OPLEIDING DUURZAAM GEBOUW: PASSIEF EN (ZEER) LAGE ENERGIE

Transcriptie

1 OPLEIDING DUURZAAM GEBOUW: PASSIEF EN (ZEER) LAGE ENERGIE Dag 3.4 Systemen - Theoretische begrippen Koeling Didier Darimont LENTE 2016 didier.darimont@icedd.be

2 2 DOELSTELLING(EN) VAN DE PRESENTATIE De koudebehoeften identificeren en er vooraf aan denken ze te minimaliseren De parameters van het koudeproductiesysteem begrijpen De impact van de keuze van het systeem voor de productie en de afgifte van de koude op de certificatiecriteria (d.w.z. de primaire energie ) ramen

3 3 INHOUDSOPGAVE INLEIDING Certificatiecriteria Van nettobehoeften naar primaire energie Ontwerpstrategie Zomercomfort Het voorkomen van de behoeften Verdeling van de behoeften en primaire energie Relatief vermogen Verdeling van de behoeften en primaire energie Dimensionering Synthese KOELINGSYSTEMEN

4 4 INLEIDING CERTIFICATIECRITERIA Voor residentiële gebouwen wordt koeling niet in acht genomen! Doelstelling: actieve koeling vermijden! Bron: Vademecum PHP

5 5 INLEIDING CERTIFICATIECRITERIA Passiefcertificatie (niet-residentieel vergunningsaanvraag ingediend na 06/03/2012) N Te respecteren criteria Netto-energiebehoefte voor verwarming 15kWh/m².jaar (1) Netto-energiebehoefte voor koeling 15kWh/m².jaar (1) Certificatie - TERTIAIR gebouw - Passiefnorm Luchtdichtheidstest n 50 0,6 h-1 volgens methode A van de NBN EN (5) Waarschijnlijkheid oververhittingsrisico 0,05 of 5% Dynamische simulatie vereist (3) Criterium primaire energie - p E 90-2,5 x compactheid (2) (4) Bron: Vademecum PMP 2012 In de bestrijding van oververhitting komt actieve koeling na de passieve middelen. N Doel: onder de drempel van 5 % oververhittingsrisico blijven voor koelingsbehoeften van minder dan 15 kwh/m².jaar door het PE-verbruik zo laag mogelijk te houden. Alle voorgelegde gegevens en resultaten zijn kenmerkend voor tertiaire gebouwen Voor tertiaire passiefgebouwen > m² is een dynamische simulatie vereist

6 6 INLEIDING VAN NETTOBEHOEFTEN NAAR PRIMAIRE ENERGIE Opleiding Systemen: Koeling Opleiding Systemen: Verlichting = 1. Toevoer door zoninstraling 2. Interne warmtetoevoer door personen 3. Interne warmtetoevoer door verlichting 4. Interne toevoer door ventilatoren 5. Interne warmtetoevoer door apparaten 6. Transmissieverliezen 7. Ventilatieverliezen 8. Verliezen door in-/exfiltratie 9. Warmte af te voeren door het koelsysteem = + = + = 10. Netto-energiebehoeften voor de koeling 11. Verliezen van het koelsysteem 12. Bruto-energiebehoeften 13. Productieverliezen 14. Energieverbruik voor de koeling 15. Omzettingsverliezen Primaire-energieverbruik van het gebouw

7 7 INLEIDING ONTWERPSTRATEGIE Passieve strategieën: N De interne winst beperken N De externe winst beperken (zonweringen) N Het teveel aan warmte afvoeren via de lucht N De inertie benutten om de warmte overdag te absorberen en ze s nachts af te voeren. Bron : gids duurzame gebouwen Deze maatregelen worden gevalideerd door een dynamische simulatie Bron : E+

8 8 INLEIDING ONTWERPSTRATEGIE Voor het resterende teveel aan warmte kunnen actieve middelen worden ingezet om de oververhittingsrisico s terug te brengen tot < 5 % Omkeerbare WP voor koudeproductie Afvoer vervuilde lucht Pulsie- en extractiegroep Koudebatterij Fotovoltaïsche zonnecollectoren Passieve gebouwschil - isolatie - luchtdichtheid Thermische inertie van gebouw Verse lucht Dakoverstek als architectonische zonwering Buitenzonwering Gemotoriseerde klep voor afzonderlijke debietregeling Bron: MK Engineering Aanvullende ventilatorconvector

9 9 INLEIDING ZOMERCOMFORT Begrip comfort ontwikkeld tijdens de 1 e opleidingsdag De certificatie hanteert een maximale oververhitting van 5 % N 5 % stemt overeen met een aantal uren dat de temperatuur de 25 C overschrijdt terwijl het gebouw gebruikt wordt. Comfort is subjectief en is afhankelijk van: N de kleding N het metabolisme N de volgende fysische parameters Parameters: temperatuur (lucht/wanden/operatieve -), vochtigheid, luchtsnelheid Vochtigheidsgraad Vochtgehalte (g/kg) Enthalpie h (kj/kg) Temperatuur ( C) Bron: Energie +

10 10 INLEIDING ZOMERCOMFORT Thermish dynamische simulatie N Analyse du confort moyen N Analyse du confort d été caniculaire Canicule - Température ambiante 40 C 30 C 20 C 10 C T ext Bron: MATRIciel

11 11 INLEIDING HET VOORKOMEN VAN DE BEHOEFTEN Voorbeeld van warmte- en koudebehoeften voor een tertiair gebouw Besoin de chauffage Besoin de refroidissement [kwh] [mois] [kwh] N Beperkte koudebehoeften N Warmte- en koudebehoeften kunnen gelijktijdig optreden

12 12 INLEIDING RELATIEVE VERMOGENS Afhankelijk van de bestemming, het ontwerp en de passieve middelen 2 voorbeelden met verschillende gedragingen en strategieën: N Kantoorgebouw Benodigd koelvermogen van 5 W/m² voor koelbehoeften van 1,6 kwh/m².jaar Bron: MK Engineering N Rust- en verzorgingstehuis Benodigd koelvermogen van 25 W/m² voor koelbehoeften van 4,7 kwh/m².jaar Bron: 3E

13 13 INLEIDING VERDELING VAN DE BEHOEFTEN EN DE ENERGIE Niet-residentiële projecten

14 14 INLEIDING DIMENSIONERING Koudevermogen N Op basis van een balans van de warmtetoevoer (Carrier- methode) Externe warmtetoevoer Interne warmtetoevoer :verlichting, gebruikers/bewoners, werkposten, keukens, N Op basis van een dynamische simulatie Laat toe rekening te houden met de passieve koelmiddelen

15 15 INLEIDING SYNTHESE Allereerst de passieve strategieën voorstaan De actieve koudebehandeling beoogt het comfort te regelen N in de zomerperiode N maar ook gedurende langere periodes in de zones met grote interne lasten Er kunnen periodes zijn waarin gelijktijdig ook warmtebehoeften optreden De actieve koudebehandeling heeft impact op de PE-behoeften De (actieve) koudebehoeften variëren sterk volgens de bestemming van het gebouw en de bouwfysica van dit laatste

16 16 INHOUDSOPGAVE INLEIDING KOELINGSYSTEMEN

17 17 KOELINGSYSTEMEN TERMINOLOGIE PRODUCTIE VERDELING AFGIFTE REGELING OPTIMALISATIE PRIMAIRE ENERGIE

18 18 KOELINGSYSTEMEN TERMINOLOGIE Free-cooling N Benutting van verse buitenlucht N Bypass met warmteterugwinning op de ventilatie N inblazing van verse buitenlucht Top-cooling N Gecontroleerde koeling van de ingeblazen lucht N Actief middel vereist N Bijv.: ingeblazen lucht van 18 C bij een buitentemperatuur van 30 C Night-cooling N Benutting van de koelte s nachts N Intensieve ventilatie van het gebouw om de opgestapelde warmte (inertie) af te voeren N Ventilatie: Mechanische ventilatie Natuurlijke ventilatie Hybride ventilatie

19 19 KOELINGSYSTEMEN TERMINOLOGIE PRODUCTIE VERDELING AFGIFTE REGELING OPTIMALISATIE PRIMAIRE ENERGIE

20 20 KOELINGSYSTEMEN PRODUCTIE Principe Koelmachines werken op basis van energieoverdracht en niet d.m.v. verbranding. Energievoorziening (elektriciteit) Compressor De lucht van het lokaal wordt door de verdamper gekoeld Verdamper Koeldamp Condensor De buitenlucht (of water) zorgt voor de koeling van de condensor Koelvloeistof Expansieklep het rendement is steeds groter dan 100 % Bron: Eurovent Koelvloeistof: N CFK s verboden N HFK s R-134a, R-407, R-410, (maar blijven onderworpen aan milieunormen)

21 Vochtigheid (g/kg droge lucht) 21 KOELINGSYSTEMEN PRODUCTIE Rendement NBN EN Rendementen N EER: rendement van het toestel bij vollast: Koelvermogen Opgenomen vermogen Compressor Opgenomen vermogen Expansieklep COP koude of EER Condensor BroBron: Energie + Buitenvoorwaarden N ESEER: seizoensgebonden rendement N Eurovent-certificatie = garantie Temperatuur ( C) Koelwijze EER-KLASSE Koeling door lucht Koeling door lucht - kanalen Koeling door lucht - vloer Koeling door water Koeling door water - vloer Condensor op afstand Bron: Eurovent

22 22 KOELINGSYSTEMEN PRODUCTIE Rendement Ecodesign : air-conditioner < 12 kw (2015) NBN EN Source : Mitsubishi

23 23 KOELINGSYSTEMEN PRODUCTIE Rendement Orde van grootte (luchtcondensor) N Traditionele machine Vermogen (Eurovent) Koelrendement (EER) Prestatiecoëfficiënt (COP) (Eurovent) ESEER Koeling Verwarming Nominale waarde Nominale waarde Bron: DAIKIN N Geoptimaliseerde machine Bron: UNICO

24 24 KOELINGSYSTEMEN TERMINOLOGIE PRODUCTIE VERDELING AFGIFTE REGELING OPTIMALISATIE PRIMAIRE ENERGIE

25 25 KOELINGSYSTEMEN VERDELING Algemeen Verdelingfluïdum: N Directe verdeling met het koelfluïdum N Verdeling door water (ijswater) N Verdeling door lucht (door de ventilatie) Zelfde criteria als voor de verwarmingsverdeling: N Warmteverliezen thermische isolatie Bron: MK Engineering N Elektriciteitsverbruik van de hulpapparatuur dimensionering van de netten en selectie van de hulpapparatuur N Indeling in zones: zie opmerking verwarming en hoofdstuk over de regeling Bron: Grundfoss

26 26 KOELINGSYSTEMEN VERDELING Directe expansie Geen tussenfluïdum; de machine werkt direct met een verdamper in de te behandelen zone Hoge druk Het koelfluïdum condenseert: dit is de condensor Buitengroep Lage druk Het koelfluïdum verdampt: dit is de verdamper Binnengroep BINNENAANZICHT C : Compressor D : Expansieklep Bron: Energie + N Voordelen: Lage prijs, eenvoudigere regeling N Nadelen: Verdeling van het koelfluïdum in het gebouw (milieunormen) Werkt voor een beperkt aantal lokalen (multi-split) Esthetisch aspect? N Toepassing: Lokalen met specifieke en gelokaliseerde klimaatregelingslasten (type informaticaruimten, ) Bron: Aermec

27 27 KOELINGSYSTEMEN VERDELING IJswater De koelenergie wordt verdeeld door ijswater In centrale behandelde buitenlucht Ingeblazen lucht Afgezogen lucht Recirculatielucht N Voordelen: De koudebehandeling staat los van de ventilatie Makkelijkere regeling per lokaal Geringe koelfluïdumlast en beperkt tot de koelmachine N Nadelen: Verdeling van het koelfluïdum in het gebouw N Toepassing: Zones met grote en gediversifieerde klimaatregelingsbehoeften Bron: Energie +

28 28 KOELINGSYSTEMEN VERDELING Via de lucht De koelenergie wordt verdeeld door de lucht Bron: Energie + N Voordelen: Laat toe op de vochtigheid van de lucht in te spelen (voorverwarming, bevochtiging, ) Geen uitrusting nodig in de lokalen N Nadelen: Grote luchtdebieten vereist De ventilatoren verbruiken en ze ontwikkelen tevens warmte De door de luchtbehandelingsnetten ingenomen ruimte is niet te verwaarlozen Hygiënische ventilatie afhankelijk van de luchtbehandeling N Toepassing: Zones met hoge debieten en geringe klimaatregelingsbehoeften

29 29 KOELINGSYSTEMEN TERMINOLOGIE PRODUCTIE VERDELING AFGIFTE REGELING OPTIMALISATIE PRIMAIRE ENERGIE

30 30 KOELINGSYSTEMEN AFGIFTE Koudebatterij (of omkeerbaar) N Met ontvochtigingseffect Ventilatorconvector N 2- of 4-pijps Bron: Daikin

31 31 KOELINGSYSTEMEN AFGIFTE Koelplafonds N Beperkt vermogen ( W/m²) N Hoog temperatuurregime (15 C) geen condensatie Koelbalken N Statische of dynamische (HD-luchtnet) N Hoog temperatuurregime Slab cooling N Grote inertie N Voor nachtelijke koeling N Beperkt vermogen N Hoog temperatuurregime Bron: Energie +

32 32 KOELINGSYSTEMEN TERMINOLOGIE PRODUCTIE VERDELING AFGIFTE REGELING OPTIMALISATIE PRIMAIRE ENERGIE

33 33 KOELINGSYSTEMEN REGELING Doelstelling: N Comfortcontrole verzekeren N Verbruik van het systeem optimaliseren Middelen: N Door aanpassing van de omgevingstemperatuur (aan tijdschema s, behoeften, ) N Door aanpassing van de werkingsvoorwaarden van het systeem Technieken: N Grote verscheidenheid aan technieken, afhankelijk van de systemen (productie, verdeling, afgifte) N Creativiteit en originaliteit N MAAR opgelet voor het gebruik door en het inzicht van de eindgebruiker

34 34 KOELINGSYSTEMEN REGELING Aandachtspunten: N Neutraal bereik Warmte-/koudevermogen Puissances chaud/froid Temp. warmte T chaud T Temp. froid koude 100% 80% 60% 40% 20% 0% T ext ( C) Bron: MK ENgineering Buitentemp. (C ) Neutraal bereik Opgelet: in sommige gevallen is er gelijktijdig behoefte aan warmte en koude N Elke gevel, elke bestemming heeft verschillende behoeften Indeling in zones Plaatselijke bediening N Duidelijke identificatie van de bedieningselementen, scholing, handleiding,

35 35 KOELINGSYSTEMEN TERMINOLOGIE PRODUCTIE VERDELING AFGIFTE REGELING OPTIMALISATIE Condensor Verdamper Praktische oefening Free-chilling Warmteterugwinning Alternatieve koeling PRIMAIRE ENERGIE

36 36 KOELINGSYSTEMEN OPTIMALISATIE - Condensor Zoals gespecificeerd in de opleiding verwarming bestaan er verschillende groepen: lucht/lucht, lucht/water, water/water, Monobloksysteem met luchtcondensor N Kleine investering N Laag rendement N Makkelijk onderhoud Watercondensor N Waterbron: Dry-cooler (door lucht gekoeld) Koeltoren (onderhoud!) Bodem (geothermie) Waterwinning N Hogere investeringskosten N Mogelijk hoger rendement Verdamper Expansieklep Compressor Luchtcondensor Water Verdamper Watercondensor Open toren Bron: Energie +

37 37 KOELINGSYSTEMEN OPTIMALISATIE - Verdamper Werkingstemperatuur N Voordeel van werken met hoge temperatuur: Minder verdelingsverliezen naar de omgeving Geen condensatie van de lucht (12 C) Hoger rendement N Werken met een hoger temperatuurregime: C en niet (6-11 C) Vereist een hogetemperatuur-warmtewisselaar Koelplafond Overgedimensioneerde ventilatorconvector

38 38 KOELINGSYSTEMEN OPTIMALISATIE Praktische oefening Voorselectie van een koudeproductiesysteem op basis van de technische fiche van de fabrikant. Selectie van een systeem op basis van volgende criteria: N Nominale waarden

39 39 KOELINGSYSTEMEN OPTIMALISATIE Praktische oefening Voorselectie van een koudeproductiesysteem op basis van de technische fiche van de fabrikant. Selectie van een systeem op basis van volgende criteria: N temperatuurregime (verdamper) Keuze van de binnengroepen impact op verdamper Buitenvoorwaarden buitentemperatuur of keuze van de condensor N Analyse van de impact op het rendement (EER)

40 40 KOELINGSYSTEMEN OPTIMALISATIE Free-chilling Free-chilling N Bij lage bron temperaturen, uitschakeling van de compressor en gratis koeling door uitwisseling met de buitenlucht Koeltoren Koeltoren VI,1 gesloten Warmtewisselaar VI,1 open Warmtewisselaar VI,3 open VI,3 gesloten VI,2 gesloten Condensor Verdamper VI,2 open Condensor Verdamper VI,1 open VI,1 gesloten Koelgroep in bedrijf IJswater IJswater Koelgroep buiten bedrijf en free-chilling Bron : Energie +

41 41 KOELINGSYSTEMEN OPTIMALISATIE Energieopslag Opslag N Daling van het geïnstalleerde vermogen N Optimalisatie van de factuur (nachttarief) N Beter rendement s nachts (lagere buitentemperatuur) N Problematiek van de ingenomen ruimte Condensor Expansieklep Verdamper Compressor Last IJswateropslag Deelopslag Lucht Directe productie 24 u Bron: Energie +

42 42 KOELINGSYSTEMEN OPTIMALISATIE Warmteterugwinning Warmteterugwinning op condensor N Voor verwarmingskring N Voor voorverwarming van SWW terugwinningscondensor Compressor Afvoercondensor koudeopslag Verdamper KW Expansieklep Aanvullende verwarmingsketel Bron: Energie +

43 43 KOELINGSYSTEMEN OPTIMALISATIE Adiabatische koeling Adiabatische koeling: N De verdamping van het water zorgt voor de gratis koeling van de recirculatielucht N De frisse (afgekoelde) lucht kan dan de verse buitenlucht koelen Vervuilde lucht Vochtigheidsgraad Vochtgehalte (g/kg) Vervuilde lucht Enthalpie h(kj/kg) Buitenlucht Buitenlucht Temperatuur ( C) N Weinig controle en efficiëntie volgens de buitenvoorwaarden N Vochtige en warme omgeving, dus: corrosiebestendigheid van de materialen moet worden voorzien risico van ontwikkeling van bacteriën meer onderhoud

44 44 KOELINGSYSTEMEN OPTIMALISATIE Adsorptie-/absorptiesysteem Adsorptie-/absorptiesystemen N De compressor wordt vervangen door een thermochemisch procedé Elektriciteit Absorber Warmtetoevoer Concentrator Koudeproductie Compressor Verdamper Koudeproductie Expansieklep Condensor Warmtedispersie Verdamper Condensor Warmtedispersie Bron: Energie + N Grotere investering N Interessant als men over te revaloriseren thermisch afval beschikt N Principe van trigeneratie: WKK voor elektriciteit en warmte in de winter In de zomer wordt de warmte naar de koelmachine gezonden

45 45 KOELINGSYSTEMEN TERMINOLOGIE PRODUCTIE VERDELING AFGIFTE REGELING OPTIMALISATIE PRAKTISCHE OEFENING PRIMAIRE ENERGIE

46 46 KOELINGSYSTEMEN PRIMAIRE ENERGIE Op basis van de netto-energiebehoefte voor de koeling (NKB), met de ongunstige interne warmtetoevoer N Ingevoerde nettokoelingsbehoeften (bijv.: 10 kwh/m².jaar) N COP (ESEER) invoeren Koeling met elektrische WP Primaire-energiewaarde CO 2 emissiefactor (CO 2 -equivalent ) Dekkingspercentage koelingsbehoefte (Project) 100% 2,7 680 kwh/kwh g/kwh Warmtebron Elektriciteit Jaarlijkse prestatiecoëfficiënt (COP) voor koeling 3,3 Energiebehoefte voor koeling 3,0 7,6 2,1 Opgelet! Eindenergie N NKB / ESEER eindenergie (behoeften ) N EE * PE-coëf. primaire-energieverbruik Belangrijkste parameter: ESEER

47 47 KOELINGSYSTEMEN PRIMAIRE ENERGIE Omzettingstabel voor de omzetting in primaire energie Energievector Pf Elektriciteit 2,50 Vergelijking van een prestatieoptimalisatie Nettobehoeften : 15 kwh/jaar.m² en 5 kwh/jaar.m² Verdelingsverliezen van het verwarmingsnet: 1,0 kwh Nettobehoeften [kwh] Brutobehoeften [kwh] ESEER Eindenergie [kwh] Kosten [ /m²] Primaire energie [kwh p ] verlies = 16, / 3 = 5,33 5,33 x 0,17 = 0,91 5,33 x 2,5 = 13, verlies = 16,0 5 16/ 5 = 3,20 3,20 x 017 = 0,54 3,20 x 2,5 = 8, verlies = 6,0 3 6 / 3 = 2,00 2,00 x 0,17 = 0,34 2,00 x 2,5 = 5, verlies = 6,0 5 6 / 5 = 1,20 1,20 x 0,17 = 0,20 1,20 x 2,5 = 3,0

48 48 KOELINGSYSTEMEN SAMENVATTING Free-cooling, Top-cooling, Night-cooling een aangepaste terminologie Een koelmachine is eigenlijk een omgekeerde warmtepomp of omgekeerd! Koude verdelen d.m.v. freon, lucht of ijswater er bestaat een hele reeks oplossingen. Variabele en optimaliseerbare werkingsrendementen

49 49 OM TE ONTHOUDEN VAN DE PRESENTATIE Een maximum aan passieve strategieën toepassen om koudebehoeften te vermijden en te minimaliseren Er kan een aanvullende actieve koeling worden voorzien, aangepast aan de functie van het gebouw Er bestaan certificaten die de prestaties van het toestel vermelden. Het ontwerp van het hele systeem moet gericht zijn op energierationalisatie

50 50 TOOLS EN REFERENTIES Nuttige hulpmiddelen, websites, enz.: N Vademecum PMP N N Alter-clim (BIM) Referentie Gids duurzame gebouwen en andere bronnen: N Gids duurzame gebouwen: Fiche: passieve strategie: ENE05, ENE06, ENE07 actieve strategie:?

51 51 CONTACT Didier Darimont Projectbeheerder Contactgegevens: : 081/ : didier.darimont@icedd.be

52 52 KOELINGSYSTEMEN VRAGEN / ANTWOORDEN?

53 53 DANK U VOOR UW AANDACHT