Energietechniek. Coen Verwer Pieter Bosma Bart van Straalen Mario Kortenoever

Transcriptie

1 Energietechniek Coen Verwer Pieter Bosma Bart van Straalen Mario Kortenoever

2 Energietechniek Coen Verwer, Pieter Bosma, Bart van Straalen, Mario Kortenoever Rijswijk 16/10/2007

3 Voorwoord Dit rapport is tot stand gekomen in het kader van een studie naar een betere energievoorziening voor een woonhuis, waarbij voor een zelfde opbrengst nog meer energie kan worden bespaard. Dit rapport is geschreven door vier eerste jaar werktuigbouwkundigen studenten en dient als rapport van onze studie naar een betere energievoorziening. Dit rapport is bestemd voor iedereen die geïnteresseerd is in de mogelijkheden op het gebied van energievoorzieningen in huis. Ook zijn wij op excursie geweest voor het project. Deze excursie heeft plaatsgevonden bij het Afval Energie Bedrijf (AEB), wij willen hun voor deze mogelijkheid bedanken. Ook willen wij Cor Munsterman bedanken, voor het geven van informatie voor ons project.

4 Inhoudsopgave Samenvatting 1 Inleiding 2 Huidige systemen op het gebied van verwarming 2.1 Sunmachine 2.2 Warmtepomp 2.3 Warmte kracht koppeling 2.4 Zonne-energie 2.5 CV- ketel 3 Huidige systemen op het gebied van koeling 3.1 Notoco Greenheat system 3.2 Airco 4 Vergelijkingstabellen 4.1 Vergelijkingstabel Vergelijkingstabel 2 5 Uitwerking installatievoorstel 6 Kostenprijs berekening 7 Werking systeem 8 Terugverdientijden 9 Conclusie Bronvermelding Bijlage 1 (De Viessmann EPC luchtwarmtepomp) Bijlage 2 (3D tekeningen totale systeem).

5 4 Samenvatting Tegenwoordig is energie zeer kostbaar. Thuis gebruiken we veel energie om het huis te verwarmen en voor al onze elektrische apparatuur. Om het huis te verwarmen wordt in de meeste gevallen een HR- ketel gebruikt. Maar er zijn nog meer soorten systemen die warmte en/of elektriciteit kunnen leveren. Er bestaat echter niet een systeem dat perfect is, dit heeft ook te maken met de wetgeving in Nederland. Het is namelijk niet mogelijk om geen elektriciteit aansluiting te hebben. Om een ideale situatie te creëren moet er gebruik gemaakt worden van een combinatie van verschillende systemen.

6 5 1. Inleiding Het doel van het project, is het inzicht krijgen in energievoorzieningen in huis. Het gaat er vooral om dat een huishouden zichzelf van verwarming en elektriciteit kan voorzien. Door deze energievoorzieningen te onderzoeken, wordt er inzicht verkregen in werktuigbouwkundige systemen. Het probleem tegenwoordig is dat de fossiele brandstoffen steeds duurder worden. Hierdoor stijgen de prijzen van het gas en elektriciteit. Deze prijsstijgingen komen terecht bij de huisbewoners. Om dit probleem op te lossen, moeten er voorzieningen komen zodat de huisbewoners zichzelf van energie kunnen voorzien. Er bestaan op het moment al verschillende systemen op het gebied van energie winning. Enkele van deze voorzieningen zijn: warmtepomp, zonnepanelen, WKK, Zonnecollectoren, etc. Om te bepalen welk systeem of systemen het meest geschikt zijn moeten ze onderling vergeleken worden. Tijdens het project hebben we deze verschillende systemen onderzocht.

7 6 2. Huidige systemen op het gebied van verwarming In hoofdstuk 2 worden de verschillende systemen behandeld, die al worden gebruikt voor verwarming en/ of het opwekken van elektriciteit. 2.1 Sunmachine Sunmachine algemeen De Sunmachine is het nieuwste op het gebied van duurzame WKK installaties, de Sunmachine wordt nog niet vertegenwoordigd in Nederland, maar hij is zeker de moeite om in dit verslag vermeld te worden. De gewone WKK installaties werken met een verbrandingsmotor, vaak op gas of diesel. De Sunmachine werkt op houtpellets en maakt gebruik van een Stirlingmotor. (zie figuur links.) De werking van de Sunmachine Allereerst uitleg over de houtpellets (figuur 2.), houtpellets vallen onder de categorie biomassabrandstof, ze zijn verkrijgbaar in korrelvorm, deze korrels zijn geperst uit houtvezels (houtvezels zijn vaak over bij houtverwerkingsbedrijven of afvalhout) ze branden heel erg schoon, branden CO² neutraal, gemakkelijk en schoon in gebruik, branden vrijwel rookvrij en bij gebruik in de Sunmachine blijft er van de hoeveelheid gebruikte pellets maar 1% as over. (Figuur. 2) De pellets worden gedistribueerd door middel van een vrachtwagen of kunnen naar gelang bij de pelletshandelaar opgehaald worden. Thuis worden de pellets opgeslagen in bijvoorbeeld: een silo, de Sunmachine kan bijgevuld worden door middel van een schep. De Sunmachine heeft gelukkig zelf een voorraad zodat hij niet constant bijgevuld hoeft te worden. Vanuit de voorraad in de Sunmachine (Figuur 3) worden de pellets met een vijzel getransporteerd naar de verbrandingsruimte waar ze verhit worden (tot 350 C) en houtgas afgeven, dit houtgas wordt tegelijkertijd verbrandt en geeft een warmte van 850 C. Door deze hitte blijft er dus bijna geen as over. De warmte is naar beneden geconcentreerd op de bovenkant van de stirlingmotor. Door de verwarming zet de lucht in de zuiger uit waardoor de zuiger door de druk weggedrukt wordt. De zuiger komt op het onderste dode punt, waar hij door de aangevoerde koude lucht (door de andere gekoelde verdringer-zuiger) afgekoeld wordt, en dan door het ontstane vacuüm weer teruggetrokken wordt. De afgekoelde lucht wordt verplaatst om weer op te warmen, waardoor de cyclus zich herhaalt. (Figuur 3)

8 7 In deze cyclus wordt thermische energie door de stirlingmotor omgezet naar kinetische energie en de kinetische energie wordt door de generator omgezet naar elektrische energie. Thermisch Kinetisch Elektrisch. De opgewekte stroom kan voor eigen gebruik gebruikt worden, en eventueel worden opgeslagen in een accuset met omvormer, ook kan de stroom teruggeleverd worden aan het net. De Sunmachine (Figuur 4) levert ook warmte, de warmte ontstaat bij het koelen van de stirlingmotor. Een combiboiler van min 700L kan erbij geleverd worden om de warmte op te slaan. De Sunmachine geeft zoveel warmte dat er zelfs een klein zwembad mee verwarmd kan worden. Elektrisch vermogen: Kw (230 Volt 50Hz) Thermisch vermogen: Kw Max. uitgangstemperatuur is 85 C (optim. Ingangstemp. is 30 C) De aanschafkosten Elektrische kast: 1540, - Sterling motor: 19800,- Pellets opslag en toevoer: 4226,- Boiler, pompen en buizen ,- (Figuur 4) Plaatsing: 3200, - Totaal: 32346, - Kostenplaatje (bron Tibri.nl) GSC: Groenstroom certificaat/ kwh WKKC: WKK certificaat/ kwh Dus een erg groot voordeel, hoe meer de Sunmachine draait hoe sneller hij wordt terugverdiend! Conclusie: Het is een zeer mooi en efficiënt apparaat alleen wat minder geschikt voor een doorsnee huis omdat er dan een warmte overschot is. En hij is erg duur om te kopen.

9 8 2.2 Warmtepomp Warmtepomp algemeen Een warmtepomp is een systeem dat uw huis kan voorzien van verwarming en warm water, maar een warmtepomp kan ook koelen. Warmtepompsystemen zijn erg duurzaam en het rendement kan oplopen tot 140%. De warmtepomp haalt zijn warmte uit grondwater, oppervlaktewater, ventilatielucht en buitenlucht. Deze bronnen zijn onbeperkt beschikbaar en kosten ook nog eens helemaal niets. Warmtepompen zijn al een paar jaar op de markt en worden gebruikt voor ruimteverwarming, ruimteverkoeling en warm tapwater. Warmtepompen die gebruikt worden als verwarming gebruiken meestal de bodem als warmtebron en boilers die worden aangedreven door een warmtepomp gebruiken meestal de warmte uit de lucht. Warmtepompen werden vroeger alleen gebruikt voor koelkasten en airconditioningsystemen. De werking van een warmtepomp De meeste warmtepompen zijn compressiewarmtepompen. De drie belangrijkste onderdelen zijn de verdamper (1 (zie fig. 5)), de compressor (2 (zie fig. 5)), en de condensor (3 (zie fig. 5)). Die worden gebruikt voor warmte ophalen, samenpersen en afgeven (Figuur 5) Warmte ophalen De zogehete verdamper bevat een transportvloeistof die bij een lage temperatuur al verdampt. De vloeistof kun je vergelijken met de koelvloeistof uit koelkasten en airco s. Deze vloeistof verdampt al op lage temperatuur. Door het verdampen neemt de vloeistof warmte op uit de warmtebron. De warmte van de bron is genoeg om de vloeistof in de verdamper te verwarmen en te verdampen. Warmte samenpersen De compressor in de warmtepomp perst de verdampte vloeistof samen waardoor de temperatuur stijgt en mede de druk. Voor de compressie is energie nodig, als er elektriciteit gebruikt wordt om de energie te leveren dan noemen we het een elektrische warmtepomp, maar er kan ook een gasmotor gebruikt worden om de energie op te wekken, dan noemen we het een gastgestookte warmtepomp. Warmte afgeven In het 3 e en laatste onderdeel van de warmtepomp, de condensor, krijgt de damp weer de ruimte. Daardoor neemt de druk af en wordt de damp weer vloeistof. Ook daar komt weer warmte bij vrij. Die warmte gaat via de condensator naar de verwarmingsinstallatie of naar de boiler. De afgegeven warmte heeft een veel hogere temperatuur dan de opgenomen warmte. De transportvloeistof stroomt daarna weer terug naar de verdamper en dan begint het proces weer van voor af aan.

10 9 Het rendement van een warmtepomp Warmtepompen werken op elektriciteit of gas, in beide gevallen heeft de warmtepomp een beter rendement dan de HR-100 ketel die al een rendement van 100% heeft. En elektrische warmtepomp met een rendement van 250% = 2,5 COP (COP= Coëfficiënt Of Performance) is gelijk aan een HR-100 ketel, want 2,5 maal 40% elektriciteitsrendement is 100% Een huidige warmtepomp heeft een rendement tussen de 300% en 500%, maar om een echte vergelijking te maken moet je het elektriciteit- of gasverbruik ook nog meerekenen. Het rendement van de warmtepomp is erg afhankelijk van de temperatuur die de warmtepomp moet afgeven. Hoe hoger de temperatuur hoe lager het rendement. Een warmtepomp werkt dus het beste in combinatie met een LTV systeem (Lage Temperatuur Verwarming), zoals vloer en/of wandverwarming. De aanvoertemperatuur van dit systeem is ongeveer 25 C en de temperatuur van het afvoerwater is ongeveer 20 C. Bij een gewone CV installatie is dat ongeveer 90 C en 70 C. Koeling Behalve verwarmen kan een warmtepomp ook koelen maar wel in combinatie met een LTV. Bij koeling pompt de installatie koud grondwater door de vloer en/of wandverwarming. Dan is er alleen voor het rondpompen een beetje elektriciteit nodig, daardoor is een warmtepompsysteem veruit de zuinigste vorm van koeling. Kosten Een elektrische warmtepomp voor een LTV kost al gauw ongeveer 5000 tot 9000 per woning. De gasgestookte warmtepomp kost ongeveer Bij deze prijzen zitten de kosten voor vloer en /of wandradiatoren nog niet bij. De hoge kosten wegen niet op tegen de lagere onderhouds- en energiekosten, maar in de toekomst zal dit veranderen doordat de warmtepomp in massaproductie wordt genomen en verhoging van het rendement.

11 Warmte kracht koppeling Een WKK is ontworpen voor een gecombineerde opwekking. Een WKK produceert namelijk warmte (Q) en kracht (E) uit een installatie, en uit een energiebron. Deze energiebron is in dit geval aardgas. Zie figuur 6. (Figuur 6) Een WKK heeft veel weg van een conventionele cv-ketel, aangezien er energie wordt vrijgemaakt door gas te verbranden. Het grote verschil tussen een WKK en een conventionele cv-ketel is dat de primaire functie van een WKK het opwekken van elektriciteit is, in plaats van warmte. De WKK wekt elektriciteit op met een gasmotor die gekoppeld is aan een generator. Daarnaast benut de WKK de warmte die hierbij vrijkomt, en die normaal gesproken verloren zou gaan, om het water uit het cv-net te verwarmen (Zie figuur 7). Hierdoor is het rendement van de WKK per eenheid brandstof ook erg hoog. Doordat de WKK elektriciteit opwekt zal er minder of geen elektriciteit gekocht hoeven te worden, en bij een overschot aan elektriciteitproductie kan er zelfs een gedeelte verkocht worden aan het nutsbedrijf. De warmte die de WKK levert, als nevenproduct bij het genereren van elektriciteit, wordt gebruikt om op de stookkosten te besparen door het water van de centrale verwarming te verwarmen. De WKK zal dus op twee gebieden besparingen opleveren, namelijk op de elektriciteit- en de gasrekening.

12 11 (Figuur 7) De werking De gasmotor levert via een generator elektrische energie. Tijdens dit genereren van elektriciteit wordt er ook energie in de vorm van warmte ontwikkeld. Deze warmte wordt overgedragen aan het koelwater van de motor. Indien er behoefte is aan verwarming van het water in het cv-net, zal het koelwater van de motor naar een plaatkoeler stromen. In de plaatkoeler stroomt het warme water van de WKK aan de ene kant langs een plaat terwijl het koudere water van de centrale verwarming aan de andere kant langs deze plaat stroomt. Op deze manier staat het warme water van de WKK de, in de motor opgenomen warmte, af aan het water van het cv-net. Indien er geen vraag is naar warmte maar wel naar koelte in het gebouw zal het koelwater wat van de WKK afkomstig is niet naar de plaatkoeler maar naar de absorptiekoeler stromen. In de absorptiekoeler vindt een natuurkundig proces plaats dat er met hulp van het warme water van de WKK, en door middel van het verdampen van water, voor zorgt dat er warmte onttrokken wordt aan het water dat door de airconditioning stroomt. Als er geen behoefte is aan verwarming van het cv-net of koeling van de airconditioning, of als er een overcapaciteit aan warmte wordt geproduceerd door de WKK, zal het warme koelwater afkomstig van de WKK naar de noodkoeler stromen. De noodkoeler heeft een iets andere vormgeving maar werkt volgens het zelfde principe als de plaatkoeler. Het warme water stroomt, gescheiden door een dunne wand, langs het koude water en geeft zo warmte af aan dit koudere water. Het water wat afkomstig is van de noodkoeler zal naar de koeltoren stromen, waar het over een systeem van platen met een groot gezamenlijk oppervlak verneveld zal worden. Er wordt door middel van een ventilator ook gezorgd voor een constant aanwezige luchtstroming over de platen. Deze stromende lucht zal de warmte van het koelwater opnemen en afstaan aan de atmosfeer. Het koelwater wordt onderin de koeltoren weer verzameld om teruggepompt te worden naar de noodkoeler. (Figuur 8 laat schematisch de WKK zien).

13 12 (Figuur 8) Energiebehoefte De energie behoeften van de mensen thuis is warmte en elektriciteit. Deze twee energiebehoeften kunnen door een WKK worden geleverd. De warmte wordt gewonnen uit de warmte die vrijkomt bij het verbrandingsproces van de gasmotor. Om een WKK met succes te kunnen toepassen, moet er aan een paar dingen gedacht worden, namelijk: - Energie - Ecologie - Economie Energie Om een beeld te krijgen van het energie voordeel ten opzichte van een combinatie van een STEG en een KETEL zie figuur 9. (Figuur 9) Figuur 10 laat het energie voordeel zien en tevens het rendement van de systemen.

14 13 (Figuur 10) Ecologie Doordat de warmte energie uit de uitlaatgassen gebruikt worden voor warm water, bevatten de uitlaatgassen minder energie en dus ook minder emissie. Ook door het verbranden van gas in plaats van diesel of benzine, komt er geen SO2, CO2 en NOx vrij. Dit is zeer gunstig, want deze stoffen zijn erg slecht voor het milieu. Economie Om te kunnen zien of de WKK economisch haalbaar is moeten alle kosten en opbrengsten van het systeem worden opgesomd. Kosten Opbrengsten - afschrijving - Warmte - Financiële lasten - Elektriciteit - Onderhoud - Mogelijke certificaten - Brandstof Toekomstverwachting Als iedereen Thuiscentrales plaatst in plaats van Hr-ketels, dan kunnen we ons zelf voorzien in onze elektriciteitsbehoefte. De restwarmte kan gebruikt worden voor verwarming en warm water. De Thuiscentrale werkt nu nog op aardgas. Op termijn kan de centrale, na aanpassing, ook werken op een mengsel van aardgas en biogas of waterstof. De Thuiscentrale kan ideaal worden gecombineerd met zonnecollectoren en PV-panelen om zo duurzame energie te combineren met gebruik van fossiele brandstof. Rendement Figuur 9 laat een vereenvoudigde voorstelling van de energetische balans tussen een WKK installatie en gescheiden productie. Toepassing van micro WKK heeft een aantal voordelen. Ten eerste wordt er natuurlijk aardgas bespaard. In een gemiddelde woning kan dit oplopen tot 350 m3 per jaar. Als de helft van alle woningen in Nederland voorzien zou worden van een micro WKK, dan is de totale besparing ongeveer een miljard m3 per jaar. Een direct gevolg van de besparing op het aardgas is een vermindering van de CO2 uitstoot van de woning. Afhankelijk van de gekozen referentie wordt per woning tussen de 500 en 1000 kg CO2 minder uitgestoten. Investeringskosten De investeringskosten voor de consument of voor een energiebedrijf liggen beduidend hoger dan de investeringskosten van een Hr-ketel. De schatting is dat bij een productie van micro-wkk systemen de kostprijs rond het dubbele van de kostprijs van de Hr-ketel ligt.

15 14 Wanneer de kosten te hoog blijven kan het ook niet op de markt worden gebracht. Maar daarin tegen is aardgas Per kwh aanzienlijk goedkoper dan stroom. Het voordeel voor de (gemiddelde) consument bedraagt ongeveer 350. Natuurlijk moet met dit geld eerst de meerprijs van de micro WKK t.o.v. een HR ketel betaald worden, maar, naar verwachting is een terugverdientijd van 3 tot 7 jaar te realiseren, bij een te verwachten levensduur van het systeem van 15 jaar. Mini WKK Figuur 11 laat een micro WKK zien met de technische gegevens. Deze WKK is uiterst goed toe te passen in een groot woonhuis, of delen met de buren. (figuur 11) Deze WKK heeft een 1-cilinder gas motor met een cilinderinhoud van 270 cm3. Dankzij de gepatenteerde capaciteitsmodellering produceert de ecopower mini-wkk altijd de exact juiste hoeveelheid energie die op dat moment nodig is. De WKK levert van 2,5 tot 12,5 thermisch en van 1,2 tot 4,7 elektrisch. De levensduur van dit systeem is minimaal uur, en moet elke 4000 uur een onderhoudsbeurt.

16 Zonne-energie Via de zon kunnen elektriciteit en warmte worden opgewekt. Dit is mogelijk door zonnecellen en zonnecollectoren. Deze 2 mogelijkheden worden in dit verslag nader toegelicht. Zonne-energie algemeen De buitenzijde van de aardatmosfeer ontvangt gemiddeld 1350 watt aan zonstraling per m 2. Dit komt neer op een energiehoeveelheid van 5,6 * J/jaar. Hiervan reflecteert 29% in de atmosfeer, 26% wordt geabsorbeerd en 45% bereikt het aardoppervlak. De energie-intensiteit op een vlak van 1m 2, waar de zonstraling loodrecht op valt, bedraagt bij helder weer op zeeniveau 1000 W/m 2. Op het vaste land is dit door atmosferische vervuiling wat minder. Op een vlak van 1m 2 komt er in Nederland gemiddeld 3,6 * 10 9 J zonne-energie binnen. Dit komt overeen met 1000 kwuur/(m 2 *jaar) Zonnecellen algemeen De zon levert ongeveer tot keer zoveel energie dan de mensheid verbruikt. Doormiddel van zonnecellen zou deze energie opgevangen kunnen worden, maar wat is nu eigenlijk een zonnecel. Een zonnecel is een elektrische cel die zonlicht omzet in bruikbare elektrische energie. Er zijn 2 verschillende soorten zonnecellen: Fotovoltaïsche cel De fotovoltaïsche cel ook wel PV-cel (photovoltaic conversion) genoemd is de meest bekende soort en bestaat geheel uit een vaste stof. Foto-elektrochemische cel De foto-elektrochemische cel ook wel PEC-cel (Photoelectrochemical) genoemd. Deze cel maakt gebruikt van zichtbaar licht en is terug te vinden in foto-elektrochemische generatoren. In dit stukje wordt er dieper ingegaan op de PV-cel. Materiaal van zonnecellen Zonnecellen worden vooral gemaakt van silicium. Silicium is het op één na meest voorkomende mineraal op aarde. Het komt vooral voor in de vorm van siliciumdioxide (SiO 2 ) wat de chemische benaming voor zand is. Zuiver silicium wordt uit zand gewonnen en op grote schaal gebruikt in de chipindustrie. Om een diode te verkrijgen wordt een laagje puur silicium verontreinigd met borium. Hierdoor ontstaat de P-laag (basis). Een ander laagje wordt verontreinigd met fosfor. Hierdoor ontstaat de N-laag (emitter). Silicium wordt in drie verschillende materiaalstructuren verwerkt waardoor zonnecellen ontstaan. De 3 verschillende structuren zijn: Cellen gezaagd uit 1 kristal, monokristallijn silicium Cellen gezaagd uit meervoudig kristal, polykristallijn silicium Op dragermateriaal opgedampt silicium, de amorfe cellen. Dit zijn cellen zonder kristalstructuur. De werking van een zonnecel De vaste stof waarvan de PV-cel het meest gemaakt worden is silicium (half geleider materiaal). Deze stof bestaat uit 2 lagen: De P-laag en de N-laag. Op de scheidingsgrens van deze lagen ontstaat een intern elektrisch veld (spanningsverschil). Als er licht op de zonnecel valt dan wordt een negatief geladen elektron in de zonnecel losgemaakt en blijft een

17 16 positief gat over. Als zo n elektron/gat-paar in de buurt van een intern elektrisch veld dan worden deze twee gescheiden, omdat zij een verschillende lading hebben. Hierdoor krijgt de P- laag een positieve lading en de N-laag een negatieve lading. Door een verbinding te maken tussen deze 2 lagen wordt er elektriciteit opgewekt omdat er elektronen gaan stromen. Als er meer licht op de zonnecellen valt worden meer elektronen vrijgemaakt en wordt er dus ook meer elektriciteit opgewekt. Dit proces blijft net zo lang doorgaan zolang er licht op valt. In dit proces zijn geen bewegende delen. Hierdoor gaat een zonnecel langer mee waardoor het een duurzaam product is. De cellen kunnen in serie maar ook parallel geschakeld worden. Om ervoor te zorgen dat de cel over 1m 2 een constante gelijkspanning afgeeft, worden de cellen serie en parallel aan elkaar geschakeld. Bij de serieschakeling wordt het spanningsverschil groter bij gelijkblijvende stroom en bij parallelschakeling Blijft het spanningsverschil constant en neemt de stroomt toe. Rendement Verschillende materialen In de tabel hieronder is het theoretische en werkelijke rendement te zien van de verschillende soorten materiaal Soort Cel Theoretisch rendement Werkelijk rendement Monokristallijn silicium 25 % % Polykristallijn silicium 21 % % Amorf silicium * 12 % 5-8 % Amorf silicium tandem 3 laags * 14,6 % 10,4 % Galliumarseen (GaAs) 29,0 % 21 % Koper-Indium-Seleen * 17 % 14 % * Deze cellen worden vervaardigd door het mineraal op een basismateriaal op te dampen. In de tabel hieronder is te zien onder welke hellingshoek de zonnecel het beste rendement heeft. Ook zijn er in deze tabel verschillende data genoemd.

18 17 Stralingsintensiteit De maximale stralingsintensiteit is ongeveer 1000 watt/m 2. Wat leidt bij de commerciële sector tot opbrengsten die variëren tussen de 70 en 130 watt peak /m 2. Als de intensiteit van de zon afneemt, daalt bij gelijkblijvende spanning de stroomsterkte en dus het geleverde vermogen. Door concentratie van het zonlicht op de zonnecellen kan een hogere stralingsintensiteit worden bereikt. Hierdoor wordt de opbrengst per oppervlakte-eenheid ook groter. Afhankelijk van het type cel kan de intensiteit door concentratie met factor tussen 20 en 200 worden verhoogd. Dit voor zover bekent alleen nog maar op laboratoriumschaal toegepast. Zonnecollectoren algemeen Een zonnecollector is een apparaat dat zonlicht omzet naar warmte. Deze warmte kan gebruikt worden voor bijvoorbeeld douche en de vaat. Materiaal van zonnecollectoren Een zonnecollector bestaat uit een afdekplaat, absorbeerplaat, watervoerende pijp en een isolerende bak. De werking van een zonnecollector De zonnewarmte die door een op het dak geplaatste zonnecollector wordt opgevangen, wordt meegenomen naar een boiler (opslagvat) door een transportmedium dat door de collector gaat. In dit opslagvat, dat nodig is omdat de warmtebehoefte en het warmteaanbod natuurlijk niet steeds gelijk zijn, wordt de warmte van het collectorwater via een warmtewisselaar overgebracht aan het leidingwater. Omdat de zon niet altijd schijnt is het water niet altijd op temperatuur. Het water kan dan door middel van een naverwarmer (bijvoorbeeld op basis van elektriciteit of gas) weer op temperatuur worden gebracht. Er zijn 2 verschillende soorten systemen: de gevulde en de leegloopsystemen. De gevulde systemen bestaan uit een mengsel van antivries en water wat door het systeem stroomt. De leegloopsystemen bestaan uit zuiver water. Bij dit laatste type wordt het zonnecollectorcircuit slechts gedeeltelijk gevuld. Alleen als er voldoende zonlicht op de zonnecollector valt en als het opslagvat niet oververhit is, wordt het circuit volledig gevuld. Op deze manier is het systeem goed beveiligd tegen bevriezing en oververhitting. De verschiltemperatuurregelaar meet constant de temperatuur van het water in de zonnecollector en van het koude water onderaan in de boiler. Als het water in de zonnecollectoren warmer is dan onderaan de boiler dan begint de pomp te draaien en stuurt het warme water uit de zonnecollectoren naar de onderste warmtewisselaar van de boiler.

19 CV ketel CV ketel algemeen Het meest toegepaste systeem in de Nederlandse woning is de combinatie van cv-ketel en radiatoren. Dat heeft vooral te maken met de relatief eenvoudige installatie van dit systeem. Het water in de ketel wordt binnen redelijk korte tijd met een gasbrander verwarmd, waarna het warme water via de verwarmingsbuizen in de radiatoren stroomt. De warmte wordt vervolgens door straling en convectie aan de omgeving afgegeven. Het afgekoelde water loopt vanuit de radiator via retourbuizen terug naar de ketel. Rendement ketels Hr-ketels leveren in verhouding tot de steeds minder toegepaste Vr-ketel (Verbeterd Rendement) meer warmte uit een bepaalde hoeveelheid energie. Dat komt door de speciale warmtewisselaar in de Hr-ketel. Die zorgt ervoor dat de nog niet gebruikte warmte in de verbrandingsgassen ook wordt gebruikt voor het verwarmen van het ketelwater. Door het onttrekken van warmte aan de verbrandingsgassen ontstaat er echter condens in de afvoergassen. Om dit probleem op te vangen, moet de Hr-ketel voorzien zijn van een condensopvang en -afvoer. Verder moet er een ingebouwde ventilator zijn die de afgekoelde gassen met kracht door het afvoerkanaal drijft. Bij een lage temperatuur zullen de gassen namelijk niet op eigen kracht het kanaal verlaten. De aanschaf- en installatiekosten van een Hr-ketel vallen wat hoger uit dan die van een Vr-ketel, maar op langere termijn levert een Hr-ketel altijd voordeel op. De Vr-ketel is een cv-ketel met een warmterendement van minimaal 80%. Deze ketels maken geen gebruik van de warmte uit verbrandingsgassen. Daardoor zijn ze constructief minder ingewikkeld en goedkoper te installeren dan de Hr-ketel. Aanschaffen en terugverdienen Onderstaande tabel geeft een overzicht van de typen Cv-ketels en de besparingen op stook- en energiekosten. Ook geeft de tabel aan hoe lang het duurt voordat u de meerprijs (ten opzicht van een gewone Cv-ketel) heeft terugverdiend. Na de terugverdientijd blijft u jaarlijks besparen op de energiekosten. Opgeteld voor de resterende levensduur, levert dat onderstaande winst op. Wat het verschil is voor het milieu, geeft de laatste kolom aan. Daar staat hoeveel kilogram kooldioxide per jaar niet wordt uitgestoten, als u een ketel kiest met een hoger rendement.

20 19 Ketel Gewone Cv-ketel Vr-ketel 1658 Hr-ketel 100 Hr-ketel 107 Terug- Aanschaf- Besparing gas / verdientijd prijs jaar (in ) (t.o.v. gewone Cv-ketel) Winst na 15 jaar (levensduur ketel) m3 ( 80) 315 m3 ( 211) 337 m3 ( 226) 1,9 jaar ,7 jaar ,1 jaar Besparing CO2 (kg / jaar) t.o.v. gewone Cvketel Toelichting tabel: De prijzen en besparingen zijn gemiddelden. Bij de aanschafprijs zijn de installatiekosten bij vervanging van een ketel inbegrepen. Gasprijs 0,67/m3, bij gemiddeld verbruik van 5000 m3 per jaar (prijspeil 2007), exclusief vastrecht - een vast bedrag voor de gasaansluiting (gemiddeld 121 per jaar).

21 20 3. Huidige systemen op het gebied van koeling In hoofdstuk 3 worden verschillen systemen behandeld, die worden gebruikt voor koeling. 3.1 Notoco Greenheat systeem Het Greenheat systeem is een verwarmingssysteem dat gebruikt maakt van een microprocessor gestuurde warmtepomp die de energie uit de buitenlucht gebruikt om de woning te verwarmen of te koelen. Door zijn enorm laag verbruik aan primaire energie en zijn ruim werkingsgebied qua buitentemperatuur is het Notoco Greenheat System ideaal om een woning milieubewust te verwarmen en te koelen. Dit systeem kan plafond muren en wanden koelen en verwarmen. Het systeem kan overal buiten geplaatst worden. Het maakt namelijk gebruik van de warmte uit de lucht, maar het geeft wel het meeste rendement als deze zo dicht mogelijk bij het huis wordt geplaatst, omdat er dan minder transport verlies is. Deze warmte wordt doormiddel van een warmtepomp omgezet in meer warmte of koeling. Het afgegeven vermogen wordt steeds aangepast aan het gevraagde vermogen, waardoor de aanwezige energie optimaal benut wordt. Over een volledig seizoen levert het systeem een winstfactor van meer dan 4. Er is dan ook helemaal geen bijverwarming nodig. Zie figuur 13 voor een overzicht van een compleet systeem. (figuur 13) Greenheat unit Dit is het hart van het systeem. Hiermee wordt de warmte uit de buitenlucht omgezet in energie voor het koelen en verwarmen van de woning. Zie figuur 14 voor de greenheat unit.

22 21 (figuur 14) De warmtepomp brengt de in een verdamper gewonnen warmte uit de omgeving over op een medium dat door die warmtetoevoer verdampt. Aansluitend wordt dit medium samengeperst en gecondenseerd. Daarbij wordt warmte aan het te verwarmen water afgegeven. Daarna wordt het medium opnieuw samengedrukt, en de kringloop herhaalt zich. Het rendement wordt gerealiseerd doordat de aandrijfenergie van de warmtepomp lager is dan het afgegeven verwarmingsvermogen. De Greenheat heeft een regelbaar waterdebiet tussen 800 en 5000 liter / uur. Daardoor is de greenheat inzetbaar tussen 3 kw en 15 kw bij een buitentemperatuur van -15 C, zonder bijverwarming. Een bijkomend voordeel is het feit dat de Greenheat ook in staat is om te koelen. Toekomst verwachting De toekomst verwachting is dankzij de milieuvriendelijkheid en het goede rendement zeer hoog. 3.2 Airco De airco algemeen De airco is jaren bekend als een betrouwbare en snelle manier van koelen, maar de laatste jaren is de airco pas echt bereikbaar geworden voor de consument. De airco is in 1902 uitgevonden door de Amerikaan Willis Haviland Carrier, en het bedrijf Carrier is daar nu wereldwijd marktleider in. Airco s worden al jaren toegepast in koelhuizen, kantoren, voedselverwerkende bedrijven en gekoelde transportvrachtwagens. Het principe van de airco is in al die jaren nauwelijks veranderd, alleen is elk nieuw type weer net iets zuiniger, kleiner en beter. Zij waren als industriële airco altijd te duur voor de toepassing in een woonhuis, totdat ze een gat zagen in de markt en verschillende bedrijven de airco op grote schaal gingen produceren, er concurrentie kwam en de prijs zeer acceptabel werd. Nu is de airco niet meer weg te denken. Professionele Airco met binnen en buiten unit. De werking van de Airco Het principe van de airco is gebaseerd op het verdampen en condenseren van een vloeistof/gas, de vloeistof (in de meeste gevallen het gas freon) wordt gecompresseerd door een kleine compressor totdat het gas vloeibaar is, het vloeibare gas gaat naar een verdamper waar het verdampt het gas gaat nu naar de condensor om weer te condenseren en weer gecompresseerd te worden. Door het verdampen ontstaat kou, de kou wordt door de warmtewisselaar gevoerd, om zo lucht te verwarmen. De koude lucht wordt dan in de te koelen ruimte gebracht. Waardoor de temperatuur in die ruimte omlaag gaat.