Verwarmingsinstallaties in bestaande woningen: renovatie en onderhoud

Transcriptie

1 Verwarmingsinstallaties in bestaande woningen: renovatie en onderhoud 1. Verwarmingstechnologie 2. Thermal Grid-concept 3. Cases Eddy Janssen

2

3 Wettelijk kader Veiligheid, gezondheid, milieu en energie: Keuring voor 1ste ingebruikname: - alle brandstoffen Onderhoud: - vaste brandstoffen: 1 j - vloeibare brandstoffen 20 kw: 2 j - gasvormige brandstoffen 20 kw: 2 j Audit: <15 jaar, 20 kw Door erkend technicus

4 Wettelijk kader en EPB Veiligheid, gezondheid, milieu en energie: EPB: grote verbetering, kan nog scherper Afgifterendement: onderschatting van de verschillen? (globale- versus individuele regeling bij cv: 0,85-0,89) Opwekkingsrendement: invloed van hydronisch schema (bvb. invloed evenwichtsleiding) EPB-eis en economisch optimum (E80 of mag het wat minder?)

5 Verwarmingsketels warmtewisselaar brander Verbrandingskamer

6 Verbranding brandstof (koolstof, waterstof ) + lucht (zuurstof, stikstof) + ontstekingstemperatuur CO2 + waterdamp + luchtoverschot + energie aggregatietoestand (water of waterdamp) Afhankelijk van: - branderafstelling (luchtoverschot) - rookgastemperatuur en brandstofsamenstelling Condensatiewarmte: benutten of niet?

7 Verbrandingswaarde Bovenste verbandingswaarde (H s ) inclusief condensatiewarmte Bvb. L-gas: H s = 41 MJ/mn³ Onderste verbandingswaarde (H i ) exclusief condensatiewarmte Bvb. L-gas: H i = 37 MJ/mn³ L-gas H s /H i = 1,1 ; stookolie H s /H i = 1,06

8 Verwarmingsketels Europese norm: 3 klassen 1. standaard ketel: condensatie is niet toegelaten, bekomen door een hoge watertemperatuur energieverlies 2. Laag temperatuur ketel: condensatie is niet toegelaten, bekomen door keteltechnologie minder energieverlies 3. Condensatieketel: Condensatie is gewenst, hoogste rendement

9 Verwarmingsketels Voor gasketel: voorkeur op zolder: gasleiding is goedkoper dan rookgasafvoer (lichte voorkeur voor dakdoorvoer) ontgassing efficiënter (microbellenafscheider) gesloten ketel (type C): geen CO-gevaar

10 Verwarmingsketels en rookgaskanaal CLV: combinatie van verse luchttoevoer en verbrandingsgasafvoer bvb. BEMAL Voor 1990: 1 grotere opening, enkel voor atmosferische ketels renovatie naar condensatie: bvb. Furanflex 1 collectieve condensatieketel mogelijk Na 1990: andere betonsamenstelling, 2 openingen diameter 8 cm geschikt voor condensatie

11 Ketelrendement: Welke verliezen in rekening brengen? stralingsverlies brandstof rookgasverlies Ventilatieverlies

12 Ketelrendement: Welke verliezen in rekening brengen? 1. Rookgasverlies verbrandingsrendement (gemakkelijk te meten) 2. Alle verliezen bij continue werking - rookgasverlies: f ( rookgastemperatuur, luchtoverschot ) - stralingsverlies en convectieverlies: f ( keteltemperatuur ) nominaal rendement (meetbaar voor de ketelconstructeur) 3. Alle verliezen (ook bij stilstand) - verliezen van de ketel in werking: - rookgasverlies - stralings- en convectieverlies - verliezen van de ketel bij stilstand - voorventilatie en ventilatieverlies via rookkanaal - stralings- en convectieverlies via ketelmantel seizoenrendement (bedrijfsomstandigheden???)

13 Ketelrendement: H s H i ref (100 % ) η r = A/H i A verbrandingsrendement η N = B/H i B nominaal rendement η S = C/H i C seizoenrendement Latente warmte in rookgas (geen condensatie) Voelbare warmte in rookgas (t rookgas > t omgeving ) Stralingsverlies ketelmantel Stilstandsverlies Nuttige warmte

14 Ketelrendement: Brandstofwarmte Stilstands-verlies (is er veel langer) Verlies bij werking Nuttige warmte

15 Ketelrendement: Condensatieketel heeft altijd een hoger Standaard- laag temp.- & condenatieketel verdampingswarmte nuttige warmte voelbare warmte

16 Ketelrendement: standaardketel condensatieketel Gelijk- of kruisstroom tegenstroom

17 Ketelrendement: invloedsfactoren

18 Ketelrendement: invloedsfactoren Verbrandingsrendement in functie van Hi (aardgas) 3 Tretour dauwpunt 2 dauwpunt door branderafstelling 1 rookgastemperatuur ( C) (= retourtemperatuur + 5 C)

19 Ketelrendement: invloedsfactoren dauwpunt a) branderafstellling (vaste afstelling) b)-sonde (regelende afstelling) T retour a) emitternetwerk correct dimensioneren (80-60, 70-50?) b) debiet(debietbeheersing in emitternetwerk) c) ongewenste mengpunten vermijden (lay-out) Lange werkingstijden a) aangepast vermogen b) modulatie (ook beter rendement bij deellast!)

20 Ketelrendement: lage t retour a) Emitternetwerk correct dimensioneren 115 Verbrandingsrendement in functie tot Hi Uren per jaar Retourtemperatuur ( C) Regime: 80-60, 70-50? Economische afweging!

21 Voorbeeld: - nodig: 1000 W regime selectie: 1370 W regime 75-65

22 Vermogen is alleen afhankelijk van tgem

23 Ketelrendement: lage t retour b) debiet(afhankelijk van de belasting) radiator = f(t gem ) met debiet 1/T T v ( C) debiet, T T gem ( C) Tetour T r ( C) 45 d e l t a T ( C )

24 Ketelrendement: lage t retour c) Ongwenste mengpunten vermijden evenwichtsfles Ketel of koelmachine 1 Ketel of koelmachine 2 mengpunten Primaire pomp

25 Ketelrendement: gepast vermogen oude installatie is vaak overgedimensioneerd - niet goed berekend - het gebouw is nageïsoleerd belang correct ketelvermogen (niet te groot) - plaatsbesparing - goedkoper in aanschaf - hoger rendement bepalen van het ketelvermogen - schilberekening, logging - sww (doorstroom of voorraad)

26 Ketelrendement: aangepast vermogen doorstroomsysteem voor SWW Bad: 100 liter van 10 tot 50 C in 10 minuten 0,1 P = Q c T = ,2 40 = 600 Douche: 5 l/min van 10 tot 40 C voorraadsysteem voor SWW kleiner vermogen (zie schilberekening) 28 0,005 P = Q c T = ,2 30 = 10, 5 60 kw kw

27 Variabel debiet: situering Ontwerp voor vollastcondities, maar: gebouwen: - dag/nacht - seizoenen processen: - productieschommelingen - voorzien op mogelijke uitbreiding

28 Variabel debiet: situering Efficiëntie in deellast onvoldoende: energiekost pomp relatief groot ongewenste fenomenen in deellast (mengpunten )

29 Variabel debiet: situering Efficiëntie in deellast verbeteren: brandermodulatie thermostaatkranen regeling cascade toerentalgeregelde pompen variabel debiet : wat is dat?

30 Variabel debiet: situering Regelrendement verbeteren: verwarmingskringen: gebruikstijd toevallige ww. ontwerptemp. AB A B

31 1: E&DO 2. ketel 3. variabel debiet 4. regeling 5. thermal grid 6. cases Variabel debiet: situering Definitie variabel debiet? ja/nee of meer / minder? Constant debiet? Variabel debiet Deellastgedrag?

32 Variabel debiet: pompenergie thermostaatkraan cv-ketel primaire debiet

33 Variabel debiet: pompenergie pompcurve H = f(q) leidingcurve H = f(q) hoogste toerental 2 pompcurve constante druk 3 1 volumedebiet Q

34 Variabel debiet: pompenergie thermostaatkraan cv-ketel primaire debiet p p pomp p = p pomp -p primair

35 Variabel debiet: pompenergie pompcurve H = f(q) leidingcurve H = f(q) hoogste toerental pompcurve leidingcompensatie volumedebiet Q

36 1: Inleiding 2. ketel 3. variabel debiet 4. regeling 5. thermal grid 6. cases Variabel debiet: pompenergie pompkarakteristiek n1 (tr/min) Hmanometrisch = f(q) leidingkarakteristiek Hleiding = f(q) pompvermogen Ptheoretisch= f(q) n2 (tr/min) Q P1 Q1 = P2 Q2 3 Bvb. Q x 1/2 P x 1/8

37 Variabel debiet: pompenergie 1 0,9 constant debiet 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 vermogen radiator bij t i = constant pompvermogen variabel debiet 0,1 0 Q/Qn 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

38 Variabel debiet: warmteproductie Debietbeheersing: grote T mengpunten T v ( C) T gem ( C) T r ( C) d e l t a T ( C )

39 Variabel debiet: warmteproductie Debietbeheersing: mengpunten minimum debiet ketel? interactiviteit? ketel open toe Variabel debiet

40 Variabel debiet: warmteproductie Debietbeheersing: mengpunten ketel

41 Variabel debiet: warmteproductie Debietbeheersing: mengpunten Oplossing 1: vraaggestuurde keteltemperatuur 57 C 50 C ketel 60 C 60 C 45 C 40 C

42 Variabel debiet: warmteproductie Debietbeheersing: mengpunten Oplossing 1: vraaggestuurde keteltemperatuur 57 C 50 C ketel 70 C 70 C 60 C 40 C

43 Variabel debiet: besluit evenwichtsleiding (ketels met kleine waterinhoud) vraaggestuurde keteltemperatuur liefst in combinatie met regeling ketelpomp

44 Variabel debiet: besluit geen evenwichtsleiding (ketels met grote waterinhoud) in combinatie met mengkranen: verhoogde keteltemperatuur is minder erg in combinatie met smoorkranen: verhoogde keteltemperatuur is een voordeel voorwaarde: of goede inregeling eindunits of regeling met terugkoppeling per eindunit

45 Regelen en energieverbruik ruimtetemperatuur 22 tijd Verminderd vermogenverlies 12 tijd x vermogen = energie opervlakte 10 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 tijd

46 Kamerthermostaat In representatief lokaal Op representatieve plaats

47 Kamerthermostaat ON/OFF (hysteresis): ON OFF 19,5 20,5 PV SP verwarm 20

48 Kamerthermostaat ON/OFF (hysteresis): ON 20,9 20,5 19,5 19,2 OFF tijdsas grote schommelingen comfortprobleem

49 Kamerthermostaat Tijdsmodulatie: 100% y PI in % PB = 2 C De uitgang is een potentiaalvrij contact, met tijdproportioneel gedrag: tijdproportionele uitgang Y=33% Y=50% Y=50% Y=66% Y=35% Y=85% ON 0% SP 20 C PV OFF 0 6 min periodeduur 12 min 18 min 24 min 30 min SP: 20 C Gemeten PV + - T 0 100% PI tijdprop ruimtethermostaat On/off signaal met 6 minuten periodeduur. T2 T1 T T

50 Kamerthermostaat Vermogenmodulatie: Goede regeling onder voorwaarden: modulerende brander geen te grote warmtewinsten in referentieruimte geen te hoge eisen aan temp. in andere ruimtes Voordelen: energiezuinig goedkoop

51 Kamerthermostaat: beoordeling comfort in één ruimte, andere ruimtes niet gegarandeerd goedkoop (geen buitenvoeler) thermostaat moet rechtstreeks brander sturen (ketel niet constant op hoge temperatuur)

52 Weersafhankelijke regeling Zonder ruimtetemperatuurvoeler: Verschuiving v. stooklijn door klokprogramma T2 T T W eersafhankelijke Zoneregelaar T Ketelregelaar met hysteresis of PI werking T3 SP PI T Gewenste watertemperatuur Stooklijn 0 Stooklijn -10 Gemeten buitentemperatuur. T1 T helling basispunt

53 Weersafhankelijke regeling Met ruimtetemperatuurvoeler: Verschuiving van stooklijn met 3 C/ C T ruim tevoeler Verschuiving v. stooklijn door klokprogramma T2 T T Weersafhankelijke Zoneregelaar T Ketelregelaar met hysteresis of PI werking T3 SP PI T Gewenste watertemperatuur Stooklijn 0 Stooklijn -10 Gem eten buitentem peratuur. T1 T helling basispunt

54 Weersafhankelijke regeling Voordeel van ruimtetemperatuurvoeler: 1. Eerste deel van de nacht: pomp en ketel kunnen uitgeschakeld worden 2. Start optimalisatie is mogelijk 3. Zelfs met fout in instelling stooklijn, kleinere afwijking Room temperature. 20 C Without room sensor 16 C With room sensor 8:00 12:00 18:00 24:00 6:00 8:00

55 Keteltemperatuur regeling Niet zo T2 T1 T3 T1: mech. ketelthermostaat (75 C) T2: veiligheidsthermostaat (95 C) T3: ruimtethermostaat (20 C)

56 Keteltemperatuur regeling Maar glijdende keteltemperatuur T2 T1 T3 T1: mech. ketelthermostaat (75 C) T2: veiligheidsthermostaat (95 C) T3: ruimtethermostaat (20 C)

57 Keteltemperatuur regeling Room temperature controller: Zone 1 Room temperature controller: Zone 2 Niet zo SP Room sensor + - T PI SP Room sensor + - T PI C.1 C.2 T2 T1 T T C

58 Keteltemperatuur regeling Room temperature controller: Zone 1 Room temperature controller: Zone 2 Niet zo SP Room sensor + - T PI SP Room sensor + - T PI T C.1 C.2 Weather-dependent boiler temperature controller PI + - T2 T1 T T T C

59 Keteltemperatuur regeling Maar vraaggestuurde keteltemperatuur! T T T Zone controller C3 + PI - Zone controller C2 + PI - Zone controller C1 + PI - Communicatie via bussysteem T C.1 T C.2 T C.3 Boiler controller PI + MAX - T2 T1 T T T C

60 Thermo-hydronisch netwerk Doel: distributie en regeling van warmte (koude) productie PRODUCTIE

61 Rendement condensatieketel

62 Rendement gaswarmtepomp

63 Thermo-hydronisch netwerk Doel: distributie en regeling van warmte (koude) productie consumptie CONSUMPTIE PRODUCTIE

64 Thermo-hydronisch netwerk Doel: distributie en regeling van warmte (koude) productie consumptie CONSUMPTIE lage temperatuur vraagt grote VO PRODUCTIE belang van lage retourtemperatuur

65 Thermo-hydronisch netwerk Doel: distributie en regeling van warmte (koude) productie distributie consumptie CONSUMPTIE DISTRIBUTIE PRODUCTIE

66 Thermo-hydronisch netwerk Doel: distributie en regeling van warmte (koude) productie distributie consumptie 1. transport 2. regelen Invloed op retourtemperatuur?

67 Thermo-hydronisch netwerk Regelen thermisch vermogen radiator 1. Debiet regelen, watertemperatuur = c te 2. Debiet = c te, watertemperatuur regelen

68 Thermo-hydronisch netwerk Regelen thermisch vermogen radiator 1. Debiet regelen, watertemperatuur = c te / n50 1 Ti is constant 1 Q/ Q n50 = q.. c. (T i T r )? = = U. A. (T rad T omgeving ) T r

69 Thermo-hydronisch netwerk Regelen thermisch vermogen radiator 1. Debiet regelen, watertemperatuur = c te NIET LINEAIR! T SU 80 T ex P HEAT debiet Trefdag voor bouwprofessionals

70 Thermo-hydronisch netwerk Regelen thermisch vermogen radiator 1. Debiet regelen, watertemperatuur = c te 1 1, , ,6 0,4 0,2 Onbalans! 0 Q/Qn 0 0,5 1 1,5 2

71 Thermo-hydronisch netwerk Regelen thermisch vermogen radiator 2. Debiet = c te, watertemperatuur regelen LINEAIR T SU T ex P HEAT T su

72 Thermo-hydronisch netwerk Regelen thermisch vermogen radiator Debiet T aanvoer Debiet Verdeling Menging Smoor/debiet

73 Thermo-hydronisch netwerk Thermisch gedrag bij deellast P HEAT 73 T SU = c te T EN,ex P HEAT T d;ex T d;ex Verdeling ,2 0,4 0,6 0,8 1 fr vollast deellast

74 Thermo-hydronisch netwerk Thermisch gedrag bij deellast P HEAT 73 T SU = c te T EN,ex P HEAT T d;ex 69 C T d;ex T SU = c te T D,ex Verdeling ,2 0,4 0,6 0,8 1 fr vollast deellast

75 Thermo-hydronisch netwerk Thermisch gedrag bij deellast T d;ex P HEAT P HEAT C T d;ex T SU = c te T D,ex Menging ,2 0,4 0,6 0,8 1 vollast fr deellast

76 Thermo-hydronisch netwerk Thermisch gedrag bij deellast P HEAT P HEAT C T d;ex T d;ex T SU = c te T D,ex Smoor/debiet 0 0 0,01 0,02 0,03 0, ,05 m EN deellast vollast

77 Thermo-hydronisch netwerk Debiet regelen, watertemperatuur = c te Evaluatie bij deellast: + klein debiet (eventueel ook kleiner drukverlies) klein pompvermogen + lage retourtemperatuur hoog ketelrendement - vermogen niet gelijkmatig verdeeld

78 Thermo-hydronisch netwerk Besluit: geen mengpunten toepassen niet in retourzijde warm water terugsturen verhoogt de retourtemperatuur niet in vertrekzijde kouder water vraagt groter debiet waardoor T daalt; hierdoor verhoogt de retourtemperatuur vermogenregeling enkel door debietregeling levert laagste retourtemperatuur spaart pompenergie onbalans vermijden: smoorregeling per lokaal zeer goede tijd- en temperatuurregeling comfort, energie, redundantie

79 Thermal Grid concept 1. Vermaasd ringnet Boomstructuur Thermal GRID

80 Thermal Grid concept 2. Individuele debietregeling (goede naregeling ) GBS Bus Communicatie met GBS PI Lokale regeling Thermal Grid

81 Thermal Grid concept 3. Geen voorregeling

82 Thermal Grid concept 4. Redundantie mini-collector Ketelhuis 1 Ketelhuis 2

83 WP1: KOPPELING SIMULATIEPROGRAMMA S TESTCASE A TESTCASE B TESTCASE C WP2: SELECTIE, COMMISSIONING / INPUTDATA VERZAMELEN BBT TGC BBT TGC BBT TGC WP3: ONTWERP Optimalisatie WP4: SIMULATIE Validatie WP5: PRAKTISCHE REALISATIE WP6: PRAKTIJKOPMETING EN TECHNISCHE ANALYSE WP7: ECONOMISCHE ANALYSE, LCCA WP8: REFERENTIERAPPORT, ONTWERPHANDLEIDING BBT : Conventionelere BBT Configuratie TGC : Thermal Grid configuratie

84

85

86 Kamerthermostaat Kamerthermostaat Kamerthermostaat Kamerthermostaat mengpunt onderaan in evenwichtsleiding verhoogt onnodig de retourtemperatuur drukverschil-overstortventiel opent enkel wanneer beide kranen gesloten, maar dan werkt de ketel normaal nooit

87 radiatoren vloerverwarming Warmte retour Koude retour

88 elektroboiler (enkel indien lange afstand) Warm water (uit) KT 1 2 KT Ketel met grote waterinhoud, zonder debietbeperking Duoboiler Koud water (in) KT warmtemeter regelafsluiter kamerthermostaat

89 1: E&DO 2. ketel 3. variabel debiet 4. regeling 5. thermal grid 6. cases Besluit Productierendement Pompenergie Regelrendement - comfort Concept ontwerp Nazorg 9 september 2010 studiedag variabel debiet gevalideerd info/inschrijving: (VALID)