Heat Exchanging Asphalt Layers : Studie naar de implementatie in Vlaanderen

Transcriptie

1 Heat Exchanging Asphalt Layers : Studie naar de implementatie in Vlaanderen Ing. Ian Severins, dr.ing. Cedric Vuye, Dr.Ing. Wim Van den bergh Artesis Hogeschool Antwerpen & Universiteit Antwerpen (Fac. Toegepaste Ingenieurswetenschappen) Date

2 Inhoud Situering Heat Exchanging Asphalt Layer Werking Mogelijke toepassingen en beperkingen Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen Conclusies 2

3 Situering: Heat Exchanging Asphalt Layer Asfalt in de zomer: Zwarte kleur van asfalt leidt tot opwarming temperaturen kunnen oplopen tot 60 O C Schade: spoorvorming en lokale hitte-eilanden Warm asfalt: bron van warmte (energie) Bron: ecoedges.com 3

4 Situering: Heat Exchanging Asphalt Layer Asfalt in de winter: Bitumen bij lage temperatuur: bros Tot -15 O C aan het oppervlak Schade: scheuren, rafeling, strooicampagnes Onveiligheid Bron: ooms.be Koud asfalt: bron van koude Bron: technologywatch Bron: demorgen.be 4

5 Situering: Heat Exchanging Asphalt Layer Asfaltcollector (Heat Echanging Asphalt Layer): Constructie waarbij een fluïdum (water) door het wegdek wordt gestuurd Meestal buissysteem in asfaltonderlaag Weg: bron van energie (warmte / koude) ref. Ooms 5

6 Doelstellingen HEAL Zomerconditie: Warmte onttrekken aan wegdek Afkoeling: kleinere kans op spoorvorming en hitte-eiland effect Energie in de vorm van warmte in water: sanitair, buffering Winterconditie: Warmte toevoegen aan wegdek Opwarmen van wegdek tot boven 0 O C Geen strooiactiviteiten, veiliger wegdek Minder kans op scheurvorming Warm water wordt gekoeld Asfaltweg: kleiner temperatuursinterval zomer-winter in asfalt geeft hogere kans op verlengde levensduur weg 6

7 Werking: componenten Energiebron: zon Collector: asfalt Warmtewisselaar Grondopslag Koude- warmte opslag in bodem Open systeem: Aquifers (ATES) Gesloten systeem: Boreholes (BTES) Warmtepomp Randapparatuur ref. Winnerway 7

8 Werking: zomercondities Drie gescheiden circuits Warmte van asfalt naar warmtewisselaar Afgifte warmte Van warmtewisselaar Naar opslag in aquifer Koeling van gebouw Hogere efficientie van koelingcircuit ref. Winnerway 8

9 Werking: wintercondities Drie gescheiden circuits Warmte uit opslag naar warmtewisselaar Afgifte warmte Koeling van opslag Van warmtewisselaar naar asfalt Opwarming gebouw Hogere efficiëntie van warmtepomp ref. Winnerway

10 Toepassingen en beperkingen Toepassingen: veiligheid, duurzaamheid, energie Op- en afritten van snelwegen, ziekenhuizen (veiligheid, duurzaamheid) Grote verhardingen w.o. containerterminals, parkings (duurzaamheid) Secundaire wegen (duurzaamheid, veiligheid) Woningen in verkavelingen (energie) Gebouwen met parkings, bijvoorbeeld warenhuizen met parkeerdaken (veiligheid en energie) Wegen in kwetsbaar gebied waar strooiacties schade geven aan milieu (ecologisch, veiligheid) Fietspaden (veiligheid) Regeneratie van bodemtemperatuur 10

11 Toepassingen en beperkingen Beperkingen Geologische beperkingen opslag door middel van ATES (aquifer) Oplossing: BTES (boreholes) source: VITO Ref. 11

12 Toepassingen en beperkingen Beperkingen Hoge investeringskost Locatie weg, opslag en gebruiker: lange afstanden leiden tot verlies Opbouw van de weg en toegang tot onderbouw: riolering, nutsleidingen Beheer en initiatief Mits planning en visie oplosbaar Rendement? 12

13 Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen Doelstellingen Rendementsberekening collector Haalbaarheid in Vlaanderen Asfalt en gietasfalt Methodologie Ervaring buitenland Combineren (afstemmen) van technologieën tot één systeem Simulatie (software) Prototype in labo: metingen Proefvak (in voorbereidende fase) 13

14 Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen Bouw van een prototype voor rendementsberekening 1 m² (200 x 50 cm) 16 Pt-100 sensors Drie buizen in de lengterichting 3 cm SMA-C 5 cm Collector 6 cm Onderlaag 14

15 Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen Prototype 15

16 Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen Prototype: zomercondities Geconditioneerde omstandigheden Buitenomstandigheden 16

17 Zomercondities: invloed temperatuur water Na 90 minuten invloed T water Lagere ingangstemperatuur water heeft positief effect op koeling Debiet weinig invloed op koeling van het asfalt 17

18 Wintercondities: invloed opwarming Buitenomstandigheden Testen voor ontdooien protoype Testen voor sneeuwvrij houden van het prototype 18

19 Wintercondities: ontdooien van asfalt water 15 O C 0: 3 cm sneeuw 1: start pomp + opwarming 2: stop pomp + opwarming 2-3: sneeuw smelt 3: opwarming zonder sneeuw 4: pomp aan (afkoelend water) 19

20 Wintercondities: ijs- en sneeuwvrij wegdek Na sneeuwval: geen sneeuw Water O C 20

21 Wintercondities: conclusies Asfaltoppervlak kan ontdooid worden Sneller bij niet-besneeuwd oppervlak Mogelijk om asfaltoppervlak op constante temperatuur te houden Asfaltoppervlak kan sneeuw- en ijsvrij gehouden worden Omgevingstemperatuur -2 à -5 O C Maximale dimensies verder te bepalen Zwarte kleur asfalt heeft wel degelijk effect Warmt sneller op 21

22 HEAL: enkele cijfers Geschat noodzakelijk oppervlak: Buizensysteem: 0.5 à 1 GJ / m² jaar Woning: GJ/jaar m² Rendement: afhankelijk van project Buizensysteem: van 23 euro /m² tot 90 euro/m² Berekening IGLO project (7081 m²; 1 afnemer van warmte): 10 jaar terugverdientijd Berekening wijk Deinze: (afschrijving 15 jaar) 6914 euro / woning in vergelijking met traditioneel systeem 22

23 HEAL: verder onderzoek Artesis /UA Diepgaande economische haalbaarheidstudie Secundaire winsten: CO 2 reductie, veiligheid, verlenging levensduur asfalt Optimalisering van het prototype Modelleren van warmte-uitwisseling Toetsen van nieuwe technologie (warmtepompen ) Gietasfalt 23

24 Conclusies HEAL is technisch haalbaar: systemen zijn voorhanden Prototype: winter- en zomercondities mogelijk Kleiner temperatuursinterval in asfalt Levensduurverlengend: spoorvorming, rafeling, scheurvorming Winter: Sneeuwvrij houden mogelijk (+ afkoelen van water) Zomer: lagere temperatuur in asfalt (+ opwarmen van water) Warmteopbrengst 0,5-1 GJ (60-100m²/woning) 24

25 Conclusies Kostprijs en terugverdientijd sterk afhankelijk van het project Koppelen aan een bestaand distributiesysteem met warmteopslag Kosten grondopslag en distributie zeer bepalend Beheer energie verschillende partijen een hekel punt Toekomst: grote projecten met hoge bevolkingsdichtheid Rendabel van zodra secundaire voordelen worden meegerekend: collectieve energiesystemen, CO 2 reductie, levenduurverlenging van wegopbouw, geen strooiacties 25

26 Dank voor uw aandacht Ian Severins Cedric Vuye Wim Van den bergh Contact: MIB-Lab, Faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen Universiteit Antwerpen 26