Energieopslagtechnieken

Transcriptie

1 Holiday Inn Amsterdam kiest voor LG Juni 2015 Jaargang 44 Nr 6 Holiday Inn Amsterdam Arena Towers Henk Jan Burgers, General Manager JAARGANG 44 NR.6 TVVL MAGAZINE JUNI 2015 Ik heb nu volledige controle over het energieverbruik van ons hotel Thermische opslagtechnieken Energieopslag in batterijen Het energieopslaglabelprincipe Benefits LG Multi V IV Zeer hoge energieprestaties Subsidiemogelijkheden Individuele regeling per ruimte, Duurzaam en betrouwbaar systeem groep of verdieping mogelijk Totale leidinglengte tot 1000 meter mogelijk Thema: Energieopslagtechnieken De gehele case is te bekijken op TM0615_cover.indd :44:08

2 100% TEVREDENHEID GEGARANDEERD of uw geld terug! Unieke AFC technologie Nu maakt u ál uw klanten even gelukkig als Max. De Eclipse TRV zorgt ervoor dat het gewenste comfort en temperatuur op elk moment wordt bereikt. De afsluiter regelt het maximumdebiet onafhankelijk van drukverschillen en garandeert een perfect uitgebalanceerd systeem. U stelt het debiet direct op de afsluiter in en hoeft geen ingewikkelde leidingberekeningen te maken. Onze nieuwe TRV: is de kleinste automatische TRV die momenteel op de markt beschikbaar is biedt een nauwkeurig inregelsysteem voor effi ciënter gebruik van radiator en ketel maakt afzonderlijke, ingewikkelde berekeningen overbodig handhaaft vrijwel geruisloos het juiste debiet wordt gesteund door onze geld-terug-garantie: als u niet tevreden bent, stuurt u het product binnen 12 maanden naar de verkopende partij terug en krijgt u ook uw geld terug. (Zo eenvoudig is dat!) Ontdek meer over de nieuwe Eclipse TRV van IMI Heimeier op eclipsetrv.com

3 Inhoudsopgave REDACTIERAAD: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ir. J.H.A. (Jan) Feijes Mw. dr. L.C.M. (Laure) Itard Ing. J. (John) Lens H. (Henk) Lodder G.J. (Geert) Lugt Mw. drs. C. (Carina) Mulder W. (Will) Scheffer Mw. drs.ir. I. (Ineke) Thierauf Ing. J. (Jaap) Veerman Ing. R (Rienk) Visser Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) REDACTIE: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ing. J. (John) Lens Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) REDACTIE-ADRES: TVVL: De Mulderij 12, 3831 NV Leusden Telefoon redactie (033) Fax redactie (033) c.mulder@tvvl.nl TVVL MAGAZINE Juni 2015 THERMISCHE OPSLAGTECHNIEKEN IN GEBOUWEN C.J. (Christian) Finck, ir. G. (Gert) Boxem 6 ELEKTRICITEITSOPSLAG IN WOONWIJKEN M. (Maarten) Staats 10 ONDERGRONDSE OPSLAG VAN THERMISCHE ENERGIE A. (Aris) de Groot 14 DE BIJDRAGE VAN ENERGIEOPSLAG IN BATTERIJEN Eurobat 16 HET ENERGIEOPSLAGLABELPRINCIPE F. Pierie, C.E.J. van Someren, M. van Noppen 20 UITGAVE: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Telefoon (0182) info@merlijnmedia.nl SECRETARIAAT: info@merlijnmedia.nl LITHIUM-ION CONDENSATOREN IN NOODSTROOM- VOEDINGEN N. (Nicolas) Deltombe 24 ENERGY STORAGE FOR PV POWER Ratcharit Ponoum; Michael Rutberg, Antonio Bouza 26 ONDERGRONDSE ENERGIEOPSLAG 14 ABONNEMENTEN: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Telefoon (0182) info@merlijnmedia.nl Benelux 109,- Buitenland 212,- Studenten 87,- Losse nummers 18,- Extra bewijsexemplaren 13,- Het abonnement wordt geacht gecontinueerd te zijn, tenzij 2 maanden voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd. ADVERTENTIE-EXPLOITATIE: Merlijn Media BV Ruud Struijk Telefoon (0182) r.struijk@merlijnmedia.nl PREPRESS: Yolanda van der Neut DRUK: Ten Brink, Meppel ISSN TVVL, 2015 Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Publicaties geschieden uitsluitend onder verantwoording van de auteurs. Alle daar in vervatte informatie is zorgvuldig gecontroleerd. De auteurs kunnen echter geen verantwoordelijkheid aanvaarden voor de gevolgen van eventuele onjuistheden. THERMISCH DESINFECTERENDE SIFONS H. (Henk) Lodder 44 BAGATELLISERING RISICO S VAN LEGIONELLOSE (LEVENS) GEVAARLIJK? W.J.H. (Will) Scheffer 48 FASCINERENDE WERELD VAN GEBOUWAUTO- MATISERING H.J. (Henk) Hazeleger 54 LUCHTDOORLATENDHEID VAN WONINGEN (DEEL 1) Dr.ir. A.G. (Bram) Entrop 58 EDITORIAL 4 DE OPINIE VAN FOKKO MULDER 29 INTERVIEW 30 PROJECTBESCHRIJVING 34 ACTUEEL 37 UITGELICHT 41 INTERVIEW DE NIEUWE GENERATIE 42 REGELGEVING 53 INTERNATIONAAL 63 VOORBESCHOUWING/ SUMMARY 64/65 PARTNERNIEUWS 65 AGENDA 66 REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld door redactieraadleden. De uniforme peer review waarborgt de onafhankelijke en kwalitatieve positie van TVVL Magazine in het vakgebied. Een handleiding voor auteurs en beoordelingsformulier voor de redactieraadleden ( peer reviewers ) zijn verkrijgbaar bij het redactie-adres. INTERVIEW: AB STREPPEL DIEPZEEWATERKOELING PROJECT: TVVL Magazine is het officiele orgaan van TVVL Platform voor Mens en Techniek. De vereniging, opgericht op 26 mei 1959, heeft tot doel de bevordering van wetenschap en techniek op gebied van installaties in gebouwen en vergelijkbare objecten. Als lid kunnen toetreden personen, werkzaam (geweest) in dit vakgebied, van wie mag worden verwacht, dat zij op grond van kennis en kunde een bijdrage kunnen leveren aan de doelstelling van de vereniging. Het abonnement op TVVL Magazine is voor leden en begunstigers van TVVL gratis. De contributie voor leden bedraagt 140,00 incl. BTW per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt. 3

4 editorial Opslagtechnieken Bijna elke dag lezen we in de media over ontwikkelingen van batterijen en accusystemen. Dit is te danken aan de investeringen die gedaan worden. Deze zijn op hun beurt veroorzaakt door de (verwachte) groei van elektrische en hybride auto s en de duurzame keuzes die door de regeringen genomen worden. Voor de gebouwde omgeving komen deze ontwikkelingen op een goed moment. Ir. J.H.A. ( Jan) Feijes, namens de redactieraad Wanneer er in de nabije toekomst betaalbare elektrische auto s bestaan met een accu waarvan het bereik net zo groot is als een auto met een benzinetank zal de populariteit van deze auto s nog verder toenemen. Dit zal verdere ontwikkelingen in de accutechniek bevorderen, zowel voor wat betreft prijs als techniek. NOODZAAK Duurzame energie uit bijvoorbeeld zonnepanelen en windenergie winnen ook aan populariteit. Het elektriciteitsnet moet het aanbod van deze duurzame energie in balans brengen met de vraag. Natuurlijk willen we dit op een duurzame wijze doen: de zonne-energie die we overdag opwekken willen we s avonds gebruiken voor onder meer verlichting. Om dit mogelijk te maken is opslag van energie noodzakelijk. Deze opslag kan immers de fluctuaties die optreden bij duurzame energiebronnen opvangen. De duurzaamheidsambities van de overheid, 14% in 2020 en 100% in 2050, zijn onmogelijk zonder ontwikkeling van energieopslag. Energieopslag zal zich zowel decentraal als centraal moeten ontwikkelen. DECENTRAAL Decentrale opslag is nodig om energie die lokaal wordt opgewekt of nodig is op te slaan zodat het elektriciteitsnet niet onnodig en bovenmatig belast wordt. Decentrale opslag van warmte en koude passen we reeds met succes toe in de gebouwde omgeving. Maar ook hierin zien we vernieuwingen. Decentrale opslag van elektrische energie staat aan het begin van haar ontwikkeling, maar is cruciaal om de betrouwbaarheid van ons elektriciteitsnet naar de toekomst toe te garanderen. CENTRAAL Niet alle duurzaam opgewekte energie zal met decentrale opslag gebufferd kunnen worden. Grotere windenergie en zonne-energieprojecten vragen een grootschaligere centrale opslag. Over centrale opslag, waarbij energiehoeveelheden in de orde van 10-tallen GWh, kunnen worden opgeslagen, wordt al lang nagedacht. Denk bijvoorbeeld aan plan Lievense. In dit plan van 1981 werd voorgesteld om energie op te slaan in het Markermeer. Dit plan heeft destijds geen doorgang kunnen vinden. De belangrijkste redenen voor afblazen van het project waren destijds de risico s voor overstroming van Amsterdam en het kostenaspect. In Nederland maar ook in andere landen worden momenteel nieuwe plannen ontwikkeld om energie op te slaan in waterbekkens die in kunstmatige eilanden worden gerealiseerd. Verder zijn er varianten denkbaar waarbij gebruik gemaakt wordt van ondergrondse bassins of mogelijkheden die onze Europese buurlanden bieden. STAPPEN MAKEN Onderzoek is nu dan ook onmisbaar om de doelstellingen voor 2020 en 2050 te halen. Ook moeten we stappen maken om deze doelstellingen om te vormen tot een realiteit. In de aanloop naar 2050 zal er een mix zijn van kleine gedecentraliseerde opwekking en opslageenheden in de gebouwde omgeving. Daarnaast zal er een centrale energieopslag zijn waar we net zo trots op kunnen zijn als op de Deltawerken. 4 TVVL Magazine EDITORIAL

5 Uw totaalleverancier Smart ideas more efficiency. Wolf biedt een compleet productassortiment om de energie-efficiëntie te verhogen van bestaande en nieuwe woningen en gebouwen. Dit betekent perfect op elkaar afgestemde systemen zonder beperkingen qua selectie en systeemcombinaties bij Wolf sluit het allemaal op elkaar aan verwarming, koeling, zonne-energie, ventilatie en luchtbehandeling. Wolf Energiesystemen, Tel , Fax

6 Thermische opslagtechnieken in gebouwen Uit de toenemende integratie van duurzame energie volgt een sterkere fluctuatie van het aanbod van energie. Uiteindelijk kan het conventionele elektriciteitsnet deze fluctuaties niet meer bijhouden, omdat de gelijktijdigheid van aanbod en behoefte te groot wordt. Het opslaan van energie kan ervoor zorgen deze onbalans wordt gecompenseerd. De behoefte aan demand side control ondersteunt de integratie van energieopslag in de energievoorziening. Load shifting, peak shaving en valley filling (figuur 1) zijn hierbij de meest gebruikelijke technieken [1]. C.J. (Christian) Finck, ir. G. (Gert) Boxem; Technische Universiteit Eindhoven, Building Physics and Services onder de leiding van prof.ir. W. (Wim) Zeiler Met een warmtepomp is het mogelijk elektrische energie om te zetten in thermische energie en deze met hulp van thermische buffers op te slaan. Voor gebouwen zijn de meest belovende technieken voelbare, latente of thermochemische opslag [3]. Deze technieken zijn zowel voor het opslaan van warmte (ca C voor ruimteverwarming en sanitaire warmwater) als koude (ca C voor ruimtekoeling) toepasbaar. Het basisprincipe van een voelbare thermische opslag wordt gekarakteriseerd door een verandering van de temperatuur van het materiaal. De maximale energiedichtheid van de opslag hangt af van de warmtecapaciteit van het materiaal. Uitgaande van een waterbuffer met een temperatuurverschil van 60 K, resulteert dit in een maximale energiedichtheid van de opslag van 251 kj/kg (ca GJ/m³). Waterbuffers worden vooral gebruikt voor het (voor)verwarmen van het sanitaire warmwater. Vaker zijn watertanks ook te combineren met zonnecollectoren, gasketels, elektrische verwarming [4] of sorptiekoelmachines. In het geval van sorptiekoeling zorgt de warmwaterbuffer voor de hogetemperatuurinput voor het desorptie proces van de koelingmachine [5] en in een aanvullende koudwaterbuffer wordt de koude die vrijkomt bij de verdamper aan de lagetemperatuurzijde van de koelmachine opgeslagen [6] (figuur 2). Ook multitanksystemen om tegelijk laden en ontladen mogelijk te maken voor een zonne-energiesorptiekoelma- -Figuur 1- Basis load shaping technieken (demand side control) [1] [2] 6 TVVL Magazine OPSLAGTECHNIEK

7 -Figuur 2- Systeemintegratie van warm- en koudwaterbuffer -Figuur 3- Ruimtekoeling met TABS [9] chine [7] zijn onderzocht. Deze studie, gebaseerd op een aantal simulaties, toont aan dat er maar een marginale besparing van primaire energie en hulpwarmte mogelijk is en slechts een marginale verhoging van de efficiency van een zonnecollector kan worden bereikt. Verder wordt in deze studie aanbevolen de koeltoren voor de afvoer van warmte ook in te zetten om door vrije koeling de koudwaterbuffer te laden [6] (figuur 2). THERMISCHE MASSA Naast het opslaan van warmte in vloeistoffen, kunnen ook de vaste materialen, zoals beton, als thermische massa worden toegepast. Uitgaand van een temperatuurverschil van 10 K voor beton (normal-weight concrete [8]) kan een energiedichtheid van ongeveer 8 kj/kg (ca. 0,02 GJ/m³) worden bereikt. Om de totale energieopslagcapaciteit van een gebouw te benutten, is het nodig om de thermische massa te kunnen activeren. Hiervoor worden TABS (thermally activated building systems) ingezet, ook wel betonkernactivering genoemd. Bij deze systemen gaat het om de integratie van watervoerende leidingen in te bedden in de kern of onder het oppervlak van het beton [9] [10]. TAB-systemen worden vaak in combinatie met warmtepompen, koeltoren en zonnecollectoren toegepast. De reden is dat de thermische efficiency hoger is dan voor een combinatie met bijvoorbeeld een elektrische boiler [11]. Figuur 3 toont een toepassing van TABS voor koeling op een typische zomerdag. In de nacht kan met een koude bron, zoals met het grondwater uit aquifers, een lage buitenluchttemperatuur of een koelmachine (laag tarief) de thermische massa van het gebouw worden afgekoeld. De volgende dag kan de thermische massa de warmte van de ruimte opnemen en de ruimte op temperatuur houden. PCM Bij latente thermische opslag wordt gebruik gemaakt van een faseovergang. Typisch voor phase change materialen (PCMs) is een vast-vloeibaar fasetransitie, waarbij tijdens het ontladen van de opslag de smeltwarmte als nuttige warmte of als koeling wordt gebruikt. Voor de toepassing in gebouwen worden op momenteel twee groepen van PCMs in aanmerking genomen, organisch en anorganische materialen [12]. Organische materialen, zo als paraffine, zijn thermisch en chemisch stabiel en niet-corrosief, maar hebben een geringe enthalpieverandering bij de faseovergang van ca. 200 kj/kg (ca. 0,13 GJ/m³) (commerciële paraffine). Anorganische materialen zo als zouthydraten hebben een hogere enthalpieverandering tot 380 kj/kg (ca. 0,57 GJ/ m³), maar hebben nadelen m.b.t. corrosie, fasescheiding en sub-cooling [12]. Sub-cooling treedt op als zouthydraten onder de stollingstemperatuur beginnen te verharden [12]. PCMs worden vooral in passieve systemen ingezet, zoals PCM-panelen in de vloer of aan het plafond, geïmpregneerd in pleisterlagen of in gipsplaten (figuur 4, op de volgende pagina). Deze systemen kunnen het thermische comfort in gebouwen verhogen omdat ze als een aanvullende thermische buffer tussen de muur en de binnenruimte functioneren [13]. Ongeacht de bestaande PCM-technologieën, worden er ook systemen getest waarbij de PCMs zijn geïntegreerd in bakstenen, rolluiken, de zonwering of in een trombe muur [14] [15]. De conventionele trombe muren, die indirect zonnestraling opnemen, kunnen worden geheel vervangen door PCM-muren, waardoor minder massa voor de muur zou nodig is. De trombe muren kunnen ook draagbaar, verplaatsbaar of roterend zijn en dus mobiel [15]. De uitbreiding van de thermische massa door passieve PCM systemen kan het temperatuurverschil tussen wandoppervlak en comfortbinnentemperatuur reduceren maar de thermische inertie van de thermische massa neemt toe [13] [16], waardoor zich het binnenklimaat langzamer aan externe fluctuaties aanpast. Verdere studies [4] tonen aan dat het toevoegen van PCMs op bestaande gebouwen slechts een klein effect heeft op de gehele warmtecapaciteit van een gebouw omdat de meeste gebouwen van beton al over een hoge thermische massa beschikken. COMBINATIES Naar de combinatie van TABS met PCMs, bijvoorbeeld in actieve vloer- of plafondverwarming is tot nu toe maar weinig onderzoek gedaan [14] [4] [17]. Experimentele validatie van een TABS, bestaande uit een gekoelde plaat voor aan het plafond met een PCMpleisterlaag van 1 tot 4 cm rond de watervoerende leidingen, heeft aan getoond dat de dagelijkse koelcapaciteit kan dalen, omdat de warmteoverdracht met een PCM laag kleiner wordt [18]. Een andere vorm van actieve PCM-opslag is een met PCM-materiaal gevulde tank. Een TVVL Magazine OPSLAGTECHNIEK 7

8 warmtepomp kan gedurende laagtarief uren koude produceren en opslaan in de tank [19]. Resultaten van deze studie laten zien dat de PCM-tank, in vergelijking met een watertank met hetzelfde volume, 35.5 % meer koude kan opslaan maar een 4.5 keer langere oplaadtijd nodig heeft [19]. Verder werd het concept van een micro-chp (combined heat & power) in combinatie met een PCM-tank onderzocht [20]. Hier werden verschillende strategieën voor het laden en ontladen toegepast, zoals constante ladingsen ontladingstemperatuur, constant vermogen en partiële ontlading. Deze werden vergeleken met een met water gevulde tank. De resultaten tonen een hogere energiecapaciteit van 22% tijdens het laden van de PCM-tank met PCMcapsules vergeleken met een PCM-tank met PCM-tubes en slechts een marginaal hogere energiecapaciteit van PCM-tubes vergeleken met de watertank. 4a 4b -Figuur 4- a. Muur plus pleisterlaag met ingekapselde PCM [12]; b. Honingraatpaneel gevuld met paraffine PCM [13] IJS Een bijzonder geval van latente thermische energieopslag, die tot nu toe in literatuur het meest is besproken, is een ijsopslag [19]. IJsopslagsystemen worden ingedeeld in ice slurry, ice-on-coil en ice harvesting systemen [13] en geïntegreerd met een compressiekoeling [21]. In de meeste studies is de implementatie in de waterloop van conventionele airconditioningsystemen onderzocht, met als conclusie dat de afmetingen van de luchtbehandelingsunits kan worden gereduceerd [22]. Verder werd er voorgesteld om een ijsopslag ook voor super gekoelde lucht en voor ontvochtiging van lucht toe te passen. Dit kan een groot voordeel zijn in een zeer vochtig klimaat [21]. THERMOCHEMISCH De thermochemische energieopslag is gebaseerd op een reversibele fysisch-chemische reactie. In de literatuur wordt het vaker ook gelijkgesteld met het sorptieprincipe [23] [24]: AB + heat A + B. AB is het sorptiepaar, bestaande uit een sorbens dat een vloeistof of gas heeft geadsorbeerd of geabsorbeerd. Absorptie is een fenomeen waarbij een vloeistof of gas van een vast materiaal of vloeistof wordt opgenomen. Voor de toepassing van thermochemische opslag is de absorptie van gas door een vloeistof de meest gebruikelijke vorm [23]. De meest voorkomende terminologie voor absorptie is: A = oplossing en B = koelmiddel [25]. Bij het adsorptieproces vindt een hechting van een gas of vloeistof aan de oppervlakte van een vast materiaal of poreuze media plaats. De terminologie in dit geval is: A = adsorbens en B = adsorbaat (geadsorbeerde toestand) [26]. Tijdens het samenbrengen van A en B vindt er een reactie plaats waarbij warmte wordt vrijgegeven, ook vormingsenthalpie genoemd [27]. Tot nu toe werden vooral zeolieten en silicagels als thermochemische materialen (TCMs) gebruikt in combinatie met water als adsorbens beschouwd [28]. Dit vanwege hun hydrothermale en mechanische stabiliteit en voordelige corrosie-eigenschappen [29]. Deze materialen hebben een met water vergelijkbare energiedichtheid. Om deze reden concentreert zich het onderzoek van thermochemische materialen op zouthydraten die een energiedichtheid tot kj/kg (ca GJ/m³) kunnen bereiken [30]. Er bestaan twee verschillende typen thermochemische systemen (TCS), open en gesloten TCS [27] (figuur 5 [31]). Kenmerkend voor een gesloten systeem, is dat de TC-unit onder vacuüm werkt. Tijdens het laden van de TC-unit met een zonnecollector, wordt bij een hoge temperatuur ( C) het thermochemische materiaal gedroogd. In een aparte condensor wordt, bij lage temperatuur (10 30 C), het afgescheiden koelmiddel (water) opgevangen. Tijdens het ontladen wordt de condensor als verdamper gebruikt. Bij het ontladen wordt een lagetemperatuurbron gebruikt voor het verdampen van het koudemiddel in de verdamper. Vaak dient de bodem of buitenlucht als warmtebron. Het koelmiddel wordt verdampt en tegelijkertijd gead-/ geabsorbeerd. De vrijkomende warmte wordt voor de ruimteverwarming of het sanitaire warmwater gebruikt (40 60 C)[35][36]. In een open TC-systeem wordt, in plaats van een verdamper, het water voor het sorptieproces direct met de buitenlucht uitgewisseld. Typische desorptietemperaturen zijn hoger (ca. 140 C) dan die voor een gesloten systeem [33]. TOT SLOT Afsluitend, alle opslagtechnieken en materialen zoals water, thermische massa van het gebouw, phase change materialen, ijs en thermochemische materialen kunnen een waardvol alternatief bieden om energie in gebouwen thermisch op te slaan en dus de integratie van duurzame energiebronnen te ondersteunen. De thermische massa van een gebouw (grotendeels van beton) is al beschikbaar. Activering met TAB-systemen is een veelbelovend mogelijkheid om een gebouw, binnen comfortgrenzen, voor te verwarmen of voor te koelen. Met behulp van warmtepompen of koeltorens kunnen lage nacht elektriciteitstarieven energiekostenbesparingen opleveren. Het nadeel van TABS is hun lange reactietijd tegenover sterke fluctuaties van de omgeving 8 TVVL Magazine OPSLAGTECHNIEK