Opleiding Duurzaam Gebouw :

Transcriptie

1 Opleiding Duurzaam Gebouw : De technieken (warmte, ventilatie, SWW): ontwerp en regeling Leefmilieu Brussel Warmteproductiesystemen: principes en uitdagingen Raphaël Capart ICEDD asbl

2 Doelstellingen van de presentatie Een overzicht geven van de meest efficiënte klassieke warmteproductiesystemen die overwogen kunnen worden voor performante energiegebouwen Voor elk systeem komt het volgende aan bod: Het werkingsprincipe De verwachte prestaties De voorwaarden die een optimale werking garanderen De knelpunten bij installatie en exploitatie Het doel is bepaalde belangrijke werkingsprincipes van een warmteproductiesysteem te begrijpen. Dit geeft een goede basis om de juiste keuzes te maken in de ontwerpfase Niet alle mogelijke productiemiddelen komen dus even uitgebreid aan bod in deze presentatie. 2

3 Plan van de uiteenzetting 1. Inleiding, uitdagingen en voorafgaande noties 2. Condensatieketels 2.1. Principes 2.2. Prestaties 2.3. Zorgen voor een optimale werking 3. Directe elektrische verwarming 3.1. Notie primaire energie 3.2. Types van elektrische verwarming 3.3. Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie 4. Verwarming op basis van biomassa 4.1. Milieuaspect 4.2. Verwarmingsketels op biomassa 4.3. Kachels op biomassa 3

4 1. Inleiding, uitdagingen, voorafgaande noties De thermische stromen van een gebouw Qt: Verliezen door transmissie Ql: Verliezen door ventilatie Qs: Zonnewinst Qi: Interne winst Be: Netto-energiebehoefte Psys: Verliezen systemen Efinale: Eindverbruik Eprim: Primair verbruik Bron : Plate-forme Maison Passive a.s.b.l. 4

5 1. Inleiding, uitdagingen, voorafgaande noties De centraleverwarmingsinstallatie PRODUCTIE OPSLAG DISTRIBUTIE EMISSIE en REGELING Verliezen naar omgeving Verliezen naar omgeving Warmte die de radiator afgeeft Verliezen naar buitenmuren Verliezen naar omgeving Warmtewisselaar Minder grote verliezen Verbrandingskamer Brandstof Lucht Verliezen bij productie Verliezen bij opslag + verbruik van de hulpinrichtingen Verliezen bij distributie Verliezen bij emissie en regeling Bron : Brochure PAE2 5

6 1. Inleiding, uitdagingen, voorafgaande noties Rendement van een verwarmingsinstallatie Type van installatie Rendementen in % (h totaall = h productie x h distributie x h emissie x h regeling ) h productie h distributie h emissie h regeling h totaal Overgedimensioneerde oude ketel, lange distributielus % % % % % Goed gedimensioneerde oude ketel, korte distributielus % % 95 % 90 % % Hoogrendementketel, korte distributielus, aan achterkant geïsoleerde radiatoren, regeling met buitenvoeler, thermostatische kranen, % 95 % % 95 % % Bron : energie+ 6

7 Plan van de uiteenzetting 1. Inleiding, uitdagingen en voorafgaande noties 2. Condensatieketels 2.1. Principes 2.2. Prestaties 2.3. Zorgen voor een optimale werking 3. Directe elektrische verwarming 3.1. Notie primaire energie 3.2. Types van elektrische verwarming 3.3. Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie 4. Verwarming op basis van biomassa 4.1. Milieuaspect 4.2. Verwarmingsketels op biomassa 4.3. Kachels op biomassa 7

8 2.1 Condensatieketels - principes Verbranding: Gas: CH O2 -> CO H 2 O Andere: C x H y + n O2 -> x CO 2 + y / 2 H 2 O Principe: Waterdamp condenseren => recuperatie van de latente warmte Hoe? Stoom of vloeistof? De rookgassen laten afkoelen tot onder de dauwtemperatuur Modulerende gasbrander Warmtewisselaar condensor roestvrij staal Vertrek water Riool Bron : energie+ Condensopvangbak retour hoge temperatuur retour lage temperatuur 8

9 2.1 Condensatieketels - principes Welk potentieel? COW versus CBW CBW: calorische bovenwaarde = hoeveelheid energie die de brandstof bevat indien men alle waterdamp laat condenseren COW: calorische onderwaarde = hoeveelheid energie die de brandstof bevat indien men niet alle waterdamp laat condenseren C B W CBW = COW + latente verdampingswarmte C O W Waterdamp 1 kwh Warmte 10 kwh Brandstof COW CBW CBW/COW Aardgas H 9.88 kwh/m³ N 10,94 kwh/m³ N 1,11 Aardgas L 8.83 kwh/m³ N 9.79 kwh/m³ N 1,11 Verbranding van 1 m³ aardgas Stookolie kwh/kg kwh/kg 1,06 9

10 2.2 Condensatieketels - prestaties Rendement > 100%?! Voorbeeld voor een gasketel Verliezen door verdamping 11% 11% 5% CBW COW Nuttige belasting Merkbare warmteverliezen Standaardketel 88% 92% 79% CBW 12% 8% Condensatieketel Lagetemperatuurketel 83% CBW Bron : energie+ 104% 94% CBW 2% >100%!? 10

11 2.2 Condensatieketels - prestaties Welk potentieel? Verwachte rendementen: h comb = % h jaarlijks = % Vergeleken met andere ketels: 8 20% besparing op het jaarlijks verbruik Bij de keuze van een verwarmingsketel: vergelijk de rendementen die de fabrikanten opgeven bij 30% belasting 11

12 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Afkoeling van verbrandingsgassen Met het retourwater (bij zo laag mogelijke temperatuur) Verwarmingselement met lage temperatuur (zie presentatie over emissiesystemen) KIimaatregeling Warme retour vermijden Efficiënte warmtewisselaar Dankzij de verbranding bevorderende lucht 12

13 Rendement op basis van OVW [%] 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Behoud van een zo laag mogelijke retourtemperatuur Dauwpunt: gas ~ 55 C Stookolie ~ 47,5 C Doorlopende verbetering van het rendement: hoe meer de verbrandingsgassen zijn afgekoeld, hoe hoger het rendement Temperatuur van de rookgassen [ C] Bron : energie+ Opgelet: zelfs met een efficiënte warmtewisselaar zal de temperatuur van de verbrandingsgassen ongeveer 5 C hoger liggen dan die van het retourwater, 13

14 T verwarmingscircuit ( C) Frequentie (uur) 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Condensatiezone Belang van klimaatregeling Installatie gedimensioneerd op een regime 90/70 gas Condensatiezone stookolie T buiten [ C] Bron : energie+ Buitentemperatuur [ C] Bron : energie+ Condensatie gedurende een groot deel van het verwarmingsseizoen 14

15 T verwarmingscircuit ( C) Frequentie (uur) 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Belang van klimaatregeling Condensatiezone gas Condensatiezone stookolie Installatie gedimensioneerd op een regime 70/50 T buiten [ C] Bron : energie+ Buitentemperatuur [ C] Bron : energie+ Condensatie gedurende de hele verwarmingsperiode voor een ketel op gas 15

16 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Parametrering van de klimaatregeling De regeling van de klimaatregelaar: Temperatuur van het verwarmingswater is uniek hangt af van de isolatie van het gebouw en van de overdimensionering van het verwarmingslichaam Buitentemperatuur Bron : Brochure PAE2 In het ideale geval gebeurt de regeling niet: door de verwarmingsinstallateur naar aanleiding van klachten (een gebrek aan comfort kan andere oorzaken hebben) maar door een persoon die in het gebouw woont of door de onderhoudsdienst, die een overzicht bijhoudt van de regelingen. 16

17 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Vermijd warme retour! Te vermijden Bron : energie+ 17

18 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Vermijd warme retour wanneer mogelijk Voor verwarmingsketels met een klein watervolume leggen de fabrikanten vaak een minimumdebiet op dat gegarandeerd moet worden door een by-pass of een evenwichtsfles Bron : ICEDD 18

19 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Regeling om warme retour door een evenwichtsfles te vermijden Circulatiepomp verwarmingsketel met variabele snelheid geregeld volgens het verschil T1-T2 Indien T1-T2 > 1 2 C QS > QP geen warme retour in de fles Bron : ICEDD 19

20 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Integratie van een circuit met een hogere temperatuur, bv. productie van SWW gasbrander Vertrek water Waterretour bij hoge temperatuur Warmtewisselaar / condensor roestvrij staal Gastoevoer Waterretour bij hoge temperatuur Rookgasafvoer Condensopvangbak Radiatorcircuits WW Productie SWW Bron : energie+ KW Retour hoge temperatuur Retour Lage temperatuur Bron : energie+ 20

21 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Geïntegreerd circuit voor de productie van SWW Retour lage temperatuur indien warmtewisselaar goed gedimensioneerd is 31 woningen KW Bron : Matriciel KW Bron : Matriciel 21

22 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Belang van vermogensmodulatie Hoger verbrandingsrendement (kleine vlam in grote warmtewisselaar) Hoog seizoensrendement (minder stilstand) Mogelijk modulatiebereik: 10/20 -> 100% Overdimensionering minder kritiek Klassieke pulsbrander Gasbrander met verbrandingscontrole Daling rookgastemperatuur Toename luchtoverschot Atmosferische gasbrander Vermogen brander Bron : energie+ 22 Bron : energie+

23 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Gesloten verwarmingsketels Voordelen: Betere veiligheid indien luchtaanzuiging buiten (beperkt risico s van slechte verbranding en productie van giftige CO) Betere controle op luchtoverschotten (indien een geïntegreerde ventilator aanwezig is) Mogelijkheid van vermogensmodulatie (indien een geïntegreerde modulerende ventilator aanwezig is) Verbrandingsrendement is soms beter Beperkte stilstandverliezen Bron : Viessmann 23

24 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Verbuizing van de schoorsteen Waterdicht en corrosiebestendig Bron : GS waermesysteme GmbH Aansluiting op luchtgat mogelijk Bron : Detandt-Simon 24

25 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Afvoer van condenswater In de riool Het condenswater is ph basisch Ammoniak zuur Bij een stookolieketel is Zeewater Stromend water Gedistilleerd water neutralisatie noodzakelijk 6 Zuiver regenwater Kunststof leidingen zuur Regenwater Azijn Vruchtensap Sterk zuur Condenswater gas Condenswater stookolie 0 25

26 2.3 Condensatieketels zorgen voor een optimale werking Condensatie van rookgassen dankzij verbranding bevorderende lucht Vuurhaard met ingevoegde verwarmingsoppervlakken Brander stookolie blauwe vlam / gasbrander Warmterecuperatie ongeveer C Zelfaanpassende regeling Verwarmingscircuit retour Verwarmingscircuit aanvoer Aansluiting veiligheidsvoorziening Afvoerbuis, Dubbelwandige buis LAS Opening verse lucht/afvoergas Temperatuur afvoergassen ongeveer 45 C Verwarmingscircuit aanvoer Pomp van de verwarmingsketel Rookgasextractor Terugslagklep Verwarmingscircuit retour Afvoer voor condenswater De verbrandingslucht wordt voorverwarmd door de rookgassen te koelen na hun doorgang door de warmtewisselaar met het verwarmingswater Volgens bepaalde fabrikanten zorgen deze ketels voor een permanente condensatie zonder koude retour aangezien de lucht die de verbranding bevordert altijd vrij koud is in het verwarmingsseizoen (gemiddeld 6,5 C in Brussel) De concentrische leidingen van de gesloten ketel vervullen deze rol al voor een stuk. Warmtewisselaar voor recuperatie van de restwarmte Bron : energie+ Vak voor neutralisatie met natuurlijke korrels (geen behandeling nodig 26

27 Plan van de uiteenzetting 1. Inleiding, uitdagingen en voorafgaande noties 2. Condensatieketels 2.1. Principes 2.2. Prestaties 2.3. Zorgen voor een optimale werking 3. Directe elektrische verwarming 3.1. Notie primaire energie 3.2. Types van elektrische verwarming 3.3. Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie 4. Verwarming op basis van biomassa 4.1. Milieuaspect 4.2. Verwarmingsketels op biomassa 4.3. Kachels op biomassa 27

28 3.1 Noties van primaire energie Een productierendement van 100%! op eindenergie Maar een rendement van 40% voor energietransformatie! Primaire energie Transformatie Bruikbare energie Nucleaire verbranding (uranium) Elektriciteit 2,5 kwh in de vorm van primaire energie 1kWh in de vorm van elektriciteit Fossiele verbranding (gas/stookolie) Elektriciteit De verliezen voor de transformatie in elektriciteit Dit zijn de verliezen in de elektriciteitscentrales. = energie afgenomen aan de planeet Verliezen bij transformatie = 1,5 kwh In de vorm van verloren warmte On Gelijke retrouve factor un facteur voor kostprijs équivalent kwh pour coût elektriciteit du kwh entre brandstoffen l électricité et les combustibles Bron : Brochure PAE2 Uitsluitend voor zeer lage behoeften en/of lokale Uniquement pour besoins très faibles et/ou aanvulling, van korte duur appoints locaux, de courte durée Vecteur Energievector énergétique Coût Kostprijs ( /kwh) Électricité Elektriciteit 0,235 Gaz Gas 0,079 Mazout Stookolie 0,084 = energie verbruikt in de woning 28

29 3.2 Types van elektrische verwarming Elektrische convectoren: Bij voorkeur met elektronische regeling Radiatoren met accumulatie: Te vermijden, want veel verliezen bij regeling, zelfs met buitenvoeler Elektrische weerstanden Accumulatiekern Isolatie Laadthermostaat Muurbevestiging met afstandstuk Bron : energie+ Manuele oplaadregeling Geïntegreerde kamerthermostaat (optie) Vermiculietpanelen Extra weerstand Dynamische veiligheidsbypass Bron : energie+ Ventilator voor warmteafgifte 29

30 3.2 Types van elektrische verwarming Stralingsverwarming Vloerverwarming: te vermijden want hoge inertie Stralingspanelen Bron : energie+ Bron : energie+ Infraroodradiator: bv. bijverwarming in een badkamer: onmiddellijk gevoel van comfort bij een lagere luchttemperatuur Batterij op de toevoer van het ventilatiesysteem Te overwegen als bijverwarming in passieve en zeer lage-energiegebouwen, voor de koudere periodes Bron : energie+ 30

31 3.3 Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie? Huidige prestaties van de panelen: Tussen 120 en 200 Wp/m² In Brussel wordt ongeveer 850 kwh geproduceerd voor 1 kwp geïnstalleerd in de beste omstandigheden (geen schaduw, zuidoriëntatie, helling 35 ) 1 m² panelen produceert tussen 102 en 170 kwh/jaar Bron : BIM Bron : BIM 31

32 3.3 Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie? Eengezinswoning Zeer lage Passief energie Zeer klein appartementsgebouw Passief Verwarmde oppervlakte 200 m² 100 m² Zeer lage energie NEB verwarming 3000 kwh 6000 kwh 1500 kwh 3000 kwh Emissierendement / regeling 93% Verbruik directe elektrische 3226 kwh 6452 kwh 1613 kwh 3226 kwh verwarming Benodigde oppervlakte om verwarmingsverbruik te dekken m² m² 9 16 m²/appartement m²/appartement Opgelet voor limiet van 5 kwp Te overwegen Hangt af van aantal verdiepingen/gebouw Alleen het verbruik voor verwarming wordt hier bekeken! Vergeet het SWW niet (indien geproduceerd door elektriciteit), de ventilatie, de verlichting, de elektrische huishoudtoestellen, 32

33 Plan van de uiteenzetting 1. Inleiding, uitdagingen en voorafgaande noties 2. Condensatieketels 2.1. Principes 2.2. Prestaties 2.3. Zorgen voor een optimale werking 3. Directe elektrische verwarming 3.1. Notie primaire energie 3.2. Types van elektrische verwarming 3.3. Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie 4. Verwarming op basis van biomassa 4.1. Milieuaspect 4.2. Verwarmingsketels op biomassa 4.3. kachels op biomassa 33

34 4.1. Milieuaspect Een zeer goede CO 2 -balans Lucht: O 2, CO 2, water, As Bodem: water, mineralen, Fotosynthese Verbranding Mineralen Bron : Valbiom, Le chauffage au bois pour les particuliers Op voorwaarde dat het gebruikte hout wordt vernieuwd! 34

35 4.1. Milieuaspect Lokale vervuilende uitstoot is een probleem in de stad Vergelijking van de uitstoot van vervuilende stoffen teruggebracht tot de eenheid inkomende energie in kleine installaties van de huishoudelijke sector (bron : European Environment Agency, EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook) 35

36 4.1. Milieuaspect Lokale vervuilende uitstoot is een probleem in de stad Vergelijking van de uitstoot van vervuilende stoffen teruggebracht tot de eenheid inkomende energie in kleine installaties van de huishoudelijke sector (bron : European Environment Agency, EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook) 36

37 4.1. Milieuaspect Selon une estimation de l IBGE : Hypothèses : remplacement de 5% des chaudières au gaz par des chaudières à pellets respectant le label allemand «der blaue Engel» +35% de PM10 +20% de COV +57% de dioxine +10% de HAP Meilleur respect des objectifs de réduction d émission de CO2 et d utilisation de SER mais Augmentation de PM10 -> non respect des normes de concentration Augmentation des COV et dioxine Augmentation des suies qui seront réglementées dans le futur Impact santé 37

38 4.2. Verwarmingsketels op biomassa De opslag van de brandstof neemt veel plaats in Bron : Okofen Bron : Valbiom, Le chauffage au bois pour les particuliers Bevoorrading in de stad kan moeilijker en duurder blijken 38

39 4.2 Verwarmingsketels op biomassa Verwarmingsketel op hout: blokken Stijgende verbranding Horizontale verbranding Omgekeerde verbranding 1. Primaire luchttoevoer 2. Secundaire luchttoevoer Bron : Protocole de collecte des donnée pour la certification de bâtiments résidentiels existants en Wallonie Beter gecontroleerde verbranding Doorlopende verbranding Schonere en volledigere verbranding minder as minder uitstoot van vervuilende stoffen Beter rendement (~85%) 39

40 4.2. Verwarmingsketels op biomassa Ketel op hout: blokken Nadelen Veel onderhoud elke dag vullen as verwijderen Bron : Schmid Gebruik van een buffervat is aanbevolen om werking bij nominaal vermogen te garanderen Beschikbare vermogens niet echt afgestemd op energie-efficiënte eengezinswoningen Bron : KWB 40

41 4.2 Verwarmingsketels op biomassa Ketel op hout: pellets Gecontroleerde lucht- en pellettoevoer Vermogensmodulatie mogelijk Bron : Van Loo & al Zeer goed productierendement (>90%) Er bestaan modellen met een laag vermogen (modulatiebereik 2 8 kw) op maat van een energie-efficiënte eengezinswoning Er bestaan modellen met condensatie, maar het rendement daarvan is ons niet bekend 41

42 4.2 Verwarmingsketels op biomassa Ketel op hout: pellets Automatische brandstoftoevoer trekregeling asverwijdering schoonmaak regeling Goede autonomie Bron : Okofen Gebruikscomfort vergelijkbaar met dat van klassieke kachels Nadelen De installaties zijn minder compact (opslag van pellets, enz.) kostprijs 42

43 4.3. Kachels op biomassa Houtkachel Risico s Te hoog vermogen/oververhitting: Beperkt regelbaar (rendement neemt af bij afwijking van nominale werking) Vermogen afgegeven in een enkele kamer Minimaal vermogen van modellen op de markt blijft hoog in verhouding tot de behoefte van energie-efficiënte woningen Slechte trek door luchtdichtheid van gebouw (+ systeem C) Bron : Rika Aandachtspunten: Kies een gesloten vuurhaard Kies een houtkachel met een laag vermogen op maat van het verlies van het gebouw Buitenluchtaanvoer Rendementen: % 43

44 4.3 Kachels op biomassa Kachel op pellets Gecontroleerde aanvoer van pellets en lucht Goede verbranding rendement ~ 90% Modulatie mogelijk Regelbaar met programmeerbare kamerthermostaat Risico van te hoog vermogen/oververhitting Vermogen afgegeven in een enkele kamer Bron: Calimax Aandachtspunten: Kies voor een gesloten model Kies voor een model met een laag vermogen op maat van de behoeften van de bediende ruimte Er bestaan kachels met een laag vermogen: 1 tot 4 kw Buitenluchtaanvoer 44

45 Te onthouden uit de uiteenzetting Het aspect lage temperatuur is cruciaal voor condensatieketels: Keuze en dimensionering van het emissiesysteem Glijdende temperatuurregeling en parametrering Hydraulisch schema Het gebruik van directe elektrische verwarming moet zoveel mogelijk worden vermeden, behalve voor zeer specifieke toepassingen die beperkt zijn in de tijd Verwarming door biomassa is interessant vanuit ecologisch oogpunt, maar opgelet voor: de logistiek van de bevoorrading en de opslag de moeilijkheid van het vinden van het juiste vermogen de beperkte regelingsmogelijkheden 45

46 Interessante tools, internetsites, enz.: WTCB, TV 235 de condensatieketel, 2008 Valbiom, Le chauffage au bois pour les particuliers,

47 Referenties Gids Duurzame Gebouwen Fiche G_ENE08: De optimale productie- en opslagwijze voor verwarming en sanitair warm water kiezen Fiche G_ENE10: Verwarming, koeling en sanitaire warm water: efficiënte installaties garanderen 47

48 Contact Raphaël CAPART Energie-auditeur ICEDD asbl : rc@icedd.be 48