REG in gebouwen: Installaties met warmtepompen : een overzicht

Transcriptie

1 REG in gebouwen: Installaties met warmtepompen : een overzicht Willy Van Passel, Raf De Herdt IDEG - De Nayer Instituut Wat is er nodig? Residentieel : Verwarmen van een gebouw kwh Productie warm water kwh 1

2 Wat is het doel? Verwarmen van een gebouw 21 C Productie warm water 38 C Hoe kunnen we dat doen? Stookolie Verbrandingsgas 1400 C CV-water : 75 C lucht : 21 C Gas Verbrandingsgas 1200 C CV-water : 75 C lucht : 21 C Warmtepomp ¾ v/d energie uit omgeving op -10 C tot +10 C, ¼ v/d energie uit elektriciteit CV-water : 25 C 45 C lucht : 21 C Wat is het doel? Voldoen aan alle comfortvoorwaarden Besparing van energie Besparing van energiekosten Vermindering van uitstoot van CO 2 en andere verbrandingsgassen 2

3 Wat is het doel? Doel : warmte maken op een bruikbare temperatuur (bv. 50 C) MET warmte uit de omgeving op -5 C tot 10 C 2 de hoofdwet van de thermodynamica : warmte stroomt altijd van hoge temperatuur naar lage temperatuur Analogie met water De warmtepomp verpompt energie uit de omgeving (op lage T) naar energie op hoge T Extra energie nodig Voorbeeldberekening Wat hebben we nu nodig aan energie per jaar? Verwarming Warmtepomp: kwh verwarming => 4000 kwh elektrische energie Sanitair warm water Zonneboiler Gezin 4 personen => boilerinhoud 200l, 4 m² collectoroppervlak Gezin 4 personen => 8kWh per dag => 3000 kwh per jaar => 1500kWh (1/2 zonneboiler) kwh (warmtepomp) => 500 kwh elektrische energie Totaal kwh => warmtepompvermogen 10kW => 1500 draaiuren Horizontale grondwarmtewisselaar 20 W/m lopende meter buis => 500m PE buis Elektriciteit Totaal 3000 kwh (algemeen) kwh (verwarming) = 7500 kwh => 75 m 2 fotovoltaïsch panelen (100kWh/m²) => zuid georiënteerd dak 12,5m x 6m 3

4 Duurzame technieken Duurzame technieken ZONNE-ENERGIE Optimale oriëntatie en hellingshoek 4

5 INVLOED HELLING EN ORIENTATIE Ruime zone met bijna optimale jaarlijkse opbrengst (5% verlies): - helling tussen 20 en 60 - oriëntatie tussen ZW en ZO hellingshoek 20º 60º Max. jaarlijkse instraling Ukkel 1083 kwh/m 2 - azimuth -2º (ongeveer zuid) - hellingshoek t.o.v. hor. vlak: 35º 95% bron: 3E 5

6 Zonneboiler Waar halen we warmte vandaan? Een heldere zomerdag : > 1000 W/m², Een zwaar bewolkte dag : 50 W/m². Het aandeel van de diffuse straling zeer groot : 60% diffuus en 40% direct zonlicht. Gemiddeld gezien (over een heel jaar) valt er bij ons 105 W/m² in. 600 Ingestraald vermogen (MJ/m²) Januari Februari Maart April Mei Juni Juli Augustus September Oktober November December Zon en sanitair warm water 6

7 Vlakke plaat collectoren en vacuümbuizen 7

8 Productie warm water Zonneboiler Zonnecollector Naar sanitair water Opslagvat Naverwarming Regeling Pomp Vlakkeplaat collector 8

9 Vacuümbuis 9

10 10

11 PV-SYSTEEM OP PRIVATE WONING 1 kwp = 1 kilowattpiek PV-module connectiedoos invertor meterkast oppervlakte: 8 m 2 gemiddelde opbrengst: ± 850 kwh/kwp.jaar of: >100 kwh/m 2 kostprijs: ± 6000 euro (incl. btw, installatie,randapparatuur) gemiddeld verbruik per gezin = 4000 kwh 100% = 5 kwp = 40 m 2 elektriciteitsnet PVT-panelen 11

12 Warmtepomp Ontwerpregels warmtepompsysteem woning afgifte T condenser T afgifte T woning 3 2 condenser P compressor T bron 1 verdamper bron bron COP SPF = T glycolwater T verdamper Q condenser = f ( T ) P compressor Q 3 = Δ varieert! condenser condenser jaar jaar SPFsys = Pcompressor ( Pcompressor + Phulp ) jaar jaar Q 12

13 Werkingsprincipe Verdamper Condensor Compressor Expansieventiel 13

14 Compressor Hermetische compressor Semi-hermetische compressor Scroll-compressor Schroefcompressor C0MPRESSOR TWEETRAPS 14

15 Verdamper / condensor Platenwarmtewisselaar Shell-and-tube Luchtbatterij Coaxiaal 15

16 Dubbelklikken op wit blad 16

17 Bron-temperaturen voor WP 17

18 Bronnen van warmte Vertikale sonde Horizontale grondwarmtewisselaar Grondwater Uit Geo-thermie.de; viessmann.be Energiepalen Lucht 18

19 Bron Dimensionering horizontale bodemwarmtewisselaaar: +/- overzicht Goedkoop Groot oppervlak vereist dus voor kleine projecten Snelle regeneratie maar ook afkoeling Geen vergunning Aanzienlijke grondwerken Gemiddelde SPF Geen koeling Opletten voor bodembevriezing Vuistregels Specifiek onttrekkingsvermogen 10-40W/m² (droog tov waterverzadigd) VDI 4640 Tussenafstanden buizen 50-80cm (droog tov waterverzadigd) Diepte buizen 1-1,5m Oppervlakte best zo groot mogelijk: 1 à 2 x vloeroppervlakte woning Configuratie Tichelman schakeling: opletten voor ontluchting Centrale collector BRON = horizontale grond-ww - Complex ontwerp - speciale opleiding vereisd - gespecialiseerd installateur die samenwerkt met grondwerker 19

20 Bron Dimensionering verticale bodemwarmtewisselaaar: +/- overzicht Combinatie voordelen grondwater en horizontale gww Dure uitvoering: gemiddelde prijs /m boorgat Kleine oppervlakte Hoge SPF Natuurlijke koeling mogelijk Kennis geologie vereist Correcte dimensionering ahv simulatie: continue en piekontrekkingsvermogens belangrijk Vuistregels Specifiek onttrekkingsvermogen 25-50W/m boorgat (droog tov waterverzadigd) VDI 4640 U dubbele U coaxiaal configuratie Tussenafstanden boringen 4-8m in lijn loodrecht op grondwaterstroming Dimensionering via simulatiepakket Piekvermogens: via warmteverliesberekening Hoeveelheid warmte koude/jaar: via E-peil berekening Configuratie Tichelman schakeling: opletten voor ontluchting Centrale collector 20

21 BRON = buitenlucht - Prefab-units - niet complex - installateurs-niveau 21

22 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 (max C) Wandverwarming (max. 60 C) Warmte afgeven in het gebouw Op zo laag mogelijke temperatuur : Radiatoren Convectoren Ventilo-conv. Luchtverwarming Vloerverwarming Wandverwarming Betonkernactivering 55 C 45 C x x x x (x) x 45 C 35 C 35 C 25 C 25 C 20 C Werkingsgebied warmtepomp (x) (x) x x x x x x 22

23 Lage Temperatuur Verwarmings-systeem Uit IWT-HOBU-project Warmtepompen, De Nayer Instituut 23

24 LTV berekening Voorbeelden installatie LTV: Zéér lage temperatuurverwarming : betonkernactivering 24

25 Uit Echo, Infra+, Slimdeck Heipalen als bodem-warmtewisselaar 25

26 Installatieschema BRON INSTALLATIE AFGIFTE Installatieschema 26

27 Voorbeeld uitvoering Bron: COP SPF PER COP = Coefficient of Performance = toestel, ogenblikkelijk COP = Q P H comp ( kwth) ( kw ) e SPF = Seasonal Performace Factor = installatie, periodiek SPF = W comp QH ( kwhth) + W ( kwh ) hulp e PER = Primary Energy Ratio = installatie, periodiek PER = W comp QH ( kwhth) + W ( kwh hulp primair ) 27

28 COP Carnot Condensor (Q H ) COP Carnot = T T hoog hoog T laag = T T condensatie condensatie T verdamping Compressor (W) Verdamper (Q L ) T hoog en T laag dicht bij elkaar : COP = hoog T hoog en T laag ver uit elkaar : COP = laag COP COP COP Carnot Carnot Carnot = = 7, = = 6, = = 10, Indien warmteafgifte aan water SPF = f f θ Δθ f pumps COP test f θ : correctiefactor voor het effect van een andere afgiftetemperatuur dan tijdens test f Δθ : correctiefactor voor het effect van een ander temperatuursverschil in afgiftekring dan bij test f pumps : correctiefactor voor verdamperpomp (indien aanwezig) 28

29 SPF (stookseizoen) SPF = W comp QH ( kwhth ) 5917 ( kwhth ) = = 3,05 + W ( kwh ) ( kwh ) hulp e e 95,8 kwhe 1750 kwhe 95,8 kwhe Primaire pomp Compressor Secundaire pomp 5917 kwh th COP test SPF PER voor woningen Volgens berekening in EPB (afgeleid uit VDI 4650) Regime 35-30, met stooklijn Lucht-water Bodem-water Water-water COP volgens EN ,0-3,5 4,0-4,8 5,0-5,8 SPF 3,1-3,6 3,9-4,7 3,8-4,5 PER 1,2-1,4 1,6-1,9 1,5-1,8 Condens. gasketel L-W W-W B-W PER 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 1,0 29

30 CODE EN REKENBLAD Wat is CvGP Warmtepompen Opgedeeld in 3 delen Deel 1: introductie - achtergrondinformatie Warmtepomptechniek BOA Toepassingsgebied Wat in het achterhoofd houden bij het toepassen van een warmtepomp Deel 2: stappenplan met werkbladen Stappenplan voor ontwerp van een warmtepompinstallatie voor een woning volgens BOA structuur Werkbladen Deel 3: bijlagen Literatuur Uitgewerkte voorbeelden Werkbladen zijn deels geautomatiseerd overgenomen in excel rekenblad Er wordt uitgegaan van een basiskennis ontwerp verwarmingsinstallaties: warmteverlies, hydraulica, Terug te vinden op

31 1ste 2de November de September

32 Nuttige documentatie Algemeen : Folder Warmtepompen ( Brochure Warmtepompen ( Technisch : Code van Goede Praktijk voor warmtepompen in woningen ( : WarmtepompMatrix 32