OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN

D ^UURZAME G ^EBOUWEN

Pierre GUSTIN

Inleiding tot systemen voor verwarming en sanitair warm water

V ERWARMING EN SANITAIR WARM WATER : ONTWERP

H

2020

N Definiëren van behoeften en verbruik voor verwarming en sanitair warm water (SWW)

N Toelichten van de gevoelige punten

N Toelichten van de technische eisen van de verschillende configuraties

N Een overzicht verkrijgen van productiesystemen voor verwarming en SWW in residentiële en tertiaire gebouwen

N Toelichten van de voor- en nadelen van elk systeem

ENERGIEBALANS N Verwarming

N Sanitair warm water CONFIGURATIE

PRODUCTIE

N Energiebron

N Verbrandingssysteem

N Thermodynamisch systeem

N Zonne-energiesysteem

ENERGIEBALANS N Verwarming

N Sanitair warm water CONFIGURATIE

PRODUCTIE N Energiebron

N Verbrandingssysteem

N Thermodynamisch systeem

N Zonne-energiesysteem

BEHOEFTEN

5

BEHOEFTE vs VERBRUIK N De ENERGIEBEHOEFTE

• komt overeen met de hoeveelheid energie die strikt noodzakelijk is om in een behoefte te voorzien,

• wordt over het algemeen geraamd op basis van gestandaardiseerde veronderstellingen.

Bijvoorbeeld:

• De hoeveelheid energie vereist om een gebouw te verwarmen/koelen om een bepaalde temperatuur te handhaven volgens een tijdsregeling in een bepaald klimaat.

• De hoeveelheid energie om een bepaalde hoeveelheid sanitair warm water tot een bepaalde temperatuur te verwarmen.

BEHOEFTEN

6

BEHOEFTE vs VERBRUIK N Het ENERGIEVERBRUIK:

komt overeen met:

• de hoeveelheid eindenergie gebruikt door de technieken voor warmte- of koudeproductie, verminderd met de gratis door de omgeving geleverde energie,

• de gefactureerde energie.

houdt rekening met:

• de energiebehoefte,

• de gratis energietoevoer,

• het rendement van de productiesystemen.

VERWARMING

7

Energiebehoefte voor verwarming

Source / Bron: www.energies.wallonie.be

VERWARMING

8

Energieverbruik voor verwarming

Source / Bron: www.energies.wallonie.be

VERWARMING

9

Energieverbruik voor verwarming – verliezen van het systeem

h

h

h

h

h

Source / Bron: www.energies.wallonie.be

x x x

=

VERWARMING

10

Energieverbruik voor verwarming – verliezen van het systeem

N Het rendement is altijd afhankelijk van een reeks factoren die hieronder worden ontwikkeld

N De algemene configuratie van de installatie heeft een invloed op het rendement; doel is de configuratie te kiezen die het globale rendement optimaliseert overeenkomstig het gedefinieerde gebruik van het gebouw:

• Rendement van het productiesysteem,

• Gecentraliseerde of gedecentraliseerde productie,

• Positie van de stookruimte,

• Inplanting en isolatie van het net,

• Keuze van afgiftelichamen,

• Regeling,

• …

Source / Bron: www.energies.wallonie.be

VERWARMING

11

Energieverbruik voor verwarming– verliezen van het systeem

N h

• de lengte en diameter van de leidingen,

• de isolatie van de leidingen,

• de temperatuur van het water in de leidingen en die van de omgevende ruimte,

• de werkingsduur

Jaarlijks verlies [kWh] = (Tgemiddeld, water [°C] – T_omgeving [°C] )

x k_leiding [W/mK]

x Duur [u]

x Lengte [m]

VERWARMING

12

Energieverbruik voor verwarming – verliezen van het systeem

N h

• het type afgifte: radiator, ventilerende convector, vloerverwarming, ventilatie,

• obstakels voor de afgifte: vensterbanken boven de radiator, gordijnen,

• de hoogte van de ruimte (stratificatie),

• de isolatie tussen het afgiftelichaam en de buitenomgeving,

• de temperatuur van het afgiftelichaam.

Source/Bron: www.flir.eu

VERWARMING

13

Energieverbruik voor verwarming – verliezen van het systeem

N h

• het niet afgestemd zijn van de behoefte en de levering van warmte in de ruimte, in de tijd en in vermogen,

• het voorziene regelingstype.

85% 90% 95% 100%

Sonde ext + Thermostat d'ambiance Sonde ext + Vannes thermostatiques Sonde ext + Thermostat d'ambiance + vannes thermostatiques Vannes manuelles Thermostat d'ambiance Vannes thermostatiques Thermostat d'ambiance + vannes thermostatiques

Regelingsrendementen

VERWARMING

14

Energieverbruik voor verwarming – Rendementen, ordes van grootte

Type installatie

Rendementen in %

(ηglobaal= ηproductiex ηdistributiex ηafgiftex ηregeling)

ηproductie (op OVW)

ηdistributie ηafgifte ηregeling ηglobaal

Zeer oude, overgedimensioneerde of weinig performante verwarmingsketel, lange verdeellus (jaren 1960-70)

75 .. 80 % 80 .. 85 % 90 .. 95 % 85 .. 90 % 46 .. 58 %

Oude, correct gedimensioneerde

verwarmingsketel, korte verdeellus 80 .. 85 % 90 .. 95 % 95 % 90 % 62 .. 69 %

HR-verwarmingsketel, korte verdeellus, aan achterzijde geïsoleerde radiatoren, regeling met buitensensor,thermostaatkranen, … (jaren 1990, begin 2000)

90 .. 93 % 95 % 95 .. 98 % 95 % 77 .. 82 %

Moderne, correct gedimensioneerde

condenserende stookolieketel 97 .. 98 % 95 % 95 .. 98 % 95 % 83 .. 87 %

Moderne, correct gedimensioneerde

condenserende gasgestookte verwarmingsketel 101 .. 103 % 95 % 95 .. 98 % 95 % 87 .. 91 %

ENERGIEBALANS N Verwarming

N Sanitair warm water CONFIGURATIE

PRODUCTIE N Energiebron

N Verbrandingssysteem

N Thermodynamisch systeem

N Zonne-energiesysteem

SANITAIR WARM WATER

16

Energieverbruik voor sanitair warm water

Source / Bron: www.energies.wallonie.be

SANITAIR WARM WATER

17

Energieverbruik voor sanitair warm water – verliezen van het systeem

h

h

h

h

x

x

=

SANITAIR WARM WATER

18

Energieverbruik voor sanitair warm water– verliezen van het systeem

N h

Voor de lus is het verlies afhankelijk van:

• de lengte en diameter van de leidingen,

• de isolatie van de leidingen,

• de temperatuur van het water in de leidingen en die van de omgevende ruimte,

• de werkingsduur

Voor de doodlopende leidingen:

• Het watervolume in de doodlopende leiding,

• De temperatuur van het water,

• De frequentie van de aftappingen.

SANITAIR WARM WATER

19

Energieverbruik voor sanitair warm water – verliezen van het systeem

N h

• het volume van de boiler en de overeenkomstige verliesoppervlakte,

• de isolatie van de boiler,

• de temperatuur van het water in de boiler en die van de omgevende ruimte.

Source / Bron: https://energieplus-lesite.be/

VERWARMING & SWW

20

Energieverbruik voor verwarming en sanitair warm water – verliezen van het systeem

N h _productie , concept van seizoensrendement:

• Komt overeen met de verhouding tussen de totale energie die

aan het verwarmingswater wordt overgedragen gedurende het stookseizoen en de in deze periode verbruikte energie,

• Afhankelijk van het ogenblikkelijke productierendement van

een systeem, dat op elk moment kan variëren, afhankelijk van de belasting van het systeem en eventueel externe omstandigheden,

• Verliezen bij uitschakeling van het systeem.

VERWARMING & SWW

21

Energieverbruik voor verwarming en SWW – circulatiepomp

N Circulatiepompen hebben een eigen elektriciteitsverbruik dat afhankelijk is van:

• de te compenseren drukverliezen,

• de werkingsduur,

• de configuratie van de installatie en het aantal kringen,

• het rendement van de pomp (variabel of constant debiet).

→ Het gecumuleerde verbruik van circulatiepompen kan aanzienlijk zijn.

Source / Bron: Grundfos

VERWARMING & SWW

22

Energieverbruik voor verwarming en SWW – circulatiepomp

ENERGIEBALANS N Verwarming

N Sanitair warm water CONFIGURATIE

PRODUCTIE N Energiebron

N Verbrandingssysteem

N Thermodynamisch systeem

N Zonne-energiesysteem

VERWARMING & SWW

24

Source / Bron: www.energies.wallonie.be

N

• Behoefteprofiel SWW/verwarming

• Totaal te installeren vermogen

• Seizoensrendement

• Distributie en thermische isolatie

• Totale opslagvolume

• Regeling, afstemming en gebruikscomfort

• Verbruik van circulatiepompen

• Stookruimte/-installatie en specifieke eisen

• Verdeling van de lasten Gecentraliseerd vs gedecentraliseerd

SANITAIR WARM WATER

25

Ogenblikkelijke productie of accumulatie?

VERWARMING & SWW

26

Type SWW-

behoefte

[+,++, +++]

Verwarmings- behoefte

[+,++, +++]

Gecentraliseerd, gedecentraliseerd?

Ogenblikkelijk, accumulatie?

Kantoren

Industriële keuken

Gecentraliseerd vs gedecentraliseerd

VERWARMING & SWW

27

Type SWW-

behoefte

[+,++, +++]

Verwarmings- behoefte

[+,++, +++]

Gecentraliseerd, gedecentraliseerd?

Ogenblikkelijk, accumulatie?

Meergezinsw oningen

Eengezinswo ningen

Gecentraliseerd vs gedecentraliseerd

ENERGIEBALANS N Verwarming

N Sanitair warm water CONFIGURATIE

PRODUCTIE

N Energiebron

N Verbrandingssysteem

N Thermodynamisch systeem

N Zonne-energiesysteem

EEN ENERGIEBRON KIEZEN

29

Omzettingsfactoren

Bron: AGBC

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

Aardgas Stookolie Hout Biomassa Elektriciteit

Fp –omzetting in primaire energie

[kgCO2/kWh]

Titre de l'axe kgCO2/kWh fp

EEN ENERGIEBRON KIEZEN

30

Evolutie van de energieprijzen voor de gezinnen

Bron: www.apere.org/fr/observatoire-prix

EEN ENERGIEBRON KIEZEN

31

Evolutie van de energieprijzen voor de gezinnen

Bron: www.apere.org/fr/observatoire-prix

EEN ENERGIEBRON KIEZEN

32

Evolutie van de energieprijzen voor de gezinnen

Bron: www.apere.org/fr/observatoire-prix

EEN ENERGIEBRON KIEZEN

33

Evolutie van de energieprijzen voor de gezinnen

Bron: www.apere.org/fr/observatoire-prix

EEN ENERGIEBRON KIEZEN

34

Evolutie van de energieprijzen voor de gezinnen

Bron: www.apere.org/fr/observatoire-prix

ENERGIEBALANS N Verwarming

N Sanitair warm water CONFIGURATIE

PRODUCTIE N Energiebron

N Verbrandingssysteem

N Thermodynamisch systeem

N Zonne-energiesysteem

VERBRANDINGSSYSTEEM

36

Verwarmingsketels

N Aardgas, stookolie of biomassa N Verwarming en/of SWW

N Met of zonder condensatie

N Wandmontage of vloeropstelling

Bron: Ygnis Bron: Remeha Bron: ÖkoFEN Bron: AO Smith

VERBRANDINGSSYSTEEM

37

Condenserende gas- of stookolieketels

“Overal inzetbaar systeem”

+ -

N Betrouwbare en

concurrerende technologie N Hoog rendement

(condensatie)

N Redelijke onderhoudskosten N Groot vermogensbereik N Groot temperatuurbereik

productie (LT, HT en SWW) N Eenvoudige

vermogensmodulatie

N Brandstofprijs: afhankelijk van de markt

N Fossiele brandstof N Integratie rookkanaal N Opslag (stookolie) N Reglementering

(stookruimte)

Bron: Viessmann

VERBRANDINGSSYSTEEM

38

Condenserende gasgestookte boiler

“Ideaal voor grote SWW-behoefte met hoge piekbelastingen”

+ -

N Productie van SWW onafhankelijk van de verwarming

N Hoog rendement (condensatie)

N Redelijke onderhoudskosten

N Uitsluitend op aardgas N Benodigde ruimte N Opslagverliezen N Integratie rookkanaal

Bron: AO Smith

– H

VERBRANDINGSSYSTEEM

39

Pelletketel

“Niet zo geschikt in een stedelijke context”

+ -

N Groot vermogensbereik N Groot temperatuurbereik

productie (LT, HT en SWW) N Vermogensmodulatie N Hernieuwbare brandstof N Revalorisatie van houtafval

(indien lokaal)

N Benodigde ruimte:

N Buffervat N Brandstof N Bevoorrading

N Hogere onderhoudskosten N Afvoer van assen

N Fijnstof

N Integratie rookkanaal N Lager rendement

(<> aardgas en stookolie)

VERBRANDINGSSYSTEEM

40

Pelletketel - opslag

– H

VERBRANDINGSSYSTEEM

41

Pelletkachel

“Voor gezelligheid of voor hoogperformante woningen”

+ -

N Voor gezelligheid N OF kan een centraal

verwarmingssysteem vervangen in

hoogperformante woningen N Vermogensmodulatie

N Bestaat ook in

watergevoerde uitvoering voor de voeding van

warmteafgiftelichamen of de productie van sanitair warm water (aanvulling voorzien in de zomer)

N Bevoorrading en opslag van brandstof

N Afvoer van assen N Fijnstof

N Integratie rookkanaal

– H

VERBRANDINGSSYSTEEM

42

Warmtekrachtkoppeling

“Geschikt voor grote en constante warmtebehoefte”

+ -

N Gelijktijdige productie van warmte en

elektriciteit

N Meerdere brandstoffen:

aardgas, stookolie, biomassa

N Vanaf 5 kWth

N Energiebesparing ten opzichte van

onafhankelijke productie (van warmte of

elektriciteit)

N Hoge aankoopkost N Hoge onderhoudseisen N Benodigde ruimte (boiler) N Vereist gelijktijdige en

regelmatige warmte- en elektriciteitsbehoeften N Integratie rookkanaal N Complexere akoestiek N Vereist aanvullend

productiesysteem

VERBRANDINGSSYSTEEM

43

Warmtekrachtkoppeling

Bron: ICEDD Bron: Ensersol

VERBRANDINGSSYSTEEM

44

Warmtekrachtkoppeling

ENERGIEBALANS N Verwarming

N Sanitair warm water CONFIGURATIE

PRODUCTIE N Energiebron

N Verbrandingssysteem

N Thermodynamisch systeem

N Zonne-energiesysteem

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

46

Warmtepomp

N Met mechanische of “chemische” compressie N Op water/lucht

N Productie LT of HT,

N Verwarming en/of SWW N Omkeerbaar?

Stoom lage druk

Stoom hoge druk

Vloeistof lage druk

Vloeistof hoge druk

R

C

C

V

Koudebron Verwarmings-

installatie

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

47

Warmtepomp – werkingstypes N Monovalent

N Mono-energetisch

N Bivalent-parallel of als aflossing

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

48

Warmtepomp - bronnen

Dynamische warmtewisselaar Statische warmtewisselaar

Grondwater

Oppervlaktewater Horizontale captatie

Verticale captatie

Aerothermische WP Geothermische WP Hydrothermische WP

Source / Bron: EF4

– H

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

49

Aerothermische warmtepomp

“Eenvoud van uitvoering”

+ -

N Mogelijkheid om met lage of hoge temperaturen te werken

N Omkeerbaar N Geen rookkanaal

N Geen aanvoer van brandstof N Groot vermogensbereik

N Kan worden gecombineerd met fotovoltaïsche zonnepanelen

N Grotere investering dan voor een verwarmingsketel

N Gebruik van koelvloeistoffen (broeikaseffect)

N Vereist een aangepast elektriciteitsnet

N Aanvulling vaak vereist N Prestaties en vermogen

afhankelijk van temperaturen van warmte- en koudebronnen, neemt af met buitentemperatuur.

➔ Prestaties en vermogen volstaan niet bij grote vraag.

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

50

Aerothermische warmtepomp

Source / Bron: Aermec

Monoblokuitvoering

Groot vermogen (200 kWth)

Source / Bron: Aermec

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

51

Aerothermische warmtepomp

Source / Bron: HelioPac Source / Bron: Daikin

Hybride uitvoering aerothermische WP/gasketel

Statische warmtewisselaar

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

52

Geothermische warmtepomp

Source / Bron: Viessmann

– H

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

53

Geothermische warmtepomp, gesloten geothermie

“Hoog en constant rendement”

+ -

N Hoog en “constant”

rendement

N Stiller in buitenomgeving N Mogelijkheid tot geokoeling

N Grondinneming

warmtewisselaar buiten N Vermogen beperkt door

beschikbare terreinoppervlakte N Kost van boringen

N Delicate dimensionering (gevaar voor uitputting van de bodem)

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

54

Geothermische warmtepomp – aardwarmtekorven, horizontale captatie N 0,6 → 1,2 m horizontale captatie, → 5 m aardwarmtekorven

N Omkeerbaar

Source / Bron: http://www.af-sa.ch/

Source / Bron: http://www.af-sa.ch/

Source / Bron: Vaillant

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

55

Geothermische warmtepomp - verticale captatie (boringen) N → 100-300 m

Source / Bron: Vaillant

Source / Bron: écorce

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

56

Geothermische warmtepomp – geothermische palen N → 10-30 m

Source / Bron: EnergiePlus

– H

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

57

Geothermische warmtepomp, open geothermie

“Voor grote vermogens”

+ -

N Voor grote vermogens (collectieve huisvesting, stadsverwarming)

N Kosten van de studies N Kosten van de boringen N Vereist aanzienlijke afstand

tussen de boringen

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

58

Warmtepomp – geokoeling (freecooling)

Source / Bron: https://energieplus-lesite.be/

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

59

Warmtepomp – thermodynamische boiler

“Een alternatief voor de conventionele elektrische boiler”

Source / Bron: Öchsner

+ -

N Hoog rendement (in vergelijking met elektrische boiler)

N Benodigde ruimte N Beperkte SWW-

behoeften

N Werkt op omgevingslucht (koelt de omgevende ruimte af) of op

buitenlucht (vereist toevoerinrichting).

N Luidruchtiger dan elektrische boiler.

THERMODYNAMISCH SYSTEEM

60

Warmtepomp – thermodynamische boiler

Source / Bron: Öchsner

ENERGIEBALANS N Verwarming

N Sanitair warm water CONFIGURATIE

PRODUCTIE N Energiebron

N Verbrandingssysteem

N Thermodynamisch systeem

N Zonne-energiesysteem

– H

ZONNE-ENERGIESYSTEEM

62

Thermische zonnepanelen

N Vlakke collectoren, vacuümbuizen, leegloopsysteem

N Residentieel of tertiair gebouw, eengezinswoning of meergezinswoning N Als aanvulling op verwarmingsketel: verwarming + SWW

+ -

N “Beschikbare”

hernieuwbare energiebron N Koppeling met ander

systeem

N Productie afhankelijk van de weersomstandigheden, beschaduwing

N Productie beperkt door de beschikbare oppervlakte N Productie afhankelijk van

het behoefteprofiel (max.

50 %)

N Relatief grote investering N Vereist aangepaste

regeling

ZONNE-ENERGIESYSTEEM

63

Thermische zonnepanelen – combinatie

N Thermische zonne-energie als aanvulling op verwarming en SWW

N In combinatie met watergevoerde kachel, om in de zomer autonoom te zijn voor SWW.

Source / Bron: https://www.solaire-bois.fr/

N Het geschikte productiesysteem en de passende systeemconfiguratie zijn afhankelijk van het behoefteprofiel en van de gebouwconfiguratie.

N Elk onderdeel moet doordacht en geoptimaliseerd zijn om het eindverbruik van energie te verminderen en tegelijkertijd het comfort te garanderen.

N Er is geen kant-en-klare oplossing; deze moet per geval worden bestudeerd.

Gids Duurzame Gebouwen

www.gidsduurzamegebouwen.brussels N Thema ENERGIE

Dossier | De optimale productie- en opslagwijze voor verwarming en sanitair warm water kiezen

Dossier | Verwarming en sanitair warm water: efficiënte installaties garanderen (distributie en afgifte)

Dossier | Een efficiënte verwarmingsinstallatie ontwerpen

Websites

N Opleiding Duurzame Gebouwen

https://leefmilieu.brussels/themas/gebouwen/goede-praktijken-om-te-bouwen-en-te- renoveren/om-u-te-helpen/opleidingen-duurzaa-104

Om verder te gaan:

- Warmtepomp: ontwerp - Diagnoses voor renovatie - Energie: basisprincipes

N WTCB: Infofiche - Systeemrendementen (EPB) N EnergiePlus

https://energieplus-lesite.be/

BEDANKT VOOR UW AANDACHT

?

Pierre GUSTIN Projectingenieur écorce sa

+ 32 4 226 91 60 info@ecorce.be