregelen. Zie voor achtergrondinformatie over gebouwen tevens Bijlage 1: Achtergrondinformatie energieverbruikers.

    7.1 Directe en passieve koeling klimaatinstallaties

    7.1.1 Directe koeling

    Apparaten die elektriciteit gebruiken (zoals een server of compressor), produceren warmte. Hierdoor kan, meestal buiten het stookseizoen, warmte-overlast ontstaan. De meest energie-efficiënte oplossing is om de warmte te voorkomen door apparaten uit te schakelen of zuinigere apparaten aan te schaffen. Als dit niet mogelijk of wenselijk is, kies dan voor mechanische afzuiging/koeling van de warmte bij de bron, eventueel direct met buitenlucht (zie referenties hieronder). Hierdoor wordt voorkomen dat de warmte zich met de lucht in de ruimte mengt. Een andere optie is de toepassing van lucht/water-warmtewisselaars in de kasten. Zo wordt de behoefte aan ruimtekoeling verminderd en/of wordt ruimtekoeling overbodig. Een koelmachine voor de pieklast en back-up is mogelijk wenselijk. De warme afvoerlucht kan weer een restwarmte bron zijn voor verwarming (zie 7.2 Gebruik restwarmte voor klimaatinstallaties).

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    7.1.2 Passieve koeling klimaatinstallatie

    Praktijkvoorbeeld Rotterdamsebaan

    In de Victory Boogie Woogietunnel in Den Haag (tracé Rotterdamsebaan) zijn waterslangen in de onderlaag van het wegdek gelegd om koeling te bieden voor de techniekruimten in de gebouwen. De slangen liggen in de toeritten. Bij een zorgvuldige planning is het mogelijk om de gehele koelbehoefte van de tunnel te realiseren met deze installatie. De ‘levensduur’ van het koelvermogen van de bodem is in dit geval ‘onbeperkt’ ingeschat. Dit is zeker niet altijd het geval. Men dient er heel goed te letten dat niet teveel warmte per vierkante meter aan de bodem wordt afgestaan, anders ‘verzadigt’ de bodem en werkt het systeem niet meer.

    Verdere aandachtspunten die uit dit praktijkproject voortkomen zijn:

    • Er is een vergunning nodig voor een dergelijk systeem.
    • Er is veel oppervlakte nodig.
    • Het water is kouder of warmer dan de bovenlaag van het beton en genereert dus spanningen in de betonconstructie. Dit gaf bij de Victory Boogie Woogietunnel problemen in de winter, waardoor de koelcapaciteit aan één zijde van de tunnel lager was dan oorspronkelijk gedacht.

    Het is mogelijk om bij de aanleg een warmtewisselend systeem in de bodem of het wegdek te leggen om zo koelwater voor de klimaatinstallatie te krijgen. Dit kan een gedeelte of de gehele koelbehoefte dekken. Als bij de bouw goed gepland wordt, is dit een goedkope en betrouwbare bron van koeling.

    Aandachtspunten:

    • Er is een vergunning nodig.
    • Er is een groot oppervlak nodig.
    • Bij ligging in het wegdek moet rekening gehouden worden met thermische spanningen in de betonconstructie.
    • Het warmtewisselend systeem is vaak kwetsbaar.
    • Het systeem is moeilijk uitbreidbaar, dus zorg voor een ruim bemeten installatie.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    7.2 Gebruik restwarmte voor klimaatinstallaties

    Werking van een warmtepomp

    Warmtepompen werken volgens het principe van een koelkast; dezelfde techniek, maar voor omgekeerde opbrengst. De koelkast onttrekt warmte aan de inhoud van de koelkast, deze warmte wordt aan de achterkant aan de omgeving afgegeven. De warmtepomp onttrekt warmte uit de lucht, de bodem of water. Deze verkregen omgevingswarmte wordt via het koudemiddel in de warmtepomp overgedragen en tot ‘nuttige warmte’ gemaakt voor warmteafgifte aan de gebruikers. Nadat de warmte is afgegeven, komt het water afgekoeld terug via de retourleiding.

    In onderstaande grafiek is een schematische weergave gegeven van een warmtepomp waarbij lucht de omgevingswarmte is en als warmtebron wordt toegepast.

    (Bron: Alpha-Innotec)

    Het rendement van een warmtepomp wordt gegeven door de prestatiecoëfficiënt ofwel coëfficiënt of performance (COP) van een warmtepomp. Deze wordt berekend door de afgegeven nuttige warmte (GJ) te delen door de elektrische vermogensafname (GJ) van de warmtepomp. Het gunstigste resultaat ontstaat bij hoge temperaturen van de warmtebron en lage aanvoertemperaturen in het warmte-afgiftesysteem. Bij het ontwerp van de warmtepompinstallatie vindt een afweging plaats tussen een effectieve bedrijfsvoering van de installatie en de investeringskosten. Tevens is de warmtepomp ook geschikt om te koelen en te gebruiken voor comfortkoeling, zodat er mogelijk naast warmte in de winter ook koude in de zomer geleverd kan worden .

    Warmte wordt op verschillende manieren afgegeven in en rondom de tunnel, namelijk door het verkeer, de aarde en de zon. Door gebruik te maken van deze restwarmte kunnen (dienst)gebouwen van thermische energie worden voorzien. De restwarmte kan gebruikt worden als bronwarmte voor een warmtepomp waarmee warmte van 70-80 graden Celsius geleverd kan worden aan de dienstgebouwen of de gebouwde omgeving. Met grondwarmtewisselaars is het tevens mogelijk om naast warmte ook koude te leveren. Voor het tijdelijk opslaan van thermische energie kan gebruikgemaakt worden van de waterkelders door deze daarvoor in te richten, of door het toepassen van een warmte-koude-opslagsysteem (WKO), waardoor naast warmte ook koude gebruikt kan worden.

    Praktijkvoorbeelden

    Er bestaan mogelijkheden om tunnelwarmte terug te leveren aan woonwijken of industrie die in de nabijheid liggen. Een voorbeeld hiervan is het terugwinnen van warmte uit de ondergrondse metrostations in Londen. Daarnaast zijn er een aantal spoortunnels in Stuttgart en Jenbach (Oostenrijk) waar gebruikgemaakt wordt van grondwarmtewisselaars om warmte en koude aan de ondergrond te onttrekken.

    (Bronnen: Rott, S. ‘Tunnel geothermischen nutzen’, Umwelt Magazin 2013; Rehau, ‘Geothermal Tunnel Lining’, Turning infrastructure into green sources, 2011; Gilbey, M.J. ‘The Potential for Heat Recovery from London Underground Stations and Tunnels’, 2011; Hoffmann, K. ‘High efficient, high temperature industrial ammonia heat pump installed in central Londen’, 2017)

    7.2.1 Restwarmte uit technische ruimtes

    Veel systemen in het dienstgebouw draaien continu en produceren warmte. Deze warmte wordt nu ‘weggekoeld’, maar zou ook gebruikt kunnen worden voor verwarming van het dienstgebouw en ruimten in een tunnel. Deze dienen vorstvrij en/of vochtvrij gehouden te worden. Restwarmte uit de technische ruimten zou bijvoorbeeld toegediend kunnen worden aan het middentunnelkanaal (MTK) door de koelmachines te laten uitmonden in het MKT, in plaats van in de buitenlucht. Ook zou gedacht kunnen worden aan een warmtewisselaar op het brandblussysteem, waarbij in vorstomstandigheden een lichte doorstroming wordt gecreëerd in plaats van de huidige elektrische verwarming langs de buis. Ook restwarmte uit de omgeving (zoals van het koelen van systeemkasten, zie maatregel 7.1.1 Directe koeling) kan hiervoor gebruikt worden (zie referenties hieronder).

    https://www.cob.nl/wp-content/uploads/2018/01/Waterkoeling-supercomputer2_IBMZurichResearchLaboratory.jpg

    Het Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETH) en IBM presenteerden een watergekoelde computer die restwarmte overdraagt aan universiteitsgebouwen. (Bron: IBM Zurich Research Laboratory)

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    7.2.2 Restwarmte uit omgeving

    Door gebruik te maken van de omgeving kunnen grondwarmtewisselaars toegepast worden waarmee zowel warmte als koude onttrokken kan worden. Warmte-koude-opslagsystemen (WKO) worden in het algemeen toegepast in combinatie met een warmtepomp. Er zijn twee soorten WKO-systemen:

    Open systemen

    Gesloten systemen

    Klap uit Klap in

    Hiernaast zijn er twee soorten grondwarmtewisselaars: horizontale en verticale warmtewisselaars, zie onderstaande figuur. Horizontaal geïnstalleerde grondwarmtewisselaars hebben een groot oppervlak nodig. Dit gebied moet zodanig ter beschikking staan, dat op een diepte van ongeveer 1,2 tot 1,5 meter de horizontale grondwarmtewisselaar kan worden aangebracht. Verticale grondwarmtewisselaars hebben een duidelijk geringere behoefte aan oppervlakte. Echter, doordat verticale grondwisselaars door bevoegde boorbedrijven moeten worden aangebracht, geven zij normaal gesproken hogere aanschafkosten dan horizontale grondwarmtewisselaars.

    (Bron: Alpha-Innotec)

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    7.2.3 Restwarmte uit verkeerstunnel

    Naast warmte uit de omgeving is het ook mogelijk warmte uit het verkeer toe te passen als restwarmte. De warmtestromen worden bepaald door de warmteafgifte van het verkeer, afgevoerde warmte via ventilatiesystemen en warmte die door de bouwkundige constructie wordt af- en aangevoerd. In een tunnelbuis ontstaat een temperatuurverhoging door de warmte die wordt geproduceerd door het verkeer en door de tunnelinstallatie. Vanwege de door het verkeer opgewekte langsstroming is de temperatuur aan het eind van de tunnel hoger dan aan het begin van de tunnel. Hoe langer de tunnel, des te meer warmte aan de luchtstroming wordt toegevoerd en hoe hoger de temperatuur aan het eind van de tunnel is.

    Rekenmodel Ketheltunnel

    Gemiddeld over een etmaal rijden er 3277 voertuigen per uur door de Ketheltunnel, een ca. 2 km lange tunnel in de A4. De gemiddelde warmte die het verkeer afgeeft, wordt bepaald door de samenstelling, intensiteit, snelheid, effectieve verbrandingswarmte en het brandstofverbruik van de rijdende voertuigen.

    Het brandstofverbruik bedraagt voor:

    Vrachtverkeer: 18 liter / 100 km

    Autoverkeer: 6 liter / 100 km

    De effectieve verbrandingswarmte bedraagt: 33 MJ/liter (bron: RDW, ‘Brandstofverbruik-boekje 2014’).

    De hoeveelheid afgegeven warmte wordt hierdoor:

    Qauto = 33 MJ/kg x 6 liter / 100 km x 80 km/uur = 44 kW

    Qvracht = 33 MJ/kg x 18 liter /100 km x 80 km/uur = 132 kW

    Met de gemiddelde verkeersintensiteit van 14% vracht en 86% auto bedraagt de hoeveelheid afgegeven warmte dan voor één verkeersbuis 4000 kW. Met beide tunnelbuizen kunnen ruim 2000 woningen van warmte worden voorzien.

    In 2017/2018 zijn er gedurende een jaar lang temperatuurmetingen uitgevoerd in de Ketheltunnel. In één verkeersbuis zijn op drie locaties temperatuursensoren geplaatst in de tunnelwanden, aan het begin, in het midden en aan het einde van de tunnel . De temperatuur in de tunnel stijgt gemiddeld 3,5 graden Celsius (bron: Umans, A. ‘Restwarmte uit verkeers- en metrotunnels’, 2019).

    De warmte die door het verkeer en de tunnelinstallatie wordt geproduceerd wordt in eerste instantie opgenomen door de lucht in de tunnel. De opgewarmde lucht staat de warmte vervolgens gedeeltelijk af aan de bouwkundige constructie. De warmte in de bouwkundige constructie wordt voor een deel geaccumuleerd en voor het overige deel afgevoerd via aangrenzende grondlagen. Wanneer de temperatuur van de lucht zakt tot onder de temperatuur van de constructie, wordt ook warmte aan de lucht afgegeven. Vanwege het accumulerend vermogen van de bouwkundige constructie zijn kortdurende warmtepieken in de tunnel niet te verwachten (Bron: Rijkswaterstaat, ‘Aanbevelingen ventilatie van verkeerstunnels’, dec. 2005, Ministerie van Verkeer en Waterstaat).

    Door buizenwarmtewisselaars in de wanden en plafond te plaatsen, kan warmte worden opgenomen. Door deze buizenwarmtewisselaars stroomt een water/glycol-mengsel (vanwege bevriezingsgevaar), wat de brontemperatuur bepaalt voor de aanvoer naar de warmtepomp.

    Bron: Umans, A. ‘Restwarmte uit verkeers- en metrotunnels’, 2019

    Door dit systeem verder uit te breiden met grondwarmtewisselaars is het tevens mogelijk om naast warmte ook koude te leveren, een warmtepomp is hier namelijk uitermate voor geschikt, het schematisch model ziet er dan als volgt uit:

    Bron: Umans, A. ‘Restwarmte uit verkeers- en metrotunnels’, 2019

    Toekomstige brandstoffen van het verkeer

    Op dit moment is nog onduidelijk op welke brandstof voertuigen in de toekomst gaan rijden. Er zijn veel ontwikkelingen zowel op het gebied van elektrisch rijden als op het gebied van alternatieve (duurzame) brandstoffen. Wel is duidelijk dat bij elektrisch rijden met een brandstofcel op waterstof de warmteafgifte circa de helft zal zijn ten opzichte van de huidige verbrandingsmotor (bron: ECN). Dat is nog altijd voldoende restwarmte om nuttig te gebruiken.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    7.3 Aanwezigheidsdetectie

    Om ervoor te zorgen dat de verlichting en verwarming/koeling binnen het gebouw niet onnodig aanstaat, is er de mogelijkheid om aanwezigheidsdetectie te plaatsen en/of een veegpuls in te stellen. Hiermee kan de verlichting geschakeld of gedimd worden naargelang de aanwezigheid van mensen. Ook verwarming en koeling kan geschakeld worden door bewegingssensoren in het plafond te plaatsen en eeze aan te sluiten op de verlichtingsarmaturen en de regeling van de binnentemperatuur. Een andere manier is het gebruiken van het toegangsbeveiligingsysteem als sensor voor aanwezigheid. Aanwezigheidsdetectie is nuttig in alle vaak onbemande ruimte.

    Voorkeuren:

    1. Inschakelen en uitschakelen met pulsdrukkers en alles uitschakelen bij het verlaten van het gebouw via het toegangssysteem, omdat dan de hoeveel benodigde apparatuur (onderhoud, betrouwbaarheid) het kleinst is.
    2. Schakelen met aanwezigheidsdetectie (nuttig voor verkeersruimten, toilet, keuken, etc.).

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    7.4 Energieneutrale dienstgebouwen

    Als algemeen streven kan gekozen worden om de verblijfsruimte energieneutraal uit te voeren. Door een combinatie van goede isolatie, gebruik van restwarmte en -koude en duurzame energie is dit te realiseren. Voor overheidsgebouwen wordt vanaf 2019 geëist dat de gebouwen bijna energieneutraal zijn.

    In het nationale plan ontwerpbesluit houdende wijziging van het bouwbesluit 2012 is bepaald dat de gebruikte energieprestatiecoëfficiënt (EPC) van versie 1 van deze catalogus wordt vervangen door de NTA 8800. In de NTA 8800 wordt in overeenstemming met de herziene EPBD onder meer de berekeningsmethode voor bijna energieneutraal bouwen opgenomen. NTA 8800 is gratis beschikbaar via de site van de NEN.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    7.5 Alternatief voor fossiele brandstoffen voor klimaatinstallaties

    In bestaande tunnels wordt vaak gebruikgemaakt van fossiele brandstoffen voor het verwarmen van gebouwen. In nieuwe tunnels wordt dit vrijwel altijd opgelost met elektrische verwarming. Als voor renovatieprojecten het volledig aanpassen van het verwarmingssysteem niet gewenst is, kan er als alternatief overgestapt worden naar bio-brandstoffen. Enkele goed werkende voorbeelden zijn met groene stroom gemaakte waterstof, bio-methaan, HVO (hydrotreated vegetable oils) of ethanol. Voor deze brandstoffen (behalve ethanol) geldt overigens dat als ze gebruikt worden om stroom mee op te wekken, dit als groene stroom gekwalificeerd wordt doordat ze de CO2-uitstoot sterk verminderen.

    Voor een zeker basisniveau van verwarming zou ook gedacht kunnen worden aan het gebruik van restwarmte en warmtepompen. Het is daarbij lang niet altijd nodig om een gebouw op bijvoorbeeld 18 graden te verwarmen. Het vorstvrij en vochtvrij houden is mogelijk al voldoende. Ook kan gedacht worden aan het elektrisch verwarmen van alleen die ruimten die echt nodig zijn, waarbij ook weer efficiëntere systemen denkbaar zijn.

    Bij klassieke elektrische (oliegevulde) radiatoren berust het principe op convectiewarmte die uiteindelijk de gehele ruimte moet verwarmen. Dit proces kost tijd en kost relatief veel energie. Er zijn echter ook warmtebronnen die objecten (personen) aanstralen en daarmee direct energie overdragen (zoals gebeurt met zonnestralen). Dit soort technieken – bijvoorbeeld nano-infraroodpanelen – zijn ideaal als de verwarming snel en/of maar voor korte tijd nodig is, zoals in geval van noodbediening of kantoren die maar beperkt gebruikt worden.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    7.6 Gebouwisolatie

    In sommige ruimte gaat zeer veel energie verloren door slechte isolatie. De standaard bouwbesluit-eisen voor tunnels zijn onvoldoende om een laag energiegebruik te realiseren. Dit kan resulteren in vochtproblemen (schimmels en zelfs aangroei van algen). Het is belangrijk om zo goed mogelijk te isoleren; zeker in ruimten die een minimale temperatuur vereisen en wanden hebben die grenzen aan de buitenlucht of aan waterkelders.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    7.7 Eisen aan klimatisering

    Het is belangrijk om de minimale en maximale temperaturen en vochtigheden in ruimten goed te kiezen.

    Een ruimte die geheel beneden het maaiveld ligt en weinig warmteproductie heeft, zal rond de 12°C blijven. Als de eis is dat deze ruimte ten minste 15°C moet zijn, dan moet eindeloos verwarmd worden.

    Bij een minimale temperatuur van 5°C of 10°C hoeft er helemaal geen verwarming aangebracht te worden.

    Het is een min of meer ingesleten gewoonte om technische ruimten te koelen tot een graad of 18. Daarbij worden vaak eisen gesteld aan de snelheid waarmee de temperatuur geregeld moet zijn (koelcapaciteit).

    In eerste instantie kan gekeken worden of het wel nodig is om hele ruimtes te koelen of dat het wellicht beter is om alleen de kasten te koelen die de warmte produceren. Uiteraard wordt daarbij ook aandacht besteed aan het terugdringen van het energieverbruik van de installaties in die kasten.

    Daarnaast is het denkbaar om goed te kijken naar de temperatuurspecificaties van de toegepaste componenten. Vaak zijn er componenten verkrijgbaar die tegen een hogere omgevingstemperatuur bestand zijn, waardoor kasten/ruimtes niet eens gekoeld hoeven te worden of in elk geval niet het hele jaar door. Denk hierbij aan componenten volgens Mill spec’s (militaire toepassingen).

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    8 Energiesysteem en noodstroomvoorziening

    Het energiesysteem binnen een tunnel is het onderdeel dat de verbruikers (de verlichting, ventilatie, etc.) voorziet van de benodigde energie. Wanneer het energiesysteem wegvalt, dan nemen de noodstroomvoorzieningen zijn taak over. Dit hoofdstuk beschrijft maatregelen om het energieverbruik van zowel het energiesysteem als de noodstroomvoorzieningen te reduceren.

    Het is goed om na te gaan hoe het energieverbruik verloopt als functie van de tijd. Dagdagelijks verbruiken de diverse installaties min of meer eenzelfde hoeveelheid energie. Het besturingssysteem, de CCTV, een deel van de verlichting, de pictogrammen e.d. staan continu aan en zorgen voor een redelijk constante basislast. Overdag, als de zon schijnt, komt daar de dagstand van de basisverlichting en de ingangsverlichting bij.

    Anders wordt het als er in de tunnel een incident plaatsvindt. Al vrij snel worden dan de tunnelbuisventilatie, overdrukinstallatie en de brandbluspompen ingeschakeld. Dit zal zorgen voor een zeer hoog energieverbruik, gelukkig maar voor beperkte tijd.

    Deze kennis is van belang als overwogen wordt om duurzame energiebronnen in te zetten. Er kan ook sprake zijn van een grote energievraag uit het openbare net op niet-planbare momenten. Dat is des te belangrijker, nu de netstabiliteit en de capaciteit van lokale energiedistributie bij de netbeheerders meer en meer een issue wordt door de lokale en weersafhankelijke levering van duurzaam opgewekte energie die wordt afgedragen aan het net. De wisselende energievraag speelt ook bij de opbouw van de energiedistributie in de tunnel. Verderop in dit hoofdstuk wordt hierop een aantal keren teruggekomen.

    Elke maatregel wordt beschreven volgens de vaste indeling zoals toegelicht in hoofdstuk 4 Werken met de technische maatregelen. Zie voor achtergrondinformatie over energiesystemen en noodstroomvoorzieningen tevens Bijlage 1: Achtergrondinformatie energieverbruikers. Over de opbouw van het energiesysteem bij renovaties is ook informatie beschikbaar in het groeiboek Hinderarm renoveren.

    DRUPS als mogelijk alternatief

    Een ‘dynamic rotating uninterruptable power supply’ (DRUPS) combineert de functionaliteit van de (statische) UPS en het noodstroomaggregaat (NSA), en mag als directe vervanging van de netaansluiting worden gezien. Het toepassen van DRUPS als noodstroomvoorziening zou als mogelijk alternatief in de LTS kunnen worden opgenomen.

    Nieuwere vormen van DRUPS gebruiken niet de traditionele grote draaiende vliegwielen maar magnetische cilinders waarin een carbon fiber ring ronddraait in vacuüm op magnetische lagers. Doordat het draaiende element geen luchtwrijving en lagere lagerwrijving ondervindt, verbetert een dergelijk systeem de efficiëntie van vliegwielen aanzienlijk. Het voorbeeldmodel hieronder kan 20 tot 80 kWp leveren en slaat 3.6kWh op per cilinder. Een dergelijk systeem kan schaalbaar gemaakt worden door simpelweg meerdere units als batterijen aan elkaar te koppelen.

    8.1 Optimalisaties noodstroomvoorzieningen

    De meest gangbare noodstroomvoorziening voor een tunnelsysteem is een uninterruptible power supply (UPS) in combinatie met een noodstroomaggregaat (NSA). Bij stroomuitval levert de UPS direct stroom na het wegvallen van de netspanning totdat de NSA volledig is opgestart. Hierna voorziet de NSA de tunnel voor meerdere uren van stroom. De nu veelal toegepaste UPS’en hebben een relatief laag rendement. De geëiste capaciteit (aangesloten vermogen en te realiseren standbytijd van ca. een uur) is relatief groot en moet door de UPS door het laden van de accu’s in stand gehouden worden.

    Voorbeeld uit de praktijk

    In de Beneluxtunnel stonden tot voor kort nog acht UPS’en met een totaal verlies van ca. 40.000 kWh per stuk per jaar. Het laadproces kost energie en bij het onttrekken van energie treden ook weer verliezen op. Deze verliezen worden omgezet in warmte die afgevoerd moet worden met de klimaatinstallaties. Ook dat kost energie. De toegepaste NSA’s zijn bovendien veelal voorzien van motorblokverwarming (soms 7kW continu = 60.000kWh per jaar) om een korte opstarttijd en betrouwbaarheid te kunnen garanderen. Inmiddels zijn de UPS’en vervangen door energiezuinige types met eco-bedrijfsstand.

    Reductie autonomietijden

    Door de verschillende eisen met betrekking tot de autonomietijden van verschillende verbruikers, worden met name de UPS’en overgedimensioneerd. En bij de combinatie UPS-NSA lijken de autonomietijden voor de UPS aan de hoge kant. Reduceren van de autonomietijden kan significante besparingen opleveren. Hiervoor moeten de eisen in de LTS worden herzien.

    Optimalisatie tijdens netuitval

    Uitgaande van een gemiddelde netuitval van eenmaal per vijf jaar (per net), is het optimaliseren van het rendement van de noodstroomvoorziening tijdens noodstroombedrijf weinig relevant. Optimalisatie kan wel worden gezocht in het reduceren van de verliezen tijdens stand-bybedrijf van de noodstroomvoorziening.

    Verbeteren nutsvoorziening

    Als alternatief voor een tunnelspecifieke noodstroomvoorziening kan worden onderzocht in hoeverre de beschikbaarheid en betrouwbaarheid van de nutsvoorziening te vergroten is. Wordt de kans op uitval significant kleiner dan de beschikbaarheid van het tunnelsysteem zelf, kan de noodstroomvoorziening wellicht worden gereduceerd. Ook hiervoor is een aanpassing van de LTS nodig.

    Dubbel netvoeding

    In veel gevallen is het mogelijk om een tunnel van elektriciteit te voorzien vanuit verschillende netringen van de openbare netten. Op het moment dat aan een kant van de tunnel de netspanning wegvalt, kan de tunnel vanuit de andere kant gevoed worden middels een ping-pongschakeling. De noodzaak tot het hebben van een NSA kan daarmee vervallen. Deze oplossing past binnen de LTS.

    Andere overwegingen

    • Kijk of de LTS mogelijkheden biedt om bij netuitval met een gereduceerd ventilatievermogen en verlichtingsniveau door te gaan met een open tunnel. Volgens de huidige LTS is dit niet mogelijk. Dit zou echter wel een aanzienlijke besparing in energiebesparing en kosten betekenen.
    • Vaak is maar een deel van de energievoorziening van een UPS-backup voorzien. Dit is een aanzienlijke vergroting van de complexiteit van de energievoorziening. Bij het gebruik van energiebesparende maatregelen zou een grotere UPS die het gehele systeem van stroom kan voorzien juist een aanzienlijke vereenvoudiging van het gehele energieconcept kunnen betekenen. Zeker als een UPS gecombineerd kan worden met de opslag van plaatselijk opgewekte energie is dit een aantrekkelijke optie (zie 8.8 Bufferen opgewekte elektrische energie).

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    8.2 Verbeteren ‘power quality’

    Sommige apparatuur geeft ‘netvervuiling’: spanningspieken in de energievoorziening die daar niet thuishoren. Deze verschijnselen veroorzaken vaak warmteontwikkeling, wat zich uit in een groter energieverbruik. Netvervuiling kan daarnaast de volgende gevolgen hebben:

    • Elektromagnetische storingen, onvoorspelbaar gedrag van installaties.
    • Versnelde veroudering installaties, hogere storingsgraad.
    • Opwarming van transformatoren en kabels (energieverlies en schade).
    • Opwarming van componenten in installaties, mogelijk zelfs met brand tot gevolg.

    Het is effectief om via contracteisen te verhinderen dat netvervuiling ontstaat.

    In de praktijk blijkt de netvervuiling zich vooral te manifesteren bij zwakkere netten. Installaties nabij zware transformatoren of stevige netsecties van het openbare net zijn veelal redelijk beschermd. Problemen treden vaak op bij langere kabellengtes, zwakke elektriciteitsnetten en vooral bij situaties van ‘eilandbedrijf’ waarbij de tunnel op de eigen energievoorziening draait en/of achter UPS’en. Vooral bij installaties achter een niet-netgekoppelde UPS (alle energie komt door de UPS-omvormers en net via een eco-stand uit het net) komt het verschijnsel veel voor. Het bufferende vermogen van de UPS is vaak beperkt en elk aangesloten apparaat kan direct invloed hebben. Vooral geschakelde voedingen kunnen schades veroorzaken. Klassiek zijn ook de (ingebouwde) drivers van ledverlichting, die overigens steeds beter ontworpen worden.

    Dit onderwerp is te complex en specialistisch om hier compleet te behandelen. Aangeraden wordt om bij het vermoeden van problemen op dit vlak specialistische bedrijven in te schakelen. Een slechte power quality uit zich vaak door:

    • Hogere temperatuur van kabels en componenten als voedingen.
    • Verhoogde uitval, vaker storingen.
    • Onverklaarbare storingen, oorzaak van storingen niet te beredeneren.
    • Zoemgeluiden, bromtonen, trillingen.
    • Knipperende verlichting, onbehaaglijk gevoel in verlichte ruimtes.

    Concrete aanbevelingen:

    • Schrijf in de vraagspecificatie, of in de algemene technische bepalingen (ATB) het volgende:
      • De powerfactor van alle apparaten afzonderlijk en van de tunnel als geheel mag in geen enkele bedrijfstoestand kleiner zijn dan 0,9.
      • De cos-phi van alle apparaten afzonderlijk en van de tunnel als geheel mag in geen enkele bedrijfstoestand kleiner zijn dan 0,9.
      • De cos-phi van motoren mag in geen enkele bedrijfstoestand lager zijn dan 0,8. Voor motoren met een vermogen van meer dan 10 kW mag de cos-phi in geen enkele bedrijfstoestand kleiner zijn dan 0,85.
    • Gebruik bij van buiten komende vervuiling een ‘echte UPS’ (geen by-pass, maar alle energie komt altijd vanuit de omvormers). Voor de andere groepen kunnen netfilters worden toegepast.
    • Zorg dat drivers geen lage stroom hoeven te leveren; de power factor van drivers wordt bij zeer lage belasting al snel slecht. Het is beter om sommige groepen verlichting uit te schakelen en de rest op een hoger niveau te laten werken, dan om grote groepen tegelijk op een lage belasting te bedrijven.

    Overwegingen:

    • Ook al is de power factor van bijvoorbeeld een verlichtings-driver op zich heel hoog (gunstig), dan nog kunnen door de grote aantallen problemen ontstaan. Het is namelijk zo dat EMC-eisen aan apparatuur uitgaan van het enkele apparaat. Als er veel apparaten zijn die tegelijk hetzelfde doen, dan kan het totaalniveau van de vervuiling toch hoog worden. Dit is echter bij de genoemde maatregelen niet zeer waarschijnlijk.

    Praktijkvoorbeeld spoortunnels

    De belangrijkste bron van harmonische vervorming is vermogenselektronica, zoals voedingen van apparaten (closed-circuit television/CCTV, versterkers, computers, etc.) en frequentieomvormers van elektromotoren. Ook slecht ontworpen ledverlichting en omvormers voor zonnepanelen kunnen hogere harmonischen in het elektriciteitsnet veroorzaken. Het gevolg is onder andere extra energieverlies in verbruikers dat omgezet wordt in warmte en storingen.

    Bij het ontwerpen van een elektrische installatie moet rekening worden gehouden met de diverse ‘power quality onderwerpen’. Er moet gekeken worden naar het spanningsniveau in de installatie, de bestandheid tegen (gevoeligheid voor) optredende dips, de mate van asymmetrie en harmonischen, en het optreden van snelle spanningsvariaties die hinder bij de verlichting kunnen geven. Een goed ontwerp kan al veel problemen voorkomen. Desondanks is niet alles te voorspellen en kunnen nieuwe toestellen of aanpassingen van installaties achteraf toch nog tot problemen leiden. Het monitoren van de kwaliteit van spanningen en stromen van een installatie – en dit geldt zeker voor de grotere installaties – is geen overbodige luxe. Hierdoor kunnen problemen op tijd worden gesignaleerd en maatregelen worden genomen. Elk specifiek power-qualityprobleem heeft zijn eigen oplossingen.

    Energie-efficiëntievoordelen

    [/tekst]

    Deze maatregel leidt tot vermindering van energieverliezen in het energienetwerk en van de verbruikers. Bij juist ontwerp van installaties en juist uitgevoerd onderhoud zal van energieverlies nagenoeg geen sprake zijn. In de praktijk blijkt echter dat dit onderwerp wordt onderschat en dat er snel enkele procenten te veel energie wordt verbruikt, met uitschieters tot 10% in zeer extreme situaties. De maatregel beoogt dan ook vooral het voorkomen van onnodig energieverlies ná ontwerp en is minder een besparing.

    [/tekst]

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid, betrouwbaarheid of onderhoudbaarheid?

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    8.3 Gebruik DC-netwerk (gelijkspanning)

    Door de energietransitie en doelstellingen ten aanzien van de uitstoot van CO2 is er nu, en zal er in de toekomst, meer aandacht zijn voor een andere opzet van het energienetwerk. Hierbij zullen duurzame energiebronnen gebruikt worden, waarbij de energie al dan niet lokaal of in de buurt opgewekt wordt en ook al dan niet lokaal of in de buurt gebufferd wordt. Lokale energieopwek- en -opslagmethodes maken vrijwel altijd gebruik van gelijkspanning (DC). Hierdoor wordt het voor de hand liggend om ook in de tunnel de voorkeur te geven aan gelijkspanning boven wisselspanning, zodat het mogelijk is om conversielagen uit te sparen en daarmee het systeem als geheel zowel eenvoudiger als energiezuiniger te maken.

    Verschillen

    Een traditionele energievoorziening met net-transformator en laagspanningnetwerk lijkt op dit moment nog niet te verslaan op het gebied van beschikbaarheid, betrouwbaarheid, levensduur en onderhoudbaarheid. Er zijn echter weinig verschillen op dit gebied tussen AC en DC, behalve meer ervaring met AC. AC-netwerken hebben op dit moment al weinig energieverliezen en hebben wel een intrinsieke beperking van het kortsluitvermogen. Hier staat tegenover dat DC/DC-transformatoren energiezuiniger zijn en een langere levensduur hebben dan AC/DC-omvormers, omdat er minder condensatoren toegepast worden.

    Een traditioneel netwerk is niet ‘simpel’, maar kan toch redelijk rechttoe-rechtaan zijn. Een tunnel heeft een 10 kV voeding, een eigen transformator en een aantal energieverdelers. Dit is dagelijkse kost voor de aannemer: schakelmateriaal en spanningsniveau’s zijn allemaal standaard. Er is veel ervaring met de berekeningen en de opzet. Het resultaat is een efficiënt en betrouwbaar systeem, dat een zeer lange levensduur heeft (30 tot 40 jaar is geen enkel probleem) en goed onderhoudbaar, uitbreidbaar en wijzigbaar is.

    Een DC-netwerk heeft deze voordelen nog niet, maar die komen vanzelf op langere termijn en dit type netwerk heeft de mogelijkheid significante energiebesparingen te brengen als het op de goede manier wordt toegepast. De uitdagingen zijn op dit moment nog:

    • Het schakelmateriaal en andere benodigde materialen zijn minder gemakkelijk en overvloedig beschikbaar.
    • DC-lekstromen: in alle installaties lekt er stroom via aarde terug naar de bron. Bij AC kunnen deze stromen weinig kwaad door de wisseling van de polariteit. Bij DC is de polariteit altijd gelijk en kan een kleine lekstroom al grote gevolgen hebben op de staalconstructie of betonijzer van een gebouw/tunnel. Momenteel zijn hier nog geen goede ‘oplossingen’ voor.
    • Een reeds getackeld probleem is het standaardiseren van de spanningsniveaus. Deze zijn conform NPR9090 ingesteld op 700VDC en 350VDC.

    In dit kader kunnen de volgende algemene zaken over ‘DC-netwerken’ gezegd worden:

    • De opzet van een meer duurzaam energieconcept is het werk van specialisten en moet integraal worden aangepakt. De mogelijkheden voor het toepassen van DC in bestaande tunnels zijn in het algemeen nog beperkt.
    • De mogelijke energiebesparing moet altijd gezien worden in het algehele energieconcept van de tunnel (of soms zelfs wijder). Een DC-netwerk is geen magie, waarbij al direct energiebesparing te verwachten is. Er kan weinig verschil zitten in het energieverbruik van AC- in verhouding tot DC-netwerken. Aangezien voor ‘dunne’ kabels een hoge spanning nodig is en omdat opwekking, opslag en verbruikers allemaal een verschillend spanningsniveau nodig hebben, zal er ook altijd spanningsniveau-omzetting plaatsvinden. Hiervoor zijn ook altijd transformatoren nodig (voedingen en omzetters hebben allemaal kleine transformatoren). Hierbij moet wel vermeld worden dat DC/DC omvormers een hoger rendement hebben dan AC/DC omvormers, wat energiebesparend werkt.
    • Er zal om verschillende redenen toch altijd een AC-netwerk aanwezig moeten zijn om grote motoren (tunnelventilatie, bluswater- en waterafvoerpompen, koelers e.d.) van energie te voorzien. Deze grote motoren hebben wisselstroom nodig om te werken (gelijkstroommotoren zijn duur en kwetsbaar). Het gebruik van gelijkstroom-gevoede frequentieomvormers is mogelijk, maar is (vergeleken met directe koppeling op een wisselstroomnet) kwetsbaar.
    • Het gebruik van DC-netten vereist soms andere kabels, schakelmateriaal en kennis dan gebruikt bij AC-netten. Vaak kunnen wel gewoon AC-kabels en schakelmateriaal gebruikt worden (met wat derating voor de DC-spanning) dus dit vormt geen groot probleem. Wel moet men hier rekening mee houden.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    8.4 Monitoring energieverbruik

    In de huidige objecten wordt het energieverbruik vaak alleen gemeten op het inkoppelpunt. Deze meters zijn ondertussen een stuk slimmer geworden en kunnen al veel informatie geven over het dagelijkse verbruik. De meters laten helaas niet zien welke hoeveelheden energie naar welke installaties gaan. Een beter inzicht in het verbruik van in elk geval de grotere energieverbruikers is niet alleen prettig voor beheerders, maar kan met data-analysetechnieken ook leiden tot besparingen. Inzicht in energieverbruik over langere termijn kan daarnaast helpen bij storingsanalyse en voorspelbaar falen.

    Voorbeeld van een geavanceerd energiemeetsysteem voor huiselijk gebruik (Bron: TheEnergyDetective)

    Een netwerk van meters, bij grote voorkeur meters die ook de spanningskwaliteit bewaken (zie maatregel 8.2 Verbeteren ‘power quality’), kan in vrijwel alle installaties zonder veel moeite ingebouwd worden. Netwerktechnologie maakt de data ook eenvoudig toegankelijk.

    Beneluxtunnel

    Tijdens project VIT2 van RWS is bij wijze van proef een netwerk van meters aangelegd in de Beneluxtunnel, waarmee naast het energieverbruik ook de kwaliteit van de spanning kan worden gemeten. Dit netwerk van meters volgt het verbruik van een aantal typische installaties en geeft input voor verdere maatregelen.

    Een andere methode om inzicht te krijgen, is gebruikmaken van de gelogde data van het besturingssysteem. Door in de aansturing het aan- en uitzetten van apparaten of systemen te identificeren, kan voor een belangrijk deel het verbruik van de tunnel worden gevonden. Er kan dan achterhaald worden hoeveel energie gebruikt wordt door daadwerkelijk verbruik, maar het geeft tevens inzicht in de systeem- en nullastverliezen.

    Bij de bouw van een nieuw besturingssysteem zou een ‘energiemonitorfunctie’ ingebouwd kunnen worden. Bij een wat verdergaand ontwerp zouden in combinatie met ontwerpgegevens en sensoren zelfs veranderingen in energieverbruik kunnen worden geconstateerd, hetgeen vaak een indicatie is van storingen of de aankondiging van storingen. Zo kan een investering meerdere doelen dienen.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    8.5 Kastverwarming en -koeling

    Buitenkasten hebben in de zomer last van de warmte en in de winter last van de koude. Dit levert dit – naast investering en onderhoud – energieverlies op voor koeling en verwarming. Om de energieverliezen te beperken, worden de volgende tips gegeven, die met elkaar een aanzienlijke reductie in het energieverbruik per kast kunnen opleveren:

    • Vermijd buitenkasten door deze zoveel mogelijk in het gebouw onder te brengen, of maak kleine gebouwtjes langs de weg waarin klimatisering gemakkelijker en efficiënter is.
    • Schrijf het gebruik van geïsoleerde buitenkasten voor.
    • Sluit de bodem van de kast goed af (wartelplaten ipv korrels).
    • Gebruik elektronische thermostaten met een nauwkeurigheid van +/-1°C en lage hysterese, zodat er niet onnodig gekoeld of verwarmd wordt.
    • Gebruik bij hulpposten analoge temperatuuropnemers die de verwarming per hulppost regelen vanuit de besturing.
    • Maak de insteltemperatuur voor de verwarming zo laag mogelijk (afhankelijk van de apparatuur).
    • De insteltemperatuur voor de koeling moet niet zo hoog mogelijk gekozen worden, vanwege de levensduur van de apparatuur. Koelen vanaf 25°C lijkt een goede balans tussen niet onnodig koelen en levensduur.

    Praktijkvoorbeeld thermostaten

    Bij een spoortunnel zijn enkele honderden ‘kleppenkasten’ aanwezig voor de sprinklerinstallatie in de tunnels. Deze zijn voorzien van verwarmingen (500W) met instel-thermostaat en een controle-thermostaat naar de besturing en bewaking. Deze thermostaten hadden een groot bereik en waren dus moeilijk in te stellen; zeker bij slecht licht en bij haast. Bij zeer precies instellen (wat in de praktijk bijna niet kon) werd een variatie van +/-2°C gehaald. De nauwkeurigheid van de thermostaten zelf was +/-3°C en de hysterese ook 3°C (ruwe getallen!). Om vorst te voorkomen én geen vals alarm te geven, moesten de verwarmingsthermostaten dus ingesteld worden op ten minste 8°C, waardoor soms tot 11°C verwarmd werd. Daarnaast werden bij het testen de thermostaten met de hand verdraaid en daarna weer teruggezet, wat onnauwkeurige instellingen opleverde. Vóór de verbeteringen stond ongeveer 10% van de verwarmingen het gehele jaar continu aan.

    De thermostaten zijn later vervangen door nauwkeuriger exemplaren met een afstelling in de fabriek. Hiermee konden de thermostaten afgesteld worden op een lagere temperatuur en was het probleem van niet-terugstellen ook opgelost. Daarmee zijn problemen opgelost, maar is de oplossing vanuit energie-oogpunt niet optimaal.

    Bij de Koningstunnel is het probleem eleganter opgelost. Hier zijn in de hulpposten analoge temperatuuropnemers geplaatst. In de besturing worden de thermostaten uitgelezen en worden de verwarmingen aangestuurd via een relais.

    Voordelen:

    • Er is sprake van merkbaar falen, waardoor de inspectie in de tunnel (kostbare tijd!) aan de verwarmingen vervalt. Aangezien er veel hulpposten zijn, scheelt dit veel.
    • De activatie-temperatuur van de verwarming kan ingesteld worden op 1°C (uit bij 3°C of 4°C), waardoor per kast veel energie bespaard wordt, omdat er gedurende het jaar nauwelijk meer verwarmd wordt.

    Nadelen zijn er nauwelijks:

    • De besturing wordt marginaal ‘ingewikkelder’ (je moet tóch wat besturing hebben voor de alarmthermostaat).
    • De totaalkosten van deze oplossing (ontwerp, aanleg, materiaal) zijn ongeveer gelijk aan die van de oplossing met losse thermostaten.
    • Als de besturing niet werkt, dan werkt de verwarming ook niet. Dit geeft in de praktijk geen problemen, omdat de tijd die nodig is om schade toe te brengen aan de hulpposten door vorst erg lang is. En dan alleen nog als het heel hard vriest. Bij lang buiten bedrijf zijn in een koude periode kunnen de hulpposten in de buurt van de toeritten via de hydranten leeg gemaakt worden.

    Overige overwegingen m.b.t. het toepassen van kastverwarming en/of kastkoeling:

    • Er is geopperd om in buitenkasten ‘mil-spec’ apparatuur (militaire standaard) te gebruiken, waardoor wellicht geen, of minder koeling en verwarming nodig is. Of dit een aantrekkelijke optie is, moet worden afgewogen.
    • Het uit de zon plaatsen van een kast zorgt ervoor dat er minder koeling nodig is, maar wel meer verwarmingsbehoefte. Met de huidige zachte winters en lange zomers lijkt het gunstig om buitenkasten in de schaduw te zetten. Dit is echter vaak niet mogelijk, omdat de projectering van de kasten vaak bepaald wordt door nabijheid bij apparatuur, plaatsingsmogelijkheden en bereikbaarheid. Een extra afdekscherm tegen de kast kan al de nodige schaduw geven.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    8.6 ICT-servers en -componenten

    In moderne tunnels wordt een aanzienlijke hoeveelheid energie gebruikt door de bediening, besturing, bewaking (3B) die ten alle tijden aanstaat. Hieronder vallen:

    • PLC’s (programmable logic controllers, programmeerbare logische sturing)
    • MMI-servers (mens-machine-interactie, gebruikersinterface)
    • Voedingen voor switches en routers
    • Beeldschermen
    • Servers van sub-systemen, zoals CCTV, datarecording, C2000, etc.

    Naarmate moderne technieken zich ontwikkelen, worden deze systemen steeds groter en verbruiken ze meer energie. Hierbij komt dat zij dan meer vragen van systemen zoals de klimaatinstallatie, de UPS en de voedingen, die dus ook meer energie gaan verbruiken. Bovendien hebben ICT-componenten een korte levensduur (een server gaat bijvoorbeeld maar vijf jaar mee); de preventieve vervanging van de apparatuur is een substantiële kostenpost.

    De volgende subparagrafen beschrijven enkele maatregelen om het energiegebruik als gevolg van ICT-systemen te beperken.

    8.6.1 Vermijd ‘overbemeten’ servers en PLC’s

    Streef naar servers, PLC’s, switches en routers die snel en groot genoeg zijn voor de applicatie, met 50% tot 100% overcapaciteit bij ingebruikname. Performance kost geld, maar meestal ook vermogen. Let wel op, een overbemeten server die op lage capaciteit werkt kan koeler draaien, omdat hij minder te doen heeft dan hij aankan. Dit kan gunstig uitwerken op de betrouwbaarheid. Dit lijkt echter onvoldoende reden om de overcapaciteit onnodig groot te maken, want bijvoorbeeld een hogere kloksnelheid geeft weer zijn eigen problemen.

    8.6.2 Vermijd onnodige redundantie

    Een zorgvuldige afweging van faaldefinities in relatie tot de opbouw van een subsysteem kan een aanzienlijke reductie teweegbrengen in kosten, inbedrijfstellen, testen, software, energiekosten, ruimte en betrouwbaarheid (zie de referenties). Het gebruik van redundante servers in subsystemen kan vaak zeer eenvoudig voorkomen worden, waarbij ook veel problemen vermeden worden. Bij zorgvuldig ontwerp, aanvullende maatregelen en het fine-tunen van de faaldefinities kan het gebruik van redundante servers en PLC’s voor de hoofdsystemen onnodig zijn en zelfs een hogere betrouwbaarheid tot gevolg hebben dan een gemiddeld redundant systeem. De voordelen van een tunnel zonder redundante servers en PLC’s zijn niet alleen vanuit het oogpunt van energie gunstig, maar ook op andere vlakken.

    8.6.3 Combineer functionaliteit

    Door het blijven kijken naar het tunnelsysteem als geheel en niet naar de afzonderlijke functionaliteiten, kunnen er slimme keuzes worden gemaakt om verschillende subsystemen op dezelfde servers te laten draaien. Zo zijn een virtuele CCTV-server en een virtuele SCADA-server twee gescheiden systemen, die alleen fysiek op dezelfde hardware draaien. Om dit te doen, moet veel meer gekeken worden naar de logische systemen op één server en de invloed die ze (niet) op elkaar hebben. Ook zal de hardware van de server daarop moeten worden uitgelijnd. In het geval van de CCTV-server en SCADA-server kan de redundantie van deze systemen bijvoorbeeld juist anders worden verdeeld, want de logische systemen zouden juist geen invloed mogen hebben. Dit moet in het project zelf goed worden bekeken.

    Cloud-based systemen

    ’Cloud-achtige’ oplossingen zijn een mogelijkheid voor de toekomst om te onderzoeken. Alleen de hardware is dan aanwezig, het systeem zorgt zelf ervoor dat de juiste hoeveelheid processorkracht en geheugen wordt vrijgemaakt voor de te vervullen functie. Dit is bovendien niet locatiegebonden. Dit zou de betrouwbaarheid ten goede komen en het serverpark veel minder kwetsbaar maken. Dit is alleen niet iets dat binnen één tunnelsysteem opgelost kan worden.

    Een ander voordeel van goede virtualisatie is dat de systemen minder afhankelijk zijn van de hardware waar ze op draaien, met voordelen op het gebied van ontwikkeling, testen, onderhoud, vervanging en betrouwbaarheid.

    Het nadeel van het draaien van applicaties voor verschillende (sub-)systemen op een gedeelde server is dat bij uitval van de server meerdere systemen tegelijk uitvallen. Dit hoeft geen probleem te zijn als deze subsystemen voor een tijd tegelijk mogen uitvallen, met verminderde functionaliteit kunnen doordraaien, of als de faaldefinities zodanig worden gesteld dat bij snelle reparatie het sluiten van de tunnel niet nodig is. Voor het snel kunnen repareren en weer in de lucht krijgen van de (sub-)systemen is wel een goed plan nodig, met service-afspraken, voldoende reservedelen, etc.

    8.6.4 Vermijd onnodige functionaliteit

    In een tunnel zitten over het algemeen geen overbodige functionaliteiten. Maar het kan geen kwaad om te streven naar een minimalistisch systeem als geheel. Is alles wat we gebruiken of willen maken wel écht nodig? Zelfs een kleine functionaliteit heeft een lawine aan maatregelen tot gevolg: apparatuur of software, extra ontwerp, testen, onderhoud, etc.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    8.7 Kabels met grotere aderdiameter

    Bij het transport van elektrische energie zijn er altijd verliezen in de kabels die de elektrische energie transporteren. Die verliezen worden bepaald door:

    • De lengte van de kabel
    • De aderdiameter van de kabel
    • Het geleidende materiaal
    • De stroom die er ‘loopt’

    Door te kiezen voor een dikkere aderdiameter wordt het spanningsverlies beperkt. Er moet dan ook gekeken worden naar de andere aspecten. Bij grotere vermogens over langere afstanden is het toepassen van dikkere kabels te overwegen.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    8.8 Bufferen opgewekte elektrische energie

    Bij toepassing van veel van de technieken uit dit document zou men wellicht de verwachting kunnen uitspreken dat de totale hoeveelheid opgewekte energie van de tunnel (uit zonne-/warmte-/windergie) even hoog is of zelfs hoger is dan de totale hoeveelheid verbruikte energie. Dit was bijvoorbeeld het geval bij het consortium De Groene Boog en haar ontwerp voor de eerste energieneutrale tunnel (A16rotterdam.nl). Er kan dan gekozen worden om de elektrische energie terug te leveren aan het net. Netbeheerders hebben echter aangegeven de grote variatie en hoeveelheid van energie slecht aan te kunnen. Het elektriciteitsnet staat onder druk, netverzwaring wordt nog te traag gerealiseerd en is ook niet de meest gewenste oplossing.

    Een zeer goede oplossing voor dit opgekomen probleem is het lokaal opslaan van de opgewekte energie. Zoals ook uitgelegd in Het nationaal actieplan energieopslag en conversie 2019 moet er meer flexibiliteit komen op momenten dat een tunnel overgaat van energieverbruiker naar energieproducent (zoals het geval is op winderige of zonnige momenten). Door energie zelf op te wekken, op te slaan en te gebruiken wanneer nodig, kan een tunnelsysteem in principe losgekoppeld worden van het elektriciteitsnet. Zo gaat een systeem van energieneutraal naar energie-autonoom.

    De Groene Boog heeft eind 2019 stappen ondernomen richting gedeeltelijke energie-autonomiteit. Indien het project op die beoogde wijze gerealiseerd wordt, zal het voor hen mogelijk zijn om 6 tot 9 maanden van het jaar volledig los van het energienet te opereren!

    8.8.1 Aanpak energieopslag

    Er zijn twee mogelijkheden om energieopslag te realiseren: seizoensopslag en dagopslag.

    Seizoensopslag lijkt met name een aantrekkelijke optie als de totale opgewekte energie voornamelijk seizoensgebonden wordt opgewekt. Dit is bijvoorbeeld het geval bij zonne-energie. In de zomer is er meer zon waardoor een surplus aan energie gebufferd dient te worden. In de winter kan deze energie juist gebruikt worden. Kenmerkend aan deze methode is dat de energie-inhoud van de gekozen opslagmethode relatief groot moet zijn. Zo heeft men voor een kleine tunnel al gauw containers vol aan batterijen nodig. Mede hierdoor is de businesscase hiervoor lastig sluitend te krijgen. Een businesscase is veel gemakkelijker sluitend te krijgen als er meerdere keren per seizoen wordt gewisseld tussen energieoverschot en energietekort, zoals bij toepassing van windenergie het geval is.

    (Bron: www.danielssmartenergy.nl/zonne-energie)

    Dagopslag bekijkt de energiebalans per dag. Bij onderstaand voorbeeld (waar PV-panelen zijn toegepast) heerst er bijvoorbeeld een tekort aan energie als de zon onder is, maar een overschot als de zon op is. Voor een tunnel is een dergelijke scope (of een scope van een aantal dagen) vaak de betere oplossing voor een sluitende businesscase.

    (Bron: www.bouw-energie.be/assets/img/blog/blogpost/post-img/energieopslag-de-toekomst-1.jpg)

    8.8.2 Soorten energieopslagsystemen

    Voor de opslag van energie is een groot aantal systemen beschikbaar die een goede oplossing kunnen zijn voor een tunnelsysteem. Welk systeem het meest geschikt is voor een specifieke tunnel zal afhangen van ontwikkelingen en de mogelijkheden in en rondom de tunnel zelf. Hieronder zijn enkele veelbelovende energieopslagmethodes kort behandeld.

    Lithium-ionbatterijen

    Waterstof brandstofcel (AFC, PEMFC, PAFC, MCFC, SOFC)

    Perslucht (CAES, ACAES,LAES)

    Mechanische of hydrostatische (waterkracht) hoogte-energie

    Vliegwiel

    Thermisch-elektrische opslag

    Zeezout batterijen

    Flowbatterijen

    Klap uit Klap in

    Opgemerkt wordt hier dat alle bovengenoemde technieken (sommige vliegwieloplossingen) gelijkspanning leveren. Het toepassen van de hierboven genoemde oplossingen zou dus het best samen met een DC-netwerk uitgevoerd kunnen worden om AC/DC-transformatorverliezen te voorkomen.

    Energie-efficiëntievoordelen

    Wet- en regelgeving

    Consequenties voor beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid

    Veiligheidsconsequenties

    Consequenties voor de verkeersgebruiker

    Technisch uit-ontwikkeld

    Kosten-baten

    Referenties/links

    Spoortunnels

    Klap uit Klap in

    9 Overige aandachtspunten

    9.1 Pompinstallaties (vloeistofafvoersysteem)

    Pompen zijn op zichzelf al efficiënt ontworpen. Bovendien wordt de hoeveelheid energie die nodig is om de vloeistof weg (omhoog) te pompen, voor het grootste deel door natuurkundige wetten bepaald. Energiewinst is dus niet zozeer te behalen bij het pompen, maar wel door het voorkomen dat er gepompt moet worden, bijvoorbeeld door het afvangen van regenwater nog boven grondwaterpeil, zodat het natuurlijk kan afvloeien en in de bodem kan wegzakken (wadi) of afgevoerd worden via een sloot. Voor het afvoeren van het ‘dagdagelijks’ water (lekkages) kan wellicht een kleinere pomp volstaan in combinatie met het instellen van een grotere hysterese in de vlotterstanden waarbij de pomp, als deze gaat draaien, langer doordraait. Het op gang krijgen van de vloeistofstroom (of vullen van de leiding) kost ook energie. Voor de (incidentele) afhandeling van grotere hoeveelheden water, bijvoorbeeld bij hevige regenval, kan dan een grotere pomp (of pompen) ingezet worden.

    Verder kan bekeken worden of er voor het testen van de installatie mogelijkheden zijn om gebruik te maken van die momenten dat de installatie toch al moet draaien door gegevens uit het systeem te verzamelen en slim in te zetten voor voorspellend onderhoud.

    9.2 Brandblusinstallatie

    De pompen van de brandblusinstallatie zijn al efficiënt. Voor het op druk houden van de brandblusleiding wordt vaak gebruikgemaakt van een kleinere jockeypomp. Deze pomp wordt in de regel bewaakt op draaiuren als indicatie voor lekkage in de leidingen. Er kan eventueel bekeken worden of er voor het testen van de installatie mogelijkheden zijn om gebruik te maken van die momenten dat de installatie toch al moet draaien. Zo kan de energieverbuik van het systeem (door o.a. stroomverbruik, inschakelstroom, trillingen) slim ingezet worden voor voorspellend onderhoud.

    De brandblusinstallatie wordt wel vaak aangestuurd bij het testen van de calamiteitenknop en/of bij software-aanpassingen. Te overwegen zou zijn om vooral voor die softwaretesten, waarbij de installaties diverse keren worden ingeschakeld, te voorzien in een ‘softwaretestmodus’. Dan hoeven de pompen niet ‘tien keer in een nacht’ ingeschakeld te worden.

    Om de brandblusvoorziening te beschermen tegen bevriezing wordt momenteel elektrische verwarming toegepast. Deze verwarming bestaat uit een warmte-element langs de buizen aan de binnenkant van een isolatie (tracing) en uit verwarmingselementen in de hulppostkasten. Bij het ontwerpen zou er beter gekeken kunnen worden naar nut en noodzaak van deze verwarming, het gekozen middel en de wijze van aansturing van de verwarming. Vaak wordt de hele tracing ingeschakeld, terwijl alleen de stukken in de buitenlucht of nabij de ingang bescherming nodig hebben. In het middentunnelkanaal zal de temperatuur niet snel beneden het vriespunt komen.

    9.3 Verkeerssystemen

    In de categorie verkeerssystemen, waaronder afsluitbomen, verkeerslichten en hoogtedetectie, valt qua energieverbruik weinig winst te behalen. Op het moment dat ze in werking zijn, werken ze energie-efficiënt. De calamiteitendoorsteken (cado’s) en verrijdbare vangrails (veva’s) zijn robuustere systemen, vaak aangedreven met een hydraulische installatie. Per keer dat ze gebruikt worden, kosten ze veel energie, maar veel zuiniger zullen ze niet kunnen worden. Ook hier is hooguit in het aspect conditionering van besturingskasten wellicht wat winst te halen.

    Voornamelijk in de winter kost het verwarmen van de besturingskasten veel energie. In de meeste tunnels staan momenteel diverse losse kasten bij elkaar. Overwogen kan worden om in de gerenoveerde tunnel een wat grotere ruimte te maken als vervanging voor de verschillende kasten. Deze ruimte is makkelijker te isoleren, zowel tegen de kou in de winter als de warmte in de zomer. Een andere optie is het voorschrijven van beter geïsoleerde buitenkasten.

    9.4 Communicatie

    De communicatie-installaties kenmerken zich doordat ze altijd aan staan. Op elk moment moet communicatie in de tunnel mogelijk zijn. Bij vervanging van de installaties kan aandacht geschonken worden aan het inkopen van zo energiezuinig mogelijke installatie.

    Mobiele telefonie in tunnels

    Een speciale groep binnen de communicatie is de mobiele telefonie. Deze systemen verbruiken steeds meer energie en zullen dit in de toekomst alleen maar meer gaan doen. Er staan momenteel al systemen van drie providers naast elkaar. Door de introductie van het 5G-netwerk zal het verbruik ook flink stijgen.

    Omdat deze systemen redelijk veel ruimte nodig hebben in het dienstgebouw, maar ook in de tunnel (voor antennes), zou het goed zijn als providers één gemeenschappelijk systeem zouden introduceren. Verhoudingsgewijs is dat energiezuiniger en kan het voor de providers ook schelen in onderhoudskosten.

    Omroepsystemen, CCTV- en HF-installaties

    Bij omroepsystemen kan gekeken worden naar zuinige versterkers (klasse C/D) die alleen inschakelen op het moment dat er omgeroepen moet worden. Bij CCTV is het vaak de interne verwarming in de camera’s die redelijk veel energie vraagt in de wintermaanden. Ook de videorecorders (harddisk) gebruiken veel energie en produceren veel warmte die vervolgens afgevoerd moet worden.

    De ICT-technologie in deze systemen ontwikkelt zich. Er is steeds meer sprake van routers, switches, servers en dergelijke, en deze componenten gebruiken redelijk veel energie. Het is te overwegen of de systemen elk hun eigen netwerken en servers moeten hebben of dat er gebruikgemaakt kan worden van gezamenlijke voorzieningen als hostingservers.

    9.5 Bediening en besturing

    Grote besparingen zijn mogelijk door de wijze waarop de tunnel wordt ingezet en bediend. Keuzes zoals ‘Wanneer gaat de tunnel naar evacuatiestand?’ en ‘Welke inzet van de installaties heb ik op welk moment nodig?’ bepalen voor een groot deel het energieverbruik in geval van calamiteiten. Dit zijn zaken die in de software en bedieningsinstructies zijn opgenomen. Binnen het kader van dit document kan hooguit gezegd worden dat daar afwegingen gemaakt kunnen worden door de beheerder; het is niet aan het COB of de opstellers van dit document om dit te bepalen. Zodoende beperkt dit hoofdstuk zich tot de hardware van de besturing.

    Een klassiek besturingssysteem kenmerkt zich door veel input-outputmodules (I/O) die gevoed worden vanuit een voedingsapparaat waar de 230V AC wordt omgezet in een gelijkspanning (DC) van 12/24/48V. Op locaties waar niet te veel IO nodig is, kan dat een goede oplossing zijn. In bijvoorbeeld de PLC-ruimte zou overwogen kunnen worden om in plaats van veel kleinere voedingen één grotere duplicate voeding te plaatsen. Ook de elders in dit document beschreven maatregelen rondom ICT kunnen energiebesparingen geven.

    10 Energiebesparing bij renovatie

    In dit deel van het groeiboek wordt aangegeven hoe in een bestaande tunnel gezocht kan worden naar mogelijkheden voor energiebesparing. Een aantal maatregelen uit de rest van dit document wordt hiervoor samengevat specifiek vanuit het oogpunt van renovatie. Het hoofdstuk bundelt praktijkervaringen bij renovaties van diverse tunnels.

    10.1 Inzicht

    Voor een bestaande tunnel (bij renovatie) is het van belang dat er een goed zicht is op de energieverbruikers van de tunnel. Daarom is er bij dit hoofdstuk is een checklist beschikbaar die ingevuld kan worden vóór het lezen van dit hoofdstuk. De checklist wijst dan uit welke maatregelen interessant kunnen zijn voor de tunnel.

    Huidige situatie

    De eerste vraag zou moeten zijn: is bekend wat de tunnel op dit moment verbruikt en is bekend waar de energie op dit moment naar toe gaat? De antwoorden op deze basisvragen kan inzicht geven in het functioneren van de tunnel. Hierbij is het belangrijk de volgende vragen te stellen:

    • Hoeveel buizen kent de tunnel en wat is de (gemiddelde) lengte per buis?
    • Wat is het aantal rijstroken per buis?
    • Wat is de oriëntatie (windrichting) van de tunnel?
    • Is de tunnel destijds conform LTS ontworpen en gebouwd?
    • Wat is het energieverbruik van de tunnel per jaar, of is dit onbekend?

    Toekomstbestendig

    Bij het plannen van een grootschalige renovatie ontstaat ook de kans om als beheerder eens goed na te denken over duurzaamheid. Zeker bij oudere tunnels bestaat de kans dat ook de energievoorziening vervangen moet worden of in elk geval flink aangepast. In het kader van de energietransitie en de inzet op een duurzaam netwerk kan bekeken worden op welke manier de tunnel hierin een rol kan spelen.

    Vragen die interessant zijn om te stellen:

    • Gaan er zaken veranderen in het tunnelontwerp? Zoals hoeveelheid rijbanen, verkeersdrukte e.d.?
    • Moeten we weer bouwen zoals we dat altijd deden of durven we van de gebaande paden af te wijken? Zie ook het groeiboek groeiboek Hinderarm renoveren.
    • In hoeverre moet de tunnel volledig inzetbaar zijn bij uitval van de netspanning? Mag de tunnel in dat geval verminderd beschikbaar zijn door de snelheid omlaag te brengen, waardoor de kans op ongeval afneemt? Dit kan nogal wat betekenen voor de noodstroomvoorziening.
    • Wat kunnen we nu doen om in de toekomst minder onderhoud nodig te hebben?
    • Hoe kunnen sensoren en self-tests meehelpen om beter te kunnen voorspellen wanneer systemen onderhoud nodig hebben, wanneer systemen meer energie gaan gebruiken dan verwacht of wanneer systemen vervangen moeten worden ?
    • Kunnen we systemen introduceren die minder materiaal en energie verbruiken en kan daarvoor wellicht iets meer geïnvesteerd worden?
    • Is de tunnel op zichzelf de oorzaak van het verbruik of is het de inzet van die tunnel? Als er veel op calamiteiten gestuurd wordt, beïnvloedt dat het verbruik aanzienlijk.
    • Slaan de ventilatoren vaak aan en is dat in lijn met het aanbod van verkeer?
    • Zijn er andere factoren die het verbruik beïnvloeden?

    10.2 Energievoorziening

    Elke tunnel kent een zeker verborgen energieverbruik. Denk aan zaken als nullastverliezen van transformatoren, carterverwarming van de noodstroomaggregaten (NSA), verliezen in de conversie van energie in de accusystemen (UPS), maar ook in kabelverliezen. Omdat systemen warmte produceren en/of geconditioneerd moeten worden, is er ook energie nodig voor klimaatbeheersing.

    Begrippen bij energievoorziening

    Transformatorverlies

    Elke transformator kent koperverliezen (warmteontwikkeling door de elektrische weerstand van de koperdraad) en ijzerverliezen (verliezen door magnetiseren van de ijzerkern). Deze verliezen worden grotendeels bepaald door het vermogen dat de transformator moet kunnen leveren en het nominaal vermogen. Dit verlies kan oplopen tot meerdere procenten van het nominaal vermogen van de transformator.

    Nominaal vermogen

    Het nominaal vermogen is het elektrisch vermogen dat de transformator continu kan leveren.

    UPS-capaciteit

    Een UPS kent twee parameters die van belang zijn bij een ontwerp. De eerste is het vermogen dat momentaan geleverd moet kunnen worden (energieverbruik van de aangesloten apparaten). Dit bepaalt de omvorming van accu naar uitgangsvermogen. In moderne systemen is dit vaak met modules op te schalen, zodat er een passende match gemaakt kan worden. De tweede parameter is de standtijd; de tijdspanne waarin de UPS de energie moet blijven leveren. Dit bepaalt het opgestelde vermogen van de accu’s en daarmee ook de laadcapaciteit van de UPS.

    Cos-phi en power quality (PQ)

    In de techniek van de wisselspanning is het belangrijk dat de aangeboden spanning en de opgenomen stroom met elkaar in fase zijn. Bij een netfrequentie van 50 Hz zal de spanning 50x per seconde een sinusvorm doorlopen. Door natuurkundige invloeden kan het voorkomen dat de opgenomen stroom niet tegelijk met spanning meeloopt. Zeker bij grotere vermogens, vaak met het driefasensysteem, is het van belang dat deze ongelijkheid wordt beperkt. De mate van gelijkheid wordt uitgedrukt met cos-phi. Ideaal is een cos-phi van 1.

    Een wisselspanning heeft als basiswaarde de 50Hz met een zuivere sinusvorm. Door het toepassen van allerlei vermogenselektronica, inschakelpulsen en andere verstoringen kan het voorkomen dat deze zuivere sinus niet gehaald wordt en dat er sprake is van vervuiling, harmonischen. Deze vervuiling kan in veel aangesloten systemen extra warmteontwikkeling veroorzaken en zelfs leiden tot uitval.

    Transformator

    Elke transformator kent verliezen die het rendement beïnvloeden. Deze verliezen kunnen oplopen tot enkele procenten van het nominaal vermogen van de transformator. Omdat deze – tot op heden – continu worden ingeschakeld, is het totale energieverlies over de jaren aanzienlijk. Bij een transformator van 630 kVA (gemiddelde transformator) loopt het verlies snel op tot 5 kW x 8600 uur per jaar. Dit is gelijk aan het verbruik van 10-15 huishoudens in Nederland.

    Transformatoren gaan erg lang mee. De kans dat er een oudere transformator is met een hoger nullastverlies is groot. Moderne transformatoren kunnen aanzienlijk lagere verliezen hebben. De keuze voor een goede kwaliteitstransformator en/of een transformator met gereduceerd nullastverlies kan het verlies met een factor 10 verlagen.

    In de regel zijn er in een tunnel meerdere transformatoren in gebruik. Naast de nettransformator die de tunnel voedt vanuit het openbare net, is er vaak ook sprake van zogenaamde ‘step-up-step-down’-transformatoren die energie naar de andere kant van de tunnel brengen. Daarnaast kan er een tweede netaansluiting zijn.

    Tunnels kenmerken zich door een beperkt dagdagelijks verbruik, maar – in geval van een calamiteit – een zeer hoog piekverbruik. Het is het overwegen waard om verbruik ten tijde van een calamiteit met een aparte, slechts bij calamiteiten in te schakelen transformator, op te vangen.

    Noodstroomaggregaten

    Bij de toepassing van noodstroomaggregaten (NSA) wordt in de regel carterverwarming toegepast om bij het inschakelen de NSA sneller inzetbaar te krijgen. Door het motorblok te verwarmen tot een waarde ergens tussen 20-30 graden (maar soms nog veel hoger), hoeft een NSA niet voor te gloeien en zal de motor betrouwbaarder starten en vrijwel meteen zijn volle vermogen kunnen leveren. Een nadeel hiervan is dat deze verwarming altijd aan staat en al snel een permanent vermogen van 3-6 kW aan elektrisch vermogen vraagt. Bij een te renoveren tunnel kan dus overwogen worden of een NSA nog wel wenselijk/nodig is. En zo ja, dan dient onderzocht te worden of er typen NSA’s zijn die deze verwarming niet nodig hebben, of dat er een vertraging ingebouwd kan worden waardoor de NSA niet direct zijn volle vermogen hoeft te leveren, maar even de tijd heeft om zelf op te warmen.

    Alternatieven zijn de toepassing van andere apparaten dan een NSA (met doelstelling geen fossiele brandstoffen meer), het introduceren van een tweede netaansluiting die inschakelt op het moment dat de primaire voeding uitvalt of zelfs het accepteren dat bij netuitval de tunnel wordt aangesloten op de UPS-voeding. Meer informatie hierover is te vinden in hoofdstuk 8 Energiesysteem en noodstroomvoorziening.

    Accusysteem

    In elke tunnel is ook een accusysteem aanwezig dat bij uitval van de netspanning de elementaire systemen moet blijven voeden. Binnen de LTS is dit systeem zelfs zo gedimensioneerd dat de tunnel kan worden afgesloten indien de noodstroomvoorziening niet op gang komt (bv. falen NSA). De accu’s worden geladen vanuit de netspanning met een omvormer. Bij sommige systemen worden de aangesloten apparaten vanuit die accu’s gevoed door met een tweede omvormer weer wisselspanning te maken (UPS, uninterruptable power supply). Er is dus sprake van een dubbele energieomzetting (UPS in seriebedrijf). Bij andere systemen worden de aangesloten apparaten direct gevoed vanuit de netspanning en wordt bij uitval van de netspanning snel omgeschakeld naar accuvoeding (parallelbedrijf of ecomodus), ook wel ‘no-break’ genoemd). Het energieverbruik van deze no-break beperkt zich tot hoofdzakelijk een ‘druppellading’ van de accu’s. Daarnaast zijn er nog no-breaks met power-qualitycorrectie. Het energieverlies van dit type no-break varieert van het verlies van een UPS (of zelfs hoger) tot dat van een no-break. Minstens zo belangrijker voor de verliezen is de kwaliteit van het apparaat zelf.

    Voor de accu’s kunnen verschillende typen gebruikt worden. Kern van de gebruikelijke typen is dat de ruimte waarin de accu’s staan opgesteld koel gehouden moeten worden. Daarvoor is koelcapaciteit nodig. Ook in de ruimten waarin de UPS staat opgesteld kan sprake zijn van een groot koelvermogen.

    Om energie te besparen, kan gekeken worden naar het type UPS en of de koelcapaciteit nog wel past bij de huidige (of toekomstige) apparaten. Nieuwe installaties worden steeds energiezuiniger en het is dan ook niet ondenkbaar dat een UPS overgedimensioneerd is. Ook kan gekeken worden of de standtijd van een UPS nog past op de behoefte. Door op een gegeven moment minder belangrijkere systemen uit te (laten) schakelen, kan het opgestelde vermogen beperkt worden. De LTS voorziet in een dergelijke afschalen van systemen.

    Cos-phi en power quality

    Een laatste belangrijke factor in het energiesysteem zijn verliezen die optreden door een slechte cos-phi of slechte power quality (zie begrippen). Vooral slechte power quality kan leiden tot bovenmatige warmteontwikkeling in de aangesloten apparaten en kabels en zelfs tot uitval. Er zijn praktijkvoorbeelden van extreme situaties waarbij het energieverlies opliep tot tegen de 10% van het totale verbruik en dat installaties vervroegd vervangen dienden te worden vanwege bovenmatige verhitting. Het is dus van belang om te weten wat de kwaliteit van de netspanning in de tunnel is, waarbij specifiek moet worden gekeken bij het zogenaamde eilandbedrijf, het moment dat de tunnel operationeel is op NSA of UPS. Omdat dan de netaansluiting niet kan fungeren als buffer, is een eventueel effect extra zichtbaar (en schadelijk).

    Dit naast de wettelijke verplichting om als grootverbruiker ervoor te zorgen dat de kwaliteit van het energienet niet negatief beïnvloed wordt!

    10.3 Tunnelverlichting

    Veel mogelijkheden voor energiebesparing op het gebied van verlichting zijn elders in het document al benoemd. Led is daarbij op dit moment praktisch standaard. In de toepassing is vooral de mogelijkheid van het veel beter kunnen regelen van het verlichtingsniveau een groot voordeel (let wel op de toenemende netvervuiling bij lage dimstanden. Zie hiervoor 8.2 Verbeteren ‘power quality’).

    Opbouw van de verlichting

    Bij een renovatie kan onderzocht worden of er met bijvoorbeeld een andere opbouw extra winst te halen valt. Veel van de bestaande drierijstroken tunnels zijn in het verleden uitgerust met twee rijen lichtarmaturen. Doordat ledarmaturen het licht veel breder kunnen uitstralen en er ook meer licht uit één armatuur kan komen, is het te overwegen om in de nieuwe situatie over te gaan op één rij armaturen. Bij tunnelbuizen met meer dan drie rijbanen is het helaas niet mogelijk om met één rij te gaan werken, omdat bij hogere voertuigen schaduwvorming een negatieve rol gaat spelen.

    Energievoorziening verlichting

    Bij het overwegen van het vervangen van de verlichting moet zeker ook de energievoorziening hiervan beschouwd te worden. Zijn bestaande kabels herbruikbaar en zo ja, liggen de kabels dan op de juiste plek? Het kan voordeliger zijn om de nieuwe ledinstallatie suboptimaal te ontwerpen als daarmee voorkomen kan worden dat de voedingskabels vervangen moeten worden.

    Optimalisatie ontwerp verlichting

    Bij het aanbrengen van de nieuwe installatie kan bekeken worden of het mogelijk is om de lichtmeting buiten de tunnel zodanig te ontwerpen dat het mogelijk is om overdag het afstellen en uitrichten van de L20-meter (luminantiemeting) mogelijk te maken. De L20-meter staat vaak in de middenberm, waardoor het erg moeilijk wordt om onderhoud te plegen. Daardoor kan de meting niet goed meer werken, wat kan resulteren in te veel energieverbruik of juist te weinig licht in de tunnelmond.

    Het is ook altijd een optie om te overwegen (alsnog) een daglichtrooster aan te brengen. Een goed ontworpen daglichtrooster zal bijdragen aan het reduceren van het energieverbruik. De vraag is dan wel of de besparing opweegt tegen het energieverbruik voor productie en aanleg van een rooster. Meer informatie is te vinden in hoofdstuk 5 Verlichting.

    Verder zijn er mogelijkheden met licht asfalt en meer licht reflecterende wanden om de benodigde hoeveelheid licht te reduceren. Zie hiervoor paragraaf 5.8 Toepassen lichtgekleurd asfalt.

    Het beïnvloeden van het hemellichaam (de ruimte boven en naast de tunnelmond) kan helpen om de hoeveelheid ingangsverlichting te reduceren. Zeker als bij het inrijden van een tunnel tegen de zon in gekeken moet worden. Het planten van een aantal bladhoudende bomen of struiken kan al helpen. Ook kan het plaatsen van zonneschermen of het strategisch plaatsen van de routeborden boven de weg bij de in- of uitgang van een tunnel helpen de hoeveelheid benodigd licht te verminderen en/of de veiligheid te vergroten.

    Verder is er in de tunnel in het middentunnelkanaal (dienstgang en vluchtweg) licht nodig. Maatregelen hiervoor staan beschreven in 5.10 Verlichting middentunnelkanaal. Indien een vluchtwegverlichting nog niet aan vervanging toe is, kan men al eenvoudig besparen door in rustsituatie alleen het deel van de verlichting dat op de no-break voeding is aangesloten(25-50%), te laten branden. Met een relais kan de overige verlichting ingeschakeld worden op het moment dat dat nodig is. Uiteraard is het vervangen van oude TL-armaturen door led al een goede besparing.

    10.4 Gebouwinstallaties

    Onder de groep gebouwinstallaties worden de volgende installaties verstaan:

    • Klimaatinstallaties
    • Toegangsbewaking van de tunnel
    • Brandbeveiliging
    • Gebouwverlichting

    Bij het plannen van een renovatie of bij vervangingen van een gebouwinstallatie zou minder naar de bestaande situatie gekeken moeten worden en meer naar de eindsituatie. Doordat veel installaties energiezuiniger zijn geworden, is er wellicht niet meer zoveel koelvermogen nodig. Als een gebouw opnieuw ingericht wordt, bijvoorbeeld om parallel installaties te kunnen opbouwen, kunnen duurzaamheid en energieverbruik als uitgangspunt worden genomen. Koelen van installatiekasten in plaats van het hele gebouw conditioneren, hergebruik van restwarmte (voor zover nog aanwezig) en alternatieven voor het verwarmen of koelen van verblijfsruimten op alleen die momenten dat er personeel aanwezig is, zijn allemaal mogelijkheden om een gebouw duurzamer te maken. Zie verder 7 Gebouwen van dit document.

    Cybersecurity

    Een ander onderwerp is de fysieke beveiliging van de dienstgebouwen van tunnels in het kader van cybersecurity. Dit onderwerp wordt al steeds belangrijker. Het valt buiten de scope van de maatregelencatalogus, maar in het groeiboek Cybersecurity tunnels van het COB is veel informatie te vinden.

    In de dienstgebouwen is er in het verleden vaak voor gekozen om in trappenhuizen, gangen en dergelijke verlichting permanent te laten branden. Het is de vraag of dat in alle gevallen ook echt nodig is. Is oriëntatieverlichting conform het bouwbesluit bijvoorbeeld niet al voldoende? En als het dan al noodzakelijk is, kan in ieder geval ledverlichting toegepast worden. Deze overweging geldt ook voor de terreinverlichting. De installaties voor inbraak, brandmelding en toegang zijn kleine gebruikers waar vaak weinig te halen valt.

    10.9 Overige afwegingen

    Beheer en onderhoud

    Op het gebied van beheer en onderhoud zijn er ook kansen voor het besparen van energie. In de tunnel zijn diverse regelsystemen aanwezig die bij aanleg goed en optimaal werken, maar die in de loop der jaren afnemen in kwaliteit. Een voorbeeld hiervan is de L20-meting die net buiten de tunnelingang de hoeveelheid daglicht meet en daarmee de ingangsverlichting stuurt. Het verlopen van de meting kan resulteren in te fel brandende verlichting.

    De ‘ingesleten gewoontes’ zouden af en toe eens onder de loep genomen kunnen worden. Moeten we het licht in de dienstgang altijd laten branden omdat dit in andere tunnels ook zo gebeurt, omdat dit nou eenmaal makkelijker is, of kunnen deze standaarden heroverwogen worden? Het juist instellen van schakelklokken, controleren van temperatuursensoren, het heroverwegen van de klimaatregeling in een gebouw (moet de temperatuur in de PLC-ruimte op 18 graden ingesteld worden omdat dit nou eenmaal zo hoort of kan dit ook hoger?) kunnen leiden tot energiereductie.

    Circulariteit materialen en materiaalgebruik

    Tijdens een renovatie komen materialen vrij. Vele kilometers kabels zullen verwijderd moeten worden door de leeftijd en/of het niet meer voldoen aan nieuwe normen.

    • Is het wel nodig om weer net zoveel kabels aan te leggen of kan er gebruikgemaakt worden van nieuwere technieken zoals IP-netwerken?
    • Is het nodig om de energievoorziening vanuit centrale ruimten per installatie te doen of zou het introduceren van een decentrale distributie mogelijk zijn?
    • Kunnen vrijkomende componenten nog een rol spelen op de markt voor reservedelen? Kan dat voor een renovatie onderzocht worden?

    Het is zonde als men pas bij de verwerkende industrie tot de ontdekking komt dat componenten heel goed herbruikbaar waren geweest maar dat ze in het demontageproces onherstelbaar zijn beschadigd. Door in de contractfase extra eisen op te nemen voor hoogwaardig hergebruik kan voorkomen worden dat duurzame initiatieven niet worden toegepast omdat een lagere inschrijfprijs de voorkeur geniet.

    Kunnen eisen gesteld worden aan het verder demonteren op afvalsoort en dan pas aanbieden ter verwerking? Printplaten kunnen beter worden verwerkt door specialistische bedrijven, koper uit kabels kan hoogwaardig blijven als bij de verwerking de mantels en isolatie wordt gescheiden van de kern. Accu’s kunnen ook beter verwerkt worden door specialisten. In verwerkende industrie zijn diverse initiatieven in ontwikkeling.

    Door bij de contractvorming en/of vóór aanvang van de werkzaamheden goed in kaart te brengen welke materialen gaan vrijkomen en op welke manier er een zo hoogwaardig mogelijke verwerking kan plaatsvinden kan een goede bijdrage aan de circulaire economie geleverd worden. Ter indicatie: er is becijferd dat bij de tunnelrenovaties van de rijkstunnels in Zuid-Holland tenminste 800 ton aan e-waste zal vrijkomen. Een heel groot deel daarvan zijn koperkabels en accu’s. Maar ook vele vierkante meters aan printplaten.

    11 Hoe nu verder: de weg naar de energieneutrale, duurzame tunnel

    Met de procesmatige, technische en contractuele maatregelen en het slim combineren daarvan, is – binnen de tunnelwetgeving, bijna altijd binnen de Landelijke Tunnelstandaard (LTS) en met de huidige stand der techniek – al een reductie van ongeveer 50% haalbaar. Dat is mooi, maar nog niet genoeg. Mondiale en nationale afspraken vragen om een energieneutraal netwerk, en tunnels zijn, met hun grote energieconsumptie, daar belangrijke objecten in. De tunnelsector moet naar veel meer nul-energietunnels en vooral duurzame tunnels, waarbij de focus niet alleen op energie ligt, maar waar duurzaamheid op integrale wijze aanpakt wordt.

    11.1 Expertteam Duurzaamheid

    Het COB is in 2019 gestart met een werkgroep gericht op duurzaamheid in de tunnelsector en heeft geïnvesteerd in de aanstelling van een coördinator Duurzaamheid in 2020. Samen met het COB-netwerk is verkend op welke wijze de duurzaamheid van tunnels tijdens aanleg, beheer en renovatie gestimuleerd kan worden. De update van dit groeiboek Energiereductie in tunnels is een van de deliverables. Maar er wordt veel breder aan het thema gewerkt. Zo zijn er nog vier andere projectteams die onderzoek doen naar verlichting, een checklist voor duurzaamheid en een depot voor tweedehands tunneltechnische materialen. Ook is er een team dat zich richt op praktijkprojecten en die gaat ondersteunen duurzaamheid te integreren en te versnellen. Daarnaast worden er bijeenkomsten georganiseerd o.a. over de raakvlakken met tunnelveiligheid en de weg naar circulaire tunnels.

    11.2 Lichtonderzoek in Europees verband

    Tunnelverlichting is de grootste energieverbruiker van alle systemen in een tunnel. Vanuit Nederlands perspectief zien we diverse mogelijkheden voor verduurzaming van tunnelverlichting, maar het ontbreekt in Nederland ten dele aan de mogelijkheden en budget om deze alle te onderzoeken. Europese samenwerking kan een enorme versnelling geven, enerzijds omdat daarmee veel meer onderzoeken binnen handbereik komen, anderzijds omdat de uitkomsten wereldwijd soelaas kunnen bieden.

    Er ligt een Engelstalige projectplan waarin diverse inhoudelijke ideeën zijn uitgewerkt. Dat projectplan zal in de loop van 2020 verder worden uitgewerkt en geconcretiseerd waarbij met name de samenwerking met de andere Europese partijen nader gezocht zal worden. Hier zal ook duidelijk worden welke partijen actief mee zullen werken (participeren) en welke partijen passief betrokken willen worden, bijvoorbeeld door het delen van onderzoeksresultaten of door het geven van een second opinion voor specifieke vraagpunten.

    11.3 Checklist Duurzaamheid in kaart

    De COB-werkgroep ‘Duurzaamheid in kaart’ heeft een checklist ontwikkeld om projecten op gang te helpen om hun tunnelproject (verder) te verduurzamen. Deze checklist is mede gebaseerd op de duurzaamheidsaspecten die in een eerder COB-project voor wegtunnels zijn geïdentificeerd, zoals energiegebruik, maatschappelijke participatie en flexibiliteit. In de checklist zijn onder andere deze aspecten vertaalt in concrete vragen. In totaal zijn er 57 vragen geformuleerd, verdeeld over vijf overkoepelende duurzaamheidsthema’s: energie, materialen, omgeving, organisatie en veerkracht. De vragen zijn met ja of nee te beantwoorden, zodat snel de ‘duurzaamheidsstaat’ van het tunnelproject inzichtelijk wordt. Wordt bij de tunnel hernieuwbare energie opgewekt? Stimuleert de tunnel, of het project, biodiversiteit? Is er een duurzaamheidsbeleid? Past de tunnel op een natuurlijke wijze in haar omgeving? Doordat de vragen over heel concrete onderwerpen gaan, biedt de checklist direct praktische handvatten om het project (verder) te verduurzamen. Daarnaast kan de checklist de discussie over duurzaamheid in het project structureren en faciliteren.

    De duurzaamheidschecklist is bedoeld voor tunnelbeheerders, ingenieursbureaus, aannemers en alle andere stakeholders in de tunnelwereld die een eerste verkenning willen uitvoeren naar de kansen voor duurzaamheid in een tunnelproject. Zij kunnen daarbij hulp krijgen van de Denktank Duurzaamheid van het COB, maar kunnen de checklist ook zelf invullen.

    11.4 3TO: hub voor tweedehands tunneltechnische installaties

    Nederland wil in 2050 een volledig circulaire economie. Rijkswaterstaat wil al in 2030 circulair werken. Een depot voor tweedehands tunneltechnische onderdelen zou hiervoor een mooie stap zijn.

    De circulaire economie is een economisch systeem van gesloten kringlopen waarin grondstoffen, onderdelen en producten hun waarde zo min mogelijk verliezen, hernieuwbare energiebronnen worden gebruikt en systeemdenken centraal staat. Elektrotechnische en werktuigbouwkundige onderdelen die vrijkomen bij infrastructurele projecten, worden momenteel zelden voor andere projecten en bedrijven beschikbaar gesteld. Veel onderdelen hebben echter nog een waardevolle restlevensduur hebben.

    Het COB-netwerk doet daarom onderzoek naar de opzet van een sectorbreed 3TO-depot: een depot voor tweedehands tunneltechnische onderdelen. Als eerste stap is onder het netwerk een enquête uitgezet om de behoefte en interesse te peilen. De resultaten laten zien dat de sector overwegend positief aankijkt tegen een 3TO-depot. Er zijn echter ook belemmeringen genoemd. Op de (digitale) bijeenkomst van het platform Duurzaamheid op 12 juni 2020 zijn de enquêteresultaten gepresenteerd en is nader ingegaan op de belemmeringen. Hieruit zijn handvatten voortgekomen voor het verdere traject. >> Lees meer.

    11.5 Praktijkprojecten: Denktank Duurzaamheid

    Tijdens het Diner van de Ondergrond op 6 november 2019 (aansluitend op de Duurzaamheidsdag) is opgeroepen samen te werken aan duurzaamheid. Een groep van ‘duurzaamdenkende tunnelexperts’ wordt onderzocht als oplossing, waarbij de denktank de actieve verbinder kan zijn tussen de verschillende projecten en de verschillende projectgroepen van het platform Duurzaamheid.

    • De denktank kan de checklist Duurzaamheid in kaart inzetten om praktijkprojecten te ondersteunen aan de slag te gaan met duurzaamheid.
    • Kennis uit de maatregelencatalogus Energiereductie in tunnels kan gedeeld worden, en projectspecifieke kennis kan opgenomen worden in een uitbreiding van de catalogus.
    • Kennisdragers over tunnelverlichting kunnen deelnemen in de denktank en praktijkprojecten op dit vlak vooruit helpen.
    • Het 3TO-team kan bijdragen aan projectoplossingen op het gebied van circulariteit.

    Het is de bedoeling dat de denktank kortstondig wordt ingezet om praktijkprojecten op gang te helpen. Daarnaast kan de groep het onderling delen van ervaringen tussen praktijkprojecten stimuleren om het proces tot verduurzaming te versnellen.

    Bijlage 1: Achtergrondinformatie energieverbruikers

    B1.1 Verlichting

    De functie van de verlichting is ‘het zichtbaar maken van verkeer, het verloop van de rijbaan, de verkeersbuis en incidenten voor weggebruikers, tunneloperator en hulpdiensten’. De verlichting heeft betrekking op:

    • Verlichting verkeersbuis, bestaande uit:
      • Een toegangszone.
      • Een ingangszone (verdeeld in een drempelzone en een overgangszone).
      • Een centrale zone.
      • Indien nodig: een uitgangszone.
      • Een verlatingszone.
      • Lichtregeling.
    • Verlichting vluchtwegen/vluchtwegindicatie.
    • Verlichting tunnelterrein en dienstgebouwen en in enkele gevallen verlichting entreegebouwen en tunnelbuizen t.b.v. langzaam verkeer/voetgangers.

    De openbare verlichting buiten het tunnelgebied wordt in dit kader buiten beschouwing gelaten.

    Verlichting verkeersbuis. (Bron: Landelijke Tunnelstandaard)

    Basisverlichting en in- en uitgangszone

    Verlichting in een tunnel is altijd nodig. Hiervoor worden door de hele tunnel verlichtingsarmaturen opgehangen. De basisverlichting is de verlichting die vanaf het begin tot het einde van het gesloten deel van de tunnel moet zorgen voor een verlichtingsniveau dat de gebruikers een goed zicht geeft. Deze basisverlichting wordt aan de ingang en eventueel aan de uitgang aangevuld met extra verlichting om de gebruikers te laten wennen aan het verlichtingsniveau in de tunnel. Deze extra verlichting is afhankelijk van de hoeveelheid licht net voor en eventueel net na de tunnel en wordt actief geregeld. Een ingangszone is altijd benodigd, of een uitgangszone noodzakelijk is, hangt af van de passagetijd. Is deze tijd langer dan zo’n 30 seconden, dan wordt geadviseerd om aan het einde van de tunnel het verlichtingsniveau weer te verhogen.

    Omdat er voor de overgangen veel licht nodig is (want het moet kunnen aansluiten op fel zonlicht), worden hiervoor ook veel verlichtingsarmaturen geplaatst. Hoewel deze alleen bij daglichtomstandigheden ingezet wordt, is de hoeveelheid energie benodigd voor de ingangszone ongeveer de helft van het verbruik van de totale verlichting.

    Ledverlichting

    In de tunnelsector is op dit moment een omslag gaande van gasontladingstechnieken (als SON-T) naar ledtechniek. Het energieverbruik van led is lager dan SON-T en de verwachting is dat led zich nog gunstiger zal ontwikkelen. Het toepassen van lenstechnieken om het licht precies daar te kunnen brengen waar het nodig is, maakt het voordeel nog groter. Daarom wordt er nu al bijna vanzelf gekozen voor led, omdat het naast de voordelen van energieverbruik, ook voordelen heeft in levensduur en daarmee dus ook beheer en onderhoud.

    Ook heeft led als voordeel dat het geen opwarmtijd kent. Daar waar SON-T toch enige tijd nodig heeft om tot vol vermogen te komen, is dit bij led met de snelheid van schakelen. Bij bijvoorbeeld het opschalen bij incidenten is er dus gelijk de gewenste hoeveelheid licht. Ook na een eventueel kortstondige spanningsonderbreking is het licht weer gelijk op niveau terug.

    Lijnverlichting

    In bestaande tunnels wordt een enkele keer gebruikgemaakt van lijnverlichting. Hiermee wordt bedoeld dat de lampen elkaar op zo’n korte afstand opvolgen, dat het voor de weggebruiker oogt als één lijn van licht. Er zijn geen schaduwwerkingen op het dashboard, men ervaart geen flikkereffect.

    In het verleden was lijnverlichting noodzakelijk, omdat er anders niet voldoende licht opgewekt kon worden (TL), later is ook met ledtechniek hiervoor gekozen vanwege het comfort (Eerste Heinenoordtunnel, Zeeburgertunnel). Deze installaties blijken in de praktijk kostbaar in aanleg en energieverbruik, waardoor er meer en meer gekozen wordt voor armaturen met een brede lichtbundel.

    Vanuit duurzaamheidsaspecten is er op basis van de huidige technieken en de Richtlijn tunnelverlichting van de NSVV (uit 2017) geen aanleiding om voor lijnverlichting te kiezen. Er wordt echter wel breed erkend dat het comfort van lijnverlichting hoger is vanwege een hogere gelijkmatigheid, het ontbreken van flikkering en een lagere verblinding (bij veel leds op een klein oppervlak kan verblinding toenemen). Het gevoel is dat lijnverlichting bijdraagt aan een beter comfort en daarmee indirect aan de veiligheid. Bewezen is dat helaas niet.

    Bij toepassing van lijnverlichting zijn meer armaturen benodigd of in elk geval langgerekte armaturen, resulterend in hogere kosten en meer materiaalgebruik. Voor het energieverbruik zou het theoretisch niet veel hoeven uitmaken, omdat de benodigde hoeveelheid licht in de tunnelbuis niet toeneemt.

    In de Richtlijn tunnelverlichting is lijnverlichting benoemd als keuzemogelijkheid voor de opdrachtgever die in het programma van eisen (PvE) moet worden beschreven. In bijlage E van de Richtlijn is een handreiking opgenomen voor het opstellen van een dergelijk PvE. Meer info over lijnverlichting is te vinden in H6 (eisen) en H15 (achtergrondinformatie) van de Richtlijn Tunnelverlichting. De maatregel is niet nader uitgewerkt in dit groeiboek, omdat het (zoals hierboven beschreven) geen energiereductie-maatregel betreft.

    Verlichting buiten de tunnelbuis

    Naast de verlichting in de verkeersbuizen kent een tunnelcomplex ook verlichting in het middentunnelkanaal (MTK) als onderdeel van de vluchtweg. Hiervoor wordt een hoog verlichtingsniveau gevraagd, maar deze verlichting is in principe alleen nodig bij calamiteiten en voor servicedoeleinden. De gevraagde hoeveelheid op te stellen verlichting staat vast (onder ander via het bouwbesluit). De uitvoeringsvorm is nu nog vaak op basis van TL; een besparing kan daarom gevonden worden door deze verlichting uit te voeren als led. In de praktijk blijkt daarnaast vaak dat deze verlichting onnodig is ingeschakeld. Is het bijvoorbeeld wel nodig om de verlichting van het servicekanaal (ruimte boven de vluchtweg) mee te laten schakelen met de vluchtwegverlichting en vice versa? Een goede monitoring hierop zal dan ook bijdragen aan de energiereductie.

    Verder bevat een tunnel verlichte pictogrammen voor vluchtwegindicatie, verlichting en markering van hulppostkasten en markering van de vluchtdeuren. In de regel zijn deze al energiezuinig uitgevoerd, maar ook hier kan gedacht worden aan ledtechnieken.

    Voor beveiliging en overzicht zijn op het tunnelterrein ook vaak lichtmasten aanwezig. Hiervoor kunnen vanzelfsprekend energiezuinige technieken (led) worden ingezet. Deze technieken kunnen ook nog bijdragen aan het beperken van omgevingsstraling door gebruik van lagere masten of andere kleur (groene lampen). Voor de verlichting van de dienstgebouwen wordt verwezen naar hoofdstuk 7 Gebouwen en paragraaf B1.3 Gebouwen.

    Overig verkeer

    In enkele gevallen zijn er bij tunnels ook voorzieningen voor langzaam verkeer en voetgangers (Beneluxtunneltunnel bijvoorbeeld). Voor de entreegebouwen en de hiervoor bedoelde tunnelbuizen kunnen eveneens energiezuinige (led)verlichtingstechnieken worden aangebracht. Hier speelt wel mee dat het licht op het niveau van de ‘sociale veiligheid’ moet zijn. Een goede aanvulling kan zijn om de verlichting op basis van aanwezigheidsdetectie te laten schakelen (of in elk geval een deel daarvan). Het toepassen van aanwezigheidsdetectie biedt hier besparingsmogelijkheden én versterkt de sociale veiligheid doordat men zich gezien voelt.

    Armaturen

    In alle situaties dient ook goed gekeken te worden naar de locaties van lichtbronnen en het uitstraalgedrag van het licht uit de armaturen. Door optimalisatie kan mogelijk ook een reductie van het aantal of het vermogen van de armaturen behaald worden.

    Wet- en regelgeving

    Bij het ontwerpen van verlichtingsinstallaties dient uiteraard rekening gehouden te worden met de eisen in de wetgeving en de daarvan afgeleide Landelijke Tunnelstandaard. Opmerkelijk hierbij is dat er geen wettelijke eisen gesteld worden aan de absolute waarde van het verlichtingsniveau. Wel wordt er verwezen naar de Richtlijn Tunnelverlichting (RTV). Omdat de techniek is ontwikkeld, wordt in diverse onderzoeken nu bekeken of de richtlijn aangepast zou moeten worden om de specifieke eigenschappen van led en de besturingssystemen rondom ledverlichting beter en vooral duurzamer in te passen. Eerste praktijkproeven geven de indruk dat het in de RTV voorgeschreven verlichtingsniveau bij toepassing van ledtechniek mogelijk met meer dan 25% gereduceerd kan worden.

    B1.2 Ventilatie

    Het aspect ‘ventilatie’ heeft betrekking op de ventilatiesystemen die in tunnels gebruikt worden om de veiligheid van de gebruikers van die tunnel te borgen. Typisch heeft men het dus over langsventilatie in verkeersbuizen, bedoeld om rook van de vluchtende mensen weg te leiden, en overdrukventilatie in het middentunnelkanaal, bedoeld om de indringing van rook in de veilige ruimte te voorkomen.

    Ventilatie heeft betrekking op alle installaties die benodigd zijn voor de volgende functionaliteiten:

    • Het rookvrij houden van verkeersbuizen om vluchten mogelijk te maken.
    • Het beperken van de aanwezigheid van koolmonoxide in de verkeersbuizen tot een acceptabel niveau.
    • Het voorkomen van indringing van rook via open doorgangen naar de veilige ruimtes.
    • Het voorkomen van indringing van rook via open doorgangen in servicetunnels.
    • Het voorkomen van ophoping van explosieve gassen, slechts beperkt tot de pompkamers en grensruimten vloeistofafvoer (overdruk).
    • Het afvoeren van warmte ter bescherming van de tunnelconstructie.

    Het doel van de ventilatie van een verkeersbuis volgens de Landelijke Tunnelstandaard:

    • Het beperken van de concentraties verkeersemissie, zowel binnen de tunnel als in de directe nabijheid van de tunnel.
    • Het beheersen van de beweging van rook, gassen en dampen die vrijkomen bij een calamiteit (brand, gevaarlijke stoffen e.d.).
    • Het afvoeren van warmte bij brand.
    • Het zorgen voor de noodzakelijke luchtverversing in onderhoudsbedrijf.

    B1.3 Gebouwen

    Een gebouw in de context van de tunnel omvat de volgende installaties:

    • Verlichting van het dienstgebouw(en) en de servicetunnel.
    • Klimaatbeheersing, verwarming, koeling en ventilatie van de dienstgebouwen en servicetunnel.
    • Signalering en beveiliging: closed-circuit television (CCTV-installatie), radio- en gsm-zendapparatuur, zwakstroomvoedingsapparatuur.
    • Stand-by en conditionering van besturingskasten, schakelkasten en elektrische verwarming waterleidingen.
    • Toegang terrein: afsluitbomen en matrixsignaalgevers.
    • Blusvoorzieningen en pompinstallaties, zie B1.6 Pompen en blusleidingen.

    Definities volgens de Landelijke Tunnelstandaard (LTS)

    Dienstgebouwen hebben een aantal zogeheten logische functievervullers (LFV’s) die horen bij de tunneltechnische installaties, zoals weergegeven in onderstaande figuur:

    (Bron: Landelijke Tunnelstandaard)

    • CCTV: alleen de camera’s voor terrein- en toegangsbewaking.
    • Klimaatregeling (HVAC): voor alle ruimten in de dienstgebouwen (technische en verblijfsruimten).
    • Inbraakalarm: als onderdeel van de gebouwenbeveiliging.
    • Blusvoorziening: voor alle ruimten in de dienstgebouwen (technische en verblijfsruimten).
    • Verlichting: voor alle ruimten in de dienstgebouwen (technische, verkeers- en verblijfsruimten) en technische ruimten in middentunnelkanalen.
    • Toegang: tot de dienstgebouwen en de tot het tunnelcomplex behorende terreinen.

    Gsm-zendapparatuur

    Het is geen verplichting, voortvloeiend uit de LTS, dat een tunnel voorzien wordt van gsm-zendapparatuur. Dit is immers apparatuur van derden (providers). In de energiemaatregelen is dit aspect daarom ook niet opgenomen.

    In de LTS wordt er wel voor gepleit dat er faciliterende voorzieningen voor zendapparatuur worden opgenomen in de vorm van ruimte, koeling en voeding. De energiebehoefte van dergelijke apparatuur is groot, tot circa 60 kVA voor een tunnel met twee buizen en een middenkanaal van twee kilometer lang. Het is logisch de provider vroegtijdig te betrekken en enerzijds hem zelf verantwoordelijk te laten zijn voor de kosten van het energiegebruik voor deze externe voorziening, en anderzijds gebruik te maken van zijn kennis om de voorzieningen zo energiezuinig mogelijk uit te voeren.

    B1.4 Energiesystemen

    Het aspect ‘energiesystemen’ heeft betrekking op alle onderdelen binnen het systeem van inkooppunt tot verbruiker. Verbruikers zelf alsmede het transmissienetwerk zijn geen onderdeel van het energiesysteem. Besparingen binnen het energiesysteem zijn te vinden in verbeteringen van de kwaliteit van energie, het gebruik van andersoortige spanningen en – als gevolg van energiebesparingen op andere onderdelen – het energiesysteem ‘lichter’ uitvoeren.

    Het energiesysteem omvat de volgende onderdelen:

    • Inkooppunten (voltage).
    • Transformatoren.
    • Kabeltype en lengte.
    • Verdelers (hoofd en lokaal).
    • Noodstroomvoorziening (deze wordt apart behandeld).

    De Landelijke Tunnelstandaard deelt het energiesysteem op in de volgende onderdelen:

    • Openbaar nutsbedrijf.
    • Aardingsinstallatie.
    • Laagspanningsverdeelinrichting.
    • Noodstroomvoorziening (wordt apart behandeld).
    • No-breakvoorziening (is onderdeel van de noodstroomvoorziening).
    • Middenspanningsinstallatie.

    Hieronder volgt een korte beschrijving van de functie van ieder onderdeel.

    Nutsbedrijven

    Meest gangbaar op dit moment is een 10kV-wisselstroomaansluiting op het openbare nutsnet. In relatie tot besparingen vanuit verschillende soorten spanning zijn de mogelijkheden vanuit de nutsbedrijven beperkt. Indien men gebruik wil maken van bijvoorbeeld een 1000V-DC-netwerk zal dit lokaal omgevormd moeten worden.

    Om overmatige vervuiling van het net tegen te gaan, eisen nutsbedrijven dat er geen ontoelaatbare netvervuiling plaatsvindt door gebruikers. Hier is echter geen harde kwantitatieve eis voor. Er is daarom geen druk vanuit de nutsbedrijven om harmonischen filters te plaatsen.

    Aardingsinstallatie

    Aarding van tunnelinstallaties is een veiligheidsaarding. Aanraakbare, metalen delen van stroomvoerende tunnelapparatuur moeten dezelfde potentiaal hebben als de onmiddellijke omgeving (potentiaalvereffening). Dit wordt bereikt door uitwendige metalen delen van stroomvoerende apparatuur met een koperverbinding te verbinden met tunnelwapening ter plaatse. Aarde is ook noodzakelijk om apparatuur te vrijwaren van stroompulsen ten gevolge van schakelende voedingen, zwerfstromen en lekstromen van grote verbruikers.

    Laagspanningsverdeelinrichting

    Op de laagspanningsverdeelinrichtingen worden alle tunnelinstallaties aangesloten. In de normale situatie moet er voldoende energie aanwezig zijn voor het voeden van alle op de verdeling aangesloten installaties, eventueel met suppletie door middel van de eigen noodstroominstallatie (zogeheten piekstroombedrijf). Dit is vanuit de LTS niet toegestaan, maar deze maatregelencatalogus is ook geschreven voor niet-rijkstunnels.

    Alle tunnelinstallaties worden per installatie verdeeld in secties en onderverdeeld in groepen. Elke sectie en/of groep wordt afzonderlijk beveiligd, zodanig dat uitval van één sectie of groep niet kan leiden tot uitval van een andere sectie of groep. Daarbij wordt ervoor gezorgd dat geheel of gedeeltelijk uitvallen van een installatie in één tunnelbuis niet leidt tot uitval of storingen in de functie van dezelfde installatie in de andere tunnelbuis.

    Middenspanningsinstallatie, tevens niveau van de netaansluiting

    Energie voor de centrale middenspanningverdeelinrichting wordt geleverd door:

    • Het openbare net.
    • De noodstroominstallatie.
    • Alternatieve energie, bijvoorbeeld zonnecellen.

    In verband met de vaak grote afstanden in een tunnel, is het rendabel om op meerdere plaatsen een voedingsverdeling op te stellen (bij tunnels tussen 500 en 2500 meter in beide landhoofden en in zeer lange tunnels van meer dan 2500 meter één of meermalen tussen beide landhoofden). Er zijn een aantal distributiesystemen mogelijk:

    • Vanaf een afgaand veld in de hoofdverdeling wordt de voedingsspanning met een step-uptrafo omhoog getransformeerd tot bijvoorbeeld 10 kV. De 10 kV-spanning wordt door de tunnel getransporteerd en waar nodig bij de onderverdeelinrichting(en) elders in de tunnel met step-downtransformatoren weer omlaag getransformeerd en aangesloten op de te voeden onderverdeelinrichting.
    • Een middenspanningsvoedingkabel wordt door de gehele lengte van de tunnel geleid. De tunnel is verdeeld in voedingssecties, waarbij in elke sectie een transformatorstation is ondergebracht dat rechtstreeks gevoed wordt uit het middenspanningsdistributienet en dat de betreffende sectie van de tunnel van laagspanning 230/400 of 690V AC voorziet. Elke trafo is aangesloten op een laagspanningsverdeelinrichting voor de laagspanningstroomverdeling in de betreffende tunnelsectie.

    Onderdelen van de middenspanningsinstallatie zijn: step-up/step-downtransformatoren, transformatorstations voor laagspanning, beveiliging, elektronica, bediening en communicatie, kWh-meter, aardingsgarnituur, meetapparatuur, sensoren etc.

    In wat bredere zin kan hier ook beschouwd worden welk effect de toepassing van laagspanningsvoeding heeft. Veel installaties worden aangesloten op 230V AC, maar transformeren deze spanning direct naar laagspanning. Hoewel nog niet gemeengoed, kan gedacht worden om dit soort installaties met laagspanning te gaan voeden, al dan niet afkomstig uit zonnepanelen/accusystemen

    B1.5 Noodstroomvoorzieningen

    De functie van de noodstroomvoorziening is ‘het voorzien van elektrische energie aan alle tunnelinstallaties in het geval van falen van de reguliere energievoorziening vanuit de nutsvoorziening (netaansluiting)’. De LTS definieert de functie van de noodstroomvoorziening als volgt: “Als de primaire energiebron uitvalt, dient automatisch te worden omgeschakeld naar vervangende energiebronnen. Vervangende bronnen kunnen zijn een redundante netaansluiting, noodstroomaggregaten (NSA’s) en no-breaks”.

    Het aspect ‘noodstroomvoorziening’ heeft betrekking op:

    • De systemen en installaties die dienen als vervangende energiebronnen van de reguliere energievoorziening, voor alle tot de tunnel behorende verbruikers.
    • Energiemanagement dat de nutsvoorziening bewaakt en bij uitval de noodstroomvoorzieningen bewaakt en bestuurt.

    In de LTS wordt een onderscheid gemaakt tussen zogeheten kritische en niet-kritische verbruikers. Kritische verbruikers zijn de systemen die noodzakelijk zijn voor het kunnen bedienen en bewaken (monitoren) van de tunnel, het veilig kunnen afsluiten van de tunnel, alsmede systemen voor incidentdetectie, evacuatie en hulpverlening. Het betreft de volgende systemen:

    • Bedienen en bewaken
      • Bedienings- en besturingssystemen
      • Eventregistratie
      • CCTV verkeersbuis
    • Veilig afsluiten van de tunnel
      • Afsluitboom verkeersbuis.
      • MTM-koppeling verkeersbuis (motorway traffic management, verkeersmanagementsysteem)
      • Verkeerslichten verkeersbuis
    • Incidentdetectie, evacuatie en hulpverlening
      • Snelheidsonderschrijdingssysteem verkeersbuis
      • Verlichting verkeersbuis (25% van de functioneel benodigde capaciteit)
      • Vluchtroute-indicatie verkeersbuis
      • Verlichting veilige ruimte
      • Dynamische vluchtroute-indicatie veilige ruimte
      • Omroepinstallatie verkeersbuis

    De kritische verbruikers moeten bij netuitval altijd worden gevoed vanuit de noodstroomvoorziening. Daarbij is tevens gesteld dat kritische systemen tijdens het omschakelen van de energievoorziening (net naar noodbedrijf), zonder merkbare onderbreking operationeel dienen te blijven.

    Voor de overige niet-kritische verbruikers ligt het anders. De LTS stelt dat grootverbruikers zoals verkeersbuisventilatie, verkeersbuisverlichting (volledige capaciteit), overdruksysteem veilige ruimte, vloeistofafvoer pompen en bluswatervoorziening (bluswaterpompen) alleen op een noodstroomvoorziening moeten worden aangesloten wanneer de beschikbaarheid van de tunnel als ‘zeer hoog’ is aangemerkt. Onder noodstroomvoorziening wordt in dit geval verstaan een redundante netaansluiting uit een onafhankelijk onderstation of één of meerdere noodstroomaggregaten.

    De noodstroomvoorziening bestaat hierdoor in de basis uit twee deelsystemen:

    1. No-breakvoorziening, voor kritische verbruikers

    Dit deel van de noodstroomvoorziening wordt typisch ingevuld met statische UPS’en. Het borgt het zonder merkbare onderbreking functioneren van de kritische systemen en het onder alle omstandigheden (zoals een langere periode van netuitval) veilig kunnen afwikkelen van de verkeerssituatie in de tunnel (monitoren) en vervolgens kunnen afsluiten van de tunnelbuizen. De capaciteit van de no-breakinstallatie wordt bepaald door het vermogen van de aangesloten kritische verbruikers en de volgens de LTS vereiste stand-bytijd van een uur. Dit laatste is met name bepalend voor de accucapaciteit.

    De ‘grootverbruikers’ worden niet gevoed door de no-break, maar zijn wel belangrijk voor de veiligheid in de tunnel. Het niet-aanwezig zijn van een noodstroomvoorziening voor deze verbruikers (zie punt 2), maakt het afsluiten van de tunnel noodzakelijk.

    2. Noodstroomvoorziening voor niet-kritische systemen (grootverbruikers)

    Dit deel van de noodstroomvoorziening wordt meestal ingevuld met één (of meerdere) noodstroomaggregaten. De LTS biedt hier de mogelijkheid gebruik te maken van een tweede netaansluiting uit een onafhankelijk onderstation, waarmee gedoeld wordt op een onderstation aangesloten op een ander hoofdnet dan de eerste (primaire) netaansluiting.

    Bij het toepassen van een noodstroomaggregaat wordt het vermogen bepaald door de belasting van de grootverbruikers onder calamiteitcondities. In die situatie is de vermogensvraag van de verkeersbuisventilatie, verkeersbuisverlichting, overdruksysteem en de bluswatervoorziening (bluswaterpompen) het grootste. Echter, de calamiteitsituatie komt maar zeer beperkt voor.

    Indicatie

    Onderstaande tabel geeft een grove indicatie van het vermogen en verbruik van de systemen die het meest bepalend zijn voor de noodstroomvoorziening. De tabel geeft geen absolute waarheid, maar geeft een indicatie van de verhoudingen tussen de verschillende verbruikers zowel in geïnstalleerd vermogen als (jaarlijks) verbruik. Zoals verwacht is het verbruik van de verlichting het grootst, en laat ventilatie het grootste geïnstalleerd vermogen zien. Opgemerkt dient te worden dat in deze tabel de verlichting al is geoptimaliseerd (ledverlichting en hoge reflectie wanden en wegdek).

    Geïnstalleerd vermogen [kVA]

    Waarvan kritisch

    (kVA)

    Waarvan op NSA (kVA)

    Verbruik totaal (MWh/jaar)

    Verbruik kritisch (MWh/jaar)

    Verbruik relatief

    Geïnstalleerd relatief

    Aandeel totaal

    Verlichting tunnel

    300

    150

    632

    316

    29%

    11,5%

    Diverse verlichting (terreinen)

    60

    30

    63

    32

    3%

    2,3%

    Ventilatie

    1660

    980

    14

    1%

    63,7%

    Overdrukventilatie (2x MTK)

    215

    215

    63

    3%

    8,3%

    Brandblussysteem tunnel

    95

    45

    23

    1%

    3,6%

    Vloeistofpompen

    15

    8

    0,3%

    0,6%

    Verkeerssystemen

    60

    50

    291

    242

    13%

    2,3%

    Communicatie (excl. gsm)

    60

    60

    262

    262

    12%

    2,3%

    Gsm

    25

    192

    9%

    1,0%

    Dienstgebouwen (2)

    105

    100

    565

    538

    26%

    4,0%

    Besturing en bediening

    10

    10

    87

    87

    4%

    0,4%

    TOTAAL

    2605

    400

    1240

    2200

    1477

    B1.6 Pompen en blusleidingen

    Rondom tunnels is sprake van drie soorten pompvoorzieningen:

    1. Afvoeren lekwater/calamiteiten (blus)water

    Een tunnel is nooit volledig waterdicht, er zal altijd sprake zijn van enige lekkage. Met name afgezonken tunnels hebben hier in meer of mindere mate last van. Omdat er bij de bouw van een tunnel al veel aandacht uitgaat naar het waterdicht maken, mag worden aangenomen dat alleen maar die pompcapaciteit wordt opgesteld die nodig is om het resterende marginale lekwater te kunnen afvoeren. Als in de loop van de tijd blijkt dat er meer lekwater vrijkomt, dan rest vaak niets anders dan het wegpompen van het water.

    Voor het afvoeren van bluswater en vloeistoffen die vrijkomen tijdens calamiteiten, zijn in tunnels voorzieningen aangebracht. Dit zijn pompkelders en buizenstelsels om de vloeistoffen te kunnen afvoeren en tijdelijk te kunnen opslaan. Omdat er (gelukkig) maar weinig calamiteiten zijn, is het energieverbruik daarbij al minimaal. Bovendien is de vloeistofafvoer tijdens de calamiteit geblokkeerd (geen afvoer). Is er vervuiling opgetreden, dan wordt na de calamiteit de vloeistof per as afgevoerd en wordt de pompinstallatie (doorgaans) niet gebruikt. Optimalisatie is mogelijk bij betere afstemming van pompcapaciteit op reële vloeistofstromen.

    2. Afvoeren regenwater

    Op de hellingen van de tunnel kan zich veel regenwater verzamelen. Dit water stroomt snel naar beneden richting de tunnelmond. In sommige tunnels zijn bij de tunnelmond roosters opgenomen om dit water op te vangen en vervolgens weg te pompen naar maaiveldniveau. In andere tunnels wordt het water naar de zijkant afgeleid door verkanting.

    Onderzocht zou kunnen worden of het zinvol is om niet alleen vlak voor de tunnelmond het regenwater af te vangen, maar bijvoorbeeld ook halverwege de helling al een dergelijk afvoervoorziening aan te brengen. Het af te voeren water heeft dan minder opvoerhoogte, waardoor er minder energie nodig is.

    Ook zou het te overwegen zijn om een combinatie te maken met een lichtrooster (zie hoofdstuk 5 Verlichting), waarbij hemelwater al op maaiveldniveau wordt afgevangen en op natuurlijke wijze kan wegvloeien. Stel hierbij een dichte dakconstructie voor die deels lichtdoorlatend is en deels bestaat uit zonnepanelen die energie opwekken voor gebruik in de tunnel. Dit aspect is minder relevant voor landtunnels, waar de instroom van regenwater door de vlakke ligging beperkt of zelfs verwaarloosbaar is. Er wordt dan doorgaans alleen een middenkelder (als niet-gescheiden hoofdkelder) geprojecteerd. Regenwater wordt dan in de toerit verwerkt zoals normaal voor wegen.

    3. Opvoeren waterdruk en aanvoer bluswater

    In de regel zijn tunnels voorzien van een brandblusleiding op druk. Hiervoor is gekozen om zo snel mogelijk voldoende bluswater te kunnen aanvoeren (niet te hoeven wachten op voldoende druk in geval van een calamiteit). Mocht een calamiteit zich voordoen, dan is de energie die nodig is om de calamiteit te bestrijden geen issue. Echter, om de blusvoorzieningen 24/7 op druk te houden, is er wel energie nodig. Hiervoor worden jockeypompen ingezet die (met beperkte capaciteit) de druk op peil houden (eventueel lekkages compenseren). In een goed ontworpen systeem zal zo’n pomp slechts beperkt aanslaan. De benodigde energie hiervoor is beperkt en de verwachting is dat op dit vlak maar weinig energie te besparen valt. Indien in de praktijk blijkt dat er toch veel energie omgaat in het op druk houden van de blusvoorzieningen, dienen lekkages te worden opgespoord en verholpen.

    Een mogelijkheid om hier energie te besparen zou kunnen zijn het scheiden van de kleine blusvoorzieningen (haspels op het waterleidingnet) en de grote voorzieningen (natte blusleiding waar wel al water aanwezig is, maar nog niet op volle druk of zelfs droge blusleidingen die pas op druk gebracht worden als er zich een calamiteit voordoet). De brandweer heeft tenslotte toch een aanrijdtijd die in de praktijk wellicht voldoende is om bij aankomst de druk op niveau te kunnen hebben.

    Voorbeeld uit de praktijk

    In een spoortunnel stond 10% van de thermostaten verkeerd (om diverse redenen) en stond er 1kW per kast bijna voortdurend aan (omdat het in de tunnel altijd maar 12 graden Celcius is). Dat is 24/7, alle dagen van het jaar, 10kW vermogen verspild.

    Vorstvrij houden van de bluswaterleidingen

    Bij gevulde bluswatersystemen zijn voorzieningen noodzakelijk voor het voorkomen van bevriezing, zoals tracing of heaters en rondpompen van bluswater. Dit kost ook energie. De hulppostkasten worden vorstvrij gehouden met verwarmingselementen die in de regel automatisch inschakelen. Voor het vorstvrij houden van de leidingen wordt meestal gebruikgemaakt van tracing; elektrische verwarming langs de gehele buis binnen een isolerende laag. Het gebruik van restwarmte voor dit doel lijkt aantrekkelijk, maar vanwege de lage warmte-inhoud van de restwarmte zullen hier vrij grote warmtewisselaars voor nodig zijn, met veel ruimte en onderhoud tot gevolg. Bovendien wordt deze warmte op de ‘verkeerde’ plaats toegevoegd, waardoor het hele leidingsysteem geïsoleerd moet worden, in plaats van slechts een deel. Hier lijkt niet veel energiebesparing te behalen en geen vereenvoudiging van de installatie. Verder zijn de delen die kunnen bevriezen (hulpposten) hier juist niet bij gebaat, want het zijn dode aftakkingen.

    Wat wel bespaart:

    • Goede isolatie van de delen die dat nodig hebben.
    • Aandacht voor projectie van de leidingen (op plaatsen zonder vorst).
    • Analyse van de punten van vorst (momenteel is er te veel verwarming op plaatsen waar het nooit vriest). Wat verder in de tunnel (een paar honderd meter) vriest het in lange tunnels nooit, maar toch zitten daar verwarmingen.
    • Nauwkeurige thermostaten (zeer belangrijk, omdat er ook vaak alarmthermostaten zijn, die samen het instelbereik beperken).

    Bijlage 2: Toetsing wet- en regelgeving

    In onderstaande tabel is aangegeven in hoeverre een bepaalde maatregel wel of niet mogelijk is binnen wet- en regelgeving. Een x geeft aan dat er geen beperkingen worden opgelegd.

    Maatregel

    Warvw

    Rarv

    Bouwbesluit/normen en richtlijnen

    Conclusie

    Daglichtrooster

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Ledverlichting

    x

    In de Rarvw staan in paragraaf 4 van bijlage 3 bepalingen t.a.v. de tunnel-

    verlichting, onder andere:

    – Zones

    – Lichtniveau

    – Kleurtemperatuur

    – Automatische schakeling

    x

    Past binnen wet- en regelgeving indien het ontwerp van de ledverlichting voldoet aan de eisen in de Rarvw.

    Ledtechnologie met dynamische regelingen

    x

    In de Rarvw staan in paragraaf 4 bepalingen t.a.v. de tunnel-

    verlichting, onder andere:

    – Zones

    – Lichtniveau

    – Kleurtemperatuur

    – Automatische schakeling

    x

    Past binnen wet- en regelgeving indien het ontwerp van de ledverlichting voldoet aan de eisen in de Rarvw.

    Reductie voorgeschreven luminantieniveaus

    x

    In de Rarvw staan in paragraaf 4 van bijlage 3 bepalingen t.a.v. de tunnelverlichting, onder andere:

    – Zones

    – Lichtniveau

    – Kleurtemperatuur

    – Automatische schakeling

    x

    Past binnen wet- en regelgeving indien het ontwerp van de verlichting voldoet aan de eisen in de Rarvw.

    Zonnepanelen voor energieopwekking

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Solaroptische lichtsystemen

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Lichte wandbekleding

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Lichtgekleurd asfalt

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Verlichting middentunnelkanaal

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Geen separate overdrukventilatie veilige ruimte bij boortunnels.

    x

    In de Rarvw zijn de bepalingen t.a.v. de overdrukventilatie onder andere vastgelegd in paragraaf 24 van bijlage 4.

    Relevante normen met betrekking tot overdruk veilige ruimten:

    NEN-EN 12.101-6 – Specificatie voor samenstelling van overdrukinstallaties, NPR6095-2 – Richtlijnen voor het ontwerpen en installeren van overdrukinstallaties, NEN-EN 12.101-⅔ – Specificaties voor natuurlijke en mechanische rook- en warmteventilatoren

    Niet conform de normen met betrekking tot overdruk veilige ruimten.

    Ventilatoren met hogere voedingspanning

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Efficiëntere ventilatoren

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Optimalisatie door verschillende typen ventilatoren

    x

    In de Rarvw worden alleen eisen gesteld aan de aanwezigheid van ventilatie, niet aan het gebruikte type.

    X

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Optimalisatie vormgeving uitrit

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Slimmer inschakelen ventilatoren

    x

    In de Rarvw staan alleen generieke

    bepalingen t.a.v. het schakelregime van de ventilatoren. Eerste conclusie: geen belemmering voor het slimmer schakelen.

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Directe en passieve koeling systeemkasten

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Gebruik restwarmte voor klimaatinstallaties

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Aanwezigheidsdetectie.

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Energieneutrale dienstgebouwen

    x

    x

    In het Bouwbesluit gaat afdeling 5.1 in op de energiezuinigheid.

    Artikel 5.2, Lid 5: nieuwe gebouwen waarvan de overheid eigenaar is en waarin overheidsinstanties zijn gevestigd zijn bijna energieneutraal

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Optimalisaties noodstroomvoorzieningen

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Verbeteren power quality

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Gebruik DC-netwerk

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Monitoring energieverbruik

    x

    x

    x

    Past binnen wet- en regelgeving.

    Kastverwarming en -koeling

    x

    x

    Geldende NEN-normen voor installaties

    Past binnen wet- en regelgeving

    ICT-servers en -componenten

    x

    x

    Geldende NEN-normen voor installaties

    Past binnen wet- en regelgeving

    Kabels met grotere aderdiameter

    x

    x

    Geldende NEN-normen voor installaties en kabelberekeningen

    Past binnen wet- en regelgeving

    Bufferen opgewekte energie

    x

    De Rarvw vraagt om energievoorziening uit het openbare elektriciteitsnet.

    X

    Past niet binnen wet- en regelgeving als primaire bron. Bufferen als onderdeel van het openbare net kan wel tot de mogelijkheden behoren.

    Bijlage 3: De meterstand Rijkswaterstaat

    Bijlage 4: Contractvormen

    Deze bijlage beschrijft de meest gangbare contractvormen bij het aanbesteden van tunnelprojecten in Nederland.

    Traditionele contracten

    Geïntegreerd contract: engineering & construct (E&C) en design & construct (D&C)

    Geïntegreerd contract: design, build & maintain (DBM)

    Geïntegreerd contract: design, build, finance & maintain (DBFM)

    Klap uit Klap in