Onderzoek binnen thermische systemen. Martijn van Essen

Transcriptie

1 Onderzoek binnen thermische systemen Martijn van Essen

2 Technische potentiëlen Maatregel Passief huis: aanpak isolatie schil, glas, etc. WTW uit rookgas en afvalwater Warmtepompen PVT, Zonnewarmte en koeling, (compacte) opslag PJ 40 PJ 160 PJ 160 PJ 1 PJ = Joule Voorlopige getallen uit werk in uitvoering Totaal netto primair energiegebruik [PJ p] Jaar Totaal Business As Usual Utiliteitsgebouwen Transitiescenario Totaal Transitiescenario Building Future Ambitie Woningen Transitiescenario Wijksystemen Transitiescenario

3 Technische potentiëlen Maatregel Passief huis: aanpak isolatie schil, glas, etc. WTW uit rookgas en afvalwater Warmtepompen PVT, Zonnewarmte en koeling, (compacte) opslag PJ 40 PJ 160 PJ 160 PJ 1 PJ = Joule Totaal netto primair energiegebruik [PJ p] Jaar Totaal Business As Usual Utiliteitsgebouwen Transitiescenario Totaal Transitiescenario Building Future Ambitie Woningen Transitiescenario Wijksystemen Transitiescenario

4 Warmteterugwinning uit warm tapwater Hoge energiebehoefte warm tapwater Warmteterugwinning uit afvalwater stroom woning (douche, aanrecht, wastafel, etc.) om energiebehoefte te reduceren Studie Besparingspotentieel per huishouden groot: 5.9 GJ (1640 kwh) per jaar Probleem: Aan- en afvoer vaak niet gelijktijdig tijdelijk warmte opslaan

5 Warmteterugwinning uit warm tapwater Uit studie bleek meest belovende techniek: Heat pipe (thermische diode) Faseovergangmateriaal (PCM) voor warmteopslag Toepassingsmogelijkheden in bestaande en nieuwbouw Stand van zaken Onderzoek richt zich op ontwikkeling numeriek model ondersteund met experimenten WTW Doel: kijken of de techniek kan worden toegepast

6 Technische potentiëlen Maatregel Passief huis: aanpak isolatie schil, glas, etc. WTW uit rookgas en afvalwater Warmtepompen PVT, Zonnewarmte en koeling, (compacte) opslag PJ 40 PJ 160 PJ 160 PJ 1 PJ = Joule Totaal netto primair energiegebruik [PJ p] Jaar Totaal Business As Usual Utiliteitsgebouwen Transitiescenario Totaal Transitiescenario Building Future Ambitie Woningen Transitiescenario Wijksystemen Transitiescenario

7 Warmtepompen compressor condensor omgevings warmte nuttige warmte expansieventiel Kleine hoeveelheid hulpenergie (elektriciteit, brandstof, etc.) gebruikt om warmte te transporteren Coëfficiënt of performance (COP) = hoeveelheid warmteafgifte t.o.v. hulpenergie Elektrische warmtepompen: COP=3-5

8 Warmtepompen toepassing Lagere afgifte temperatuur, beter rendement van warmtepomp Uitermate geschikt voor lage temperatuursverwarming C Nieuwbouw woningen: huidige warmtepompen geen probleem Bestaande bouw: mogelijk te lage temperatuur om aan ruimte warmtevraag te voldoen Oplossing: ontwikkeling voor levering op tapwater en ruimteverwarming C voor warm

9 Warmtepompen - ontwikkelingen Bijvoorbeeld Thermo-akoestische warmtepomp Principe: T kan geluidsgolf versterken en vice versa Werking complex, uitvoering eenvoudig: Grotendeels m.b.v. bestaande componenten groot, maar dun geen probleem in GO lage kosten: weinig materiaal

10 Technische potentiëlen Maatregel Passief huis: aanpak isolatie schil, glas, etc. WTW uit rookgas en afvalwater Warmtepompen PVT, Zonnewarmte en koeling, (compacte) opslag PJ 40 PJ 160 PJ 160 PJ 1 PJ = Joule Totaal netto primair energiegebruik [PJ p] Jaar Totaal Business As Usual Utiliteitsgebouwen Transitiescenario Totaal Transitiescenario Building Future Ambitie Woningen Transitiescenario Wijksystemen Transitiescenario

11 PVT: warmte en kracht uit de zon Combinatie van PV met zon-thermische collector + = Lucht vloeistof

12 PVT: warmte en kracht uit de zon Ter illustratie: 1 m 2 T + 1 m 2 PV produceert 520 kwh th plus 72 kwh e 2 m 2 PVT produceert 700 kwh th plus 132 kwh e 85% meer 35% meer

13 PVT: warmte en kracht uit de zon Huidig stand van zaken 70 gebouwen met PVT geïnventariseerd in IEA SHC 35 Enkele fabrikanten wereldwijd (PVT-lucht en PVT-water), waaronder ZEN International Roadmap PVT geschreven door Europees consortium ( PVT testprocedure in ontwikkeling Belangrijke positie in PVT onderzoek wereldwijd PVT project van PVTWINS in Alkmaar

14 Adsorptiekoeler Toenemende vraag naar airconditioning Nadelen: Hoge kosten elektriciteit piekvraag Alternatief: met warmte gedreven koelsystemen Voordelen: Geen mechanische of elektrische energie voor primair proces Geen compressor: minder geluidsproblemen

15 Adsorptiekoeler Silica gel- water 2.5 kw adsorptiekoeler ontwikkeld Adsorptie koeler in combinatie met: Microwarmtekrachtkoppeling (trigeneratie) Zonnewarmte Technische gegevens: Koelvermogen van 2.5 kw COP ~ C-35 C-15 C) Afmetingen: 60x60x100 cm, 100 kg Stand van zaken Veldtesten met prototype (Micro wkk en zonnewarmte) Momenteel gezocht naar partners voor commercialisering van apparaat voor de gebouwde omgeving

16 # " "!!

17 Compacte warmteopslag in water Vraag: Ontwikkel een warmteopslag Capaciteit van 200 liter water Max afmetingen 120 liter vat: 100x50x50cm Oplossing: aangepaste boiler Vierkant Drukloos Tapspiraal Vacuümisolatie (2 cm) Resultaat: Prototype boiler (175 liter, 50x50x110cm) Ontworpen, getest en gefabriceerd

18 Compacte warmteopslag in water

19 Compacte warmteopslag in water Prestaties: Tapklasse CW5 Maximaal vermogen 48 kw Badvulling 150 liter in 10 min Stilstandverliezen 0.7 W/K Temperature [ C] C 5 days heat losses 0.7 W/K Average Temp. storage Ambient Temperature Time [days]

20 Compacte warmteopslag in water Vervolg: Doorontwikkeling van het prototype Er wordt samengewerkt met boilerfabrikanten Kennis en ervaring, afhankelijk van de situatie, beschikbaar voor meerdere toepassingen, ook voor zonne-energie

21 Warmte voor een heel seizoen

22 Principe van Thermo Chemische warmteopslag CHARGE + heat + STORE DISCHARGE + + heat

23 Seizoensopslag: thermochemisch Huidig onderzoek richt zich op zouten die reageren met waterdamp: Goedkoop keer beter dan water Niet giftig suspensie Activiteiten: materiaal onderzoek proces ontwikkeling systeem ontwikkeling poeder

24 Samengevat Korte termijn Bestaande warmtepompen PVT Compacte opslag in water Adsorptiekoeler Warmteterugwinning uit warmt tapwater Lange termijn Nieuwe warmtepompen Thermochemische warmteopslag