De warmtepomp in woningverwarming

Transcriptie

1 De warmtepomp in woningverwarming Een duurzame vorm van woningverwarming Ing. Campus De Nayer Onderzoeksgroep duurzame energie 1 DUURZAME ENERGIE Wat is duurzame energie? als het verbruik van deze bron, het toekomstig verbruik ervan niet beperkt 2

2 TRIAS ENERGETICA 3 1. Eerst goed isoleren en luchtdicht bouwen (de warmtebehoefte beperken) Dus 2. Dan duurzame energietechnieken maximaal benutten 3. Als laatste fossiele brandstoffen gebruiken (aan maximaal rendement) 4

3 Enkele instalaties 5 programma Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies 6 6

4 koelkast = warmtepomp Een koelkast heeft een koude en een warme zijde. Bij een koelkast zijn we geïnteresseerd in de koude zijde (verdamper). Bij een warmtepomp zijn we geïnteresseerd in de warme zijde (condensor). 7 Wat doet een WP? Een warmtepomp levert 3 à 4 keer meer warmte dan een elektrische radiator/convector (= elektrische weerstand), voor hetzelfde elektriciteitsverbruik (met een COP = 3 à 4). Elektrische weerstand : COP = 1 Warmtepomp : COP = 3 à 4 Ongeveer 75% van de afgegeven warmte wordt op lage temperatuur aan de omgeving onttrokken en naar bruikbare temperatuur opgepompt. Hiervoor dient een compressor aangedreven te worden (koelcyclus). 8

5 Werkingsprincipe - Koelmiddel circuleert in een gesloten circuit. - Men laat dit verdampen onder lage druk (koeleffect). - Een compressor brengt het gasvormige koelmiddel naar hoge druk. - Onder hoge druk laat men het koelmiddel condenseren (warmteafgifte). - Een expansieventiel brengt het vloeibaar koelmiddel terug van hoge naar lage druk. 9 Werkingsprincipe Lage druk gasvormig Hoge druk gasvormig Hier wordt warmte opgenomen op lage temperatuur VERDAMPER CONDENSOR Hier wordt warmte afgegeven op hoge temperatuur Lage druk vloeibaar Hoge druk vloeibaar 10

6 Werkingsprincipe 11 Werkingsprincipe Warmte wordt onttrokken uit : - ondergrond - grondwater - buitenlucht - (COP = 4 = 100/25) Verwarmingssysteem 12

7 programma Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies COP/SPF COP (Coef. Of Performance) = ogenblikkelijk, eigenschap van toestel (vgl verbrandingsrendement van ketel) (wordt bepaald in test-labo) SPF (Seasonal Performance Factor) = over periode, eigenschap van installatie (vgl seizoensrendement van ketel-installatie) (wordt gedurende een jaar opgemeten aan de installatie) PER (Primary Enery Ratio) = Primair energieverbruik, eigenschap van installatie 14

8 COP/SPF Condensor (Q H ) Nuttig _ vermogen COP Benodigde _ elektrische _ vermogen Nuttige _ energie SPF Electrische _ energie Compressor (W) T bron en T afgifte dicht bij elkaar : COP = hoog T bron en T afgifte ver uit elkaar : COP = laag Verdamper (Q L ) 15 COP/SPF 16

9 COP/SPF 17 COP/SPF COP-testcondities (EN 14511) WP-type Brontemp. Afgifte-temp. Lucht/Lucht 7 C 20 C Lucht/Water 7 C 35 C Water/Water 10 C 35 C Bodem/Water 0 C 35 C Dx/Water -5 C 35 C Dx/Dx -5 C 35 C CETIAT Bvb : COP 10/35 = 4,50 18

10 programma Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies Verbranding versus warmtepomp Verbranding : hoogwaardige energie wordt gedegradeerd tot warme lucht van 20 C De warmtepomp verpompt warmte op lage T (bvb 10 C) uit de omgeving naar een bruikbare temperatuur (bvb 35 C) Extra energie nodig (elektriciteit) Footer 20 20

11 Verbranding Verbruik versus minimaliseren warmtepomp hoogte temperatuur h waterreservoir T h 0 omgeving T 0 omgeving woning Verbranding versus warmtepomp Pricipe Ketel T [K] ketel hoge potentiële energie woning T omgeving T

12 Verbranding versus warmtepomp Pricipe Warmtepomp T [K] T omgeving woning T Verbranding versus warmtepomp 24 24

13 programma Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies Vergelijk ketel WP : Vergelijking ketel -WP kwh brandstof 100 kwh warmte nodig Aangepast uit ISSO Handboek Installatietechniek gratis 26

14 Vergelijking ketel -WP Uit Code van Goede Praktijk voor warmtepompinstallatie in woningen BRON SPF Elektrische bijverwarming Condensor Verdamper COP SWW-boiler AFGIFTE PER 27 COP test SPF PER voor woningen Voor 1kWh primaire energie die ik verbruik, krijg ik aan warmte : Cond gasketel : max 0,99 kwh Lucht/Water WP : +/- 1,3 kwh (+30%) Water/Water WP : +/- 1,6 kwh (+60%) Bodem/Water WP : +/- 1,7 kwh (+70%) 28

15 CO 2 -besparing 29 programma Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies 30 30

16 Bronnen van warmte Horizontale grondwarmtewisselaar Vertikale sonde Lucht Grondwater 31 Vertikale grondwarmtewisselaar Voordelen - beperkt grondbeslag - bijna overal toepasbaar - onbeperkt beschikbaar - weinig variatie in brontemperatuur - relatief hoge brontemperatuur - gesloten systeem Nadelen - daling brontemperatuur gedurende stookseizoen - lekdichtheid nodig ivm glycol in systeem 32

17 Waar haalt vertikale BWW zijn warmte? 33 Ondergrond : gebouw-koeling & bodemregeneratie Door in de zomer het gebouw te koelen met een bodemww, regenereert men tevens de ondergrond 34

18 Bodem-regeneratie via passieve koeling 35 Dimensionering bodemwarmtewisselaars Aspecten die aan bod komen : Maximaal vermogen Maximale energie (equiv. vollasturen x max. vermogen) Hoeveelheid regeneratiewarmte Bodemsoort Vulling van het boorgat (bij vertikale) Laagst toegelaten temperatuur na 20jaar Type bodemwarmtewisselaar Opstellingsvorm Onderlinge afstand 36

19 Dimensionering voor vertikale bodemww m : per boor-meter 37 Dimensionering van vertikale bodemwarmtewisselaars Voorbeeld: een woning van 12kW (200m² vloer-opp.) (stel COP=3, dus 8kW wordt uit de ondergrond onttrokken) Vertikale bodemwarmtewisselaars : zand, watervoerend : 50 W/m nodig aantal boormeter : 180m (bv. 3 boringen van 60m) klei of leem, vochtig : 30 W/m nodig aantal boormeter : 300m (bv. 6 boringen van 50m) 38

20 VERTIKALE bodem-warmtewisselaar als warmtebron Uit Putboringen Verheyden bvba 39 programma Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies 40 40

21 Horizontale grondwarmtewisselaar Voordelen - bijna overal toepasbaar - onbeperkt beschikbaar - gesloten systeem Nadelen - ruim grondbeslag - variërende brontemperatuur - opletten voor uitputting van de bodem - daling brontemperatuur gedurende stookseizoen - lekdichtheid nodig ivm glycol in systeem 41 Dimensionering van horizontale bodemww 42

22 Dimensionering van horizontale bodemww Voorbeeld: een woning van 12kW (200m² vloer-opp.) (stel COP=3, dus 8kW wordt uit de ondergrond onttrokken) Horizontale bodemwarmtewisselaars : droge zandgrond : 15 W/m² nodige bodemopp buiten : 533m² (met 1066m buis PE25 erin) Natte leemgrond : 30 W/m² nodige bodemopp buiten : 266m² (met 532m buis PE25 erin) 43 Dimensionering van horizontale bodemww Horizontale HORIZONTALE grondwarmtewisselaar bodem-warmtewisselaar 44

23 45 Horizontale BWW 46

24 Temp.-verloop in horizontale BWW 47 Condensor = vloerverwarming Verdamper = horizontale bodemww DX / DX warmtepomp Het koelmiddel verdampt in de horizontale bodemwarmtewisselaar (koperen buis) Het koelmiddel condenseert in de vloerverwarming (koperen buis) Eén compressor per kring (bvb gelijkvloers, SWW, badkamer : 3 compressoren) 48

25 DX / DX warmtepomp 49 programma Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies 50 50

26 Grondwater als bron Voordelen - beperkt grondbeslag - constante brontemperatuur - relatief hoge brontemperatuur - onuitputbaar Nadelen - goede waterkwaliteit niet overal beschikbaar - niet overal beschikbaar op haalbare diepte - hogere investeringskost - open systeem - energie nodig voor oppompen water - milieuvergunning nodig - gegarandeerde scheiding koelmiddel grondwater - boring, terugvoerput en afdichting vragen extra aandacht - grondige geohydraulische kennis vereist 51 Grondwater als bron Opletten voor : - grondwater-filter - verstopping verdamper (waterzijdig) - capaciteit van de bron kan dalen met de jaren - elektrisch verbruik van de grondwaterpomp (1kW?) - opletten dat geen lucht aan grondwater kan 52

27 Grondwater als bron 53 programma Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies 54 54

28 Buitenlucht Voordelen - beperkt grondbeslag - bijna overal toepasbaar - onbeperkt beschikbaar - onuitputbaar - lage investeringskost Nadelen - ontdooien noodzakelijk - hulpverwarmingssyteem noodzakelijk - zeer sterk wisselende brontemperatuur - periodiek zeer lage brontemperaturen mogelijk 55 Lucht / Lucht warmtepomp = omkeerbare split air-conditioner 56

29 Lucht / Lucht : koelen - verwarmen Koeling (zomer) Verwarming (winter) Split air-conditioner Lucht / Lucht warmtepomp Aandacht : geen premie voor warmtepompen die actief kunnen koelen ( actief : als compressor draait). 57 Schema : Lucht / Water 58

30 Lucht / Water WP Buiten-unit : verdamper (met ventilator) en compressor Binnenunit : condensor die zijn warmte afgeeft aan een waterafgifte systeem 59 Lucht / Water mono-block Geen binnen-unit : directe aansluiting van het verwarmings-systeem aan de buitenunit. 60

31 Buitenlucht als bron COP daalt als brontemp zakt Vermogen daalt als brontemp zakt 61 Buitenlucht als bron 62

32 programma Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies Combi : ketel + buitenlucht WP (ook koeling) 64

33 Combi : condenserende aardgasketel + buitenlucht- WP Buiten-unit (van de buitenlucht-warmtepomp) Binnen-unit (van de buitenluchtwarmtepomp) met aardgasketel Onder een bepaalde buiten-temperatuur stookt de ketel bij. (Dit is ook mogelijk op bestaande installaties) 65 Ventilatie-lucht als bron mechanische pulsie & extractie met ingebouwde warmtewisselaar en warmtepomp Voordelen - geen grondbeslag - hoge brontemperatuur - constante brontemperatuur Nadelen - geluidsproductie moet beperkt worden - beperkt beschikbaar (laag-energie-woning) - alleen toepasbaar bij bepaal ventilatiesystemen 66

34 WP-boiler Heeft klein vermogen aangezien continue werking (24h/24h). Doorgaans met bijstook (elektr.) daar piek-opwekking niet kan. lucht 20 C lucht 10 C Pro: efficiënte benutting van afgevoerde warmte Contra : piek-opwekking niet mogelijk 67 Andere mogelijke bronnen Akoelen van oppervlaktewater Afkoelen van rioolen Mest Industriële rest-warmte 68

35 programma Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies Het belang van een Lage-Temperatuur- Afgiftesysteem Theoretisch maximale COP (Carnot) COP stijgt als afgiftetemperatuur daalt! Carnot T T hoog hoog T laag 70

36 Warmte afgeven in het gebouw Op zo laag mogelijke temperatuur Energiebesparend, want minder productie en distributieverlies COP stijgt LTV systemen (temperatuur < 55 C) Luchtverwarming (lucht van C) Overgedimensioneerde radiatoren (45-55 C) Vloerverwarming (35 C) Wandverwarming (35 C) 71 Muur & plafond verwarming Plafondverwarming is zeer geschikt voor passieve koeling in de zomer 72

37 Verwarmen met regime +/- 24 C (is zeer goed voor COP van WP!) Koelen met regime +/-17 C (mogelijk passief te koelen met ondergrond-koelte) 73 Haalbaarheid Kan deze woning verwarmd worden met een WP? Woningen met grote warmteverliezen kunnen NIET verwarmd worden met een laag-temeratuur-verwarmings-syteem! (vloerverwarming ~ 40 W/m²) Betonkernactivering Warmteverliesberekening! 74

38 Passieve koeling - Bij geothermische WP-installaties kan de grondkoelte in de zomer door het afgiftesysteem gestuurd worden via een bypass-warmtewisselaar over de WP. - Enige verbruik zijn de circulatiepompen (primair en secundair) - Is topkoeling (geen airco) - Hierdoor wordt de ondergrond ge- regenereerd 75 Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies programma 76 76

39 Economische analyse in november ste 77 Economische analyse in april 2010 Totale jaarlijkse kosten van zes CV-installaties 3500, /j /j 2290 /jaar 2205 /jaar 2241 /jaar 2228 /j /j 2296 /jaar 3000, , /jaar 2000, , , , ,00 (Niet-condenserend) (Condenserend) (Horizontaal) (Vertikaal) Stookolie Aardgas Bodem Grondw ater Lucht CV Warmtepomp Verbruikskosten Werkingskosten Investeringskosten 78

40 Economische analyse in april 2010 Totale jaarlijkse kosten van zes CV-installaties 3500, , , /jaar 2000, , , , ,00 (Niet-condenserend) (Condenserend) (Horizontaal) (Vertikaal) Stookolie Aardgas Bodem Grondw ater Lucht CV Verbruikskosten Investeringskosten Warmtepomp Werkingskosten Totaal 79 Economische analyse Was voor een nieuwbouwwoning (129 m², 8 kw) - gerekend met brandstofprijzen van vandaag! De voorsprong voor de warmtepomp vergroot indien ik reken met : - toekomstige brandstofprijzen (duurder) - renovatiewoning (meer verbruikskost, de gele vakken worden groter) 80

41 Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen Verticale bodemwarmtewisselaar Horizontale bodemwarmtewisselaar Grondwater Lucht combi systeem Lage Temperatuur Verwarming Economische analise Subsiedies programma Fiscale voordelen particulieren 40% met maximum van euro/jaar Nieuwbouw : enkel geothermische WP Vervanging CV : alle types Vanaf 2009 : overdraagbaarheid gedurende vier jaar 82

42 Premie Vlaamse netbeheerders Actieplannen netbeheerders Vernieuwbouw : COP-eisen/type Nieuwbouw : vanaf 2009 => E-peil 83 Premie Vlaamse netbeheerders V.B. Iverlek/Eandis Nieuwbouwwoning: E80 E61: 400 euro + 30 euro x (E80 E- peil van de woning) E60 E41: 1000 euro + 40 euro x (E60 E- peil van de woning) E40 E0: 1800 euro + 50 euro x (E40 E- peil van de woning) Nieuwbouwappartement E80 - E61: 200 euro + 10 euro x (E80 E- peil van het appartement) E60 E41: 400 euro + 20 euro x (E60 E- peil van het appartement) E40 E0 : 800 euro + 30 euro x (E40 E- peil van het appartement) 84

43 Code van de goede praktijk PDF (gratis) boekvorm 85 Interessante video s op internet : Advies van architect Paul : part=v08267i0700selo 86

44 Meer info (warmtepompmatrix) - Code goede praktijk (140 blz PDF) - Excel dimensioneringstool - Bestek tekst ODE Brochures Gratis, 40 blz PDF download : Bestaat ook in versie : - Bio-energie - Fotovoltaïsch - Warmte uit zonlicht - Windenergie - 88

45 Einde Dank voor uw aandacht Ing. Campus De Nayer Onderzoeksgroep duurzame energie 89