Door Anna Gruber (FfE), Serafin von Roon (FfE) en Karin Wiesmeyer (FIW)

Transcriptie

1 Energiebesparingspotentieel door isolatie Door Anna Gruber (FfE), Serafin von Roon (FfE) en Karin Wiesmeyer (FIW) Het is bekend dat de CO 2 uitstoot tegen 2020 fors naar omlaag moet. In Duitsland zijn gebouwen goed voor 40% van de CO 2 emissie. Hoe hoog de warmteverliezen in technische installaties in de industrie waren, bleef moeilijk in te schatten omdat er geen voldoende gegevens voorhanden waren. Dit onderzoek moet daar meer klaarheid in brengen. In het kader van een onderzoeksproject naar het besparingspotentieel door isolatie van technische leidingen in de industrie, werden een aantal installaties gedetailleerd onderzocht door het Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft (FfE), een Duits kenniscentrum rond energievragen. Daarbij werd het warmteverlies gemeten van een aantal leidingen en accessoires (pompen, kleppen...). Op basis daarvan werden de totale verliezen berekend. Het project kwam tot stand in samenwerking met een andere onderzoeksinstelling:forschungsinstitut für Wärmeschutz München (FIW) en werd door de Beierse regering ondersteund. Methode Voor het bepalen van de warmteverliezen werd een gestandaardiseerde opnameprocedure ontwikkeld. Zo werden gegevens over leidinglengte, isolatiedikte of het aantal flenzen, armaturen, pompen en andere accessoires systematisch verzameld. De warmteverliezen van technische installaties werden onderzocht in zes bedrijven uit diverse sectoren. Ze behoren tot de volgende branches: voeding machinebouw chemie voertuigen staal en non-ferrometalen Bij de verzameling van de data werd een onderscheid gemaakt tussen warmte voor verwarming en proceswarmte, net als tussen comfortairconditioning en proceskoeling. Het onderzoek sloeg op de meest uiteenlopende installatietypes voor productie en verdeling van warmte en koude. De volgende componenten werden gedetailleerd onderzocht: 26

2 Vaktechniek Verwarming: ketel buffervat onderstations leidingen (binnen en buiten) Stoom: stoomketel onderstations leidingen (binnen en buiten) Proceswarmte: ketel onderstations buizen (binnen) procesinstallaties Er werden thermografie-opnames gemaakt (zie figuur 1) van leidingen en installatieonderdelen om eventuele koude- of warmtebruggen te ontdekken. Figuur 1: Warmteverliezen in een CV-verdeelleiding. Evaluatie Op basis van het detailonderzoek werden er warmteverliesberekeningen uitgevoerd voor alle installatie-onderdelen. Hierbij werd het aantal pompen, armaturen en flenzen per diameter in rekening gebracht. Naast de meetdata werd ook gebruik gemaakt van plannen en schema s en gegevens van de regeltechniek om een totaalbeeld van de installatie te krijgen. Verder werden de leidinglengtes per diameter gemeten (tabel 1). Er werd ook een onderscheid gemaakt tussen leidingen met en zonder isolatie, en bij de geïsoleerde leidingen werd nagegaan of de isolatie van voor 1990 was of niet. DN Leidinglengte Armaturen Pompen Kleine Flenzen (m) armaturen Totaal Tabel 1: Leidinglengtes (links) en het aantal grote en kleine armaturen, pompen en flenzen per diameter in een van de onderzochte bedrijven. 27

3 Leidinglengte in m Bedrijf 1 Bedrijf 2 Bedrijf 3 Bedrijf 4 Bedrijf 5 Bedrijf 6 Diameter (DN) Figuur 2: Leidingslengte per bedrijf en per diameter. Figuur 2 geeft de leidinglengtes weer per bedrijf en per diameter. De meeste leidingen vallen in de categorie DN 10 tot DN 65, omdat deze diameters typisch zijn voor verwarmingsinstallaties. Diameters van DN 200 en groter zijn dan weer hoofdzakelijk te vinden in installaties voor proceswarmte. Om het warmteverlies van niet geïsoleerde installatie-onderdelen te bepalen, zoals armaturen, pompen en flenzen, had het FIW al een koudebrugcatalogus gemaakt voor VDI Op basis van metingen en simulaties werd voor iedere component een formule opgesteld voor de berekening van het warmteverlies. De resultaten worden in tabellen voorgesteld per temperatuurniveau en diameter in de koudebrugcatalogus. De leidingverliezen werden berekend met behulp van het ISOTWC softwarepakket. Totaal warmteverlies De verliezen van de aparte componenten, leidingen en installaties werden samengeteld. Tabel 2 geeft het overzicht van de resultaten van een bedrijf. Er is een indeling naar temperatuurniveau (verwarming, stoom en proceswarmte) en volgens type (leiding, soort component). Leiding- Buizen Andere Aandeel componenten componenten Tot 110 C (verwarming) 2% 18% 1% 21% 70 to 250 c (stoom) 2% 5% 0 7% >250 C (proceswarmte) 72% % Totaal 76% 23% 1% Tabel 2: Voorbeeld van de totale warmteverliezen in een van de bedrijven. 28

4 Aandeel van het warmteverlies in het totale brandstofverbruik (huidige toestand). Bedrijf 1 19% Bedrijf 2 16% Bedrijf 3 12% Bedrijf 4 15% Bedrijf 5 19% Bedrijf 6 6% Tabel 3: Totaal warmteverlies per bedrijf. Bedrijf 1 Bedrijf 2 Bedrijf 3 Bedrijf 4 Bedrijf 5 Bedrijf 6 Geïsoleerd Niet geïsoleerd Andere componenten Figuur 3: Verhouding van de warmteverliezen door geïsoleerde en niet-geïsoleerde leidingonderdelen. Tabel 3 geeft de totale warmteverliezen. Een hoog aandeel in het totale brandstofverbruik wijst niet noodzakelijk op een gebrekkige isolatie. Sommige bedrijven hebben een lang en breed vertakt leidingnet, dat zelfs met isolatie, toch nog hoge verliezen veroorzaakt. Het is dus belangrijk te weten hoe groot het niet-geïsoleerde deel van een installatie is. Figuur 3 toont het aandeel van geïsoleerde en niet-geïsoleerde leidingen in de warmteverliezen van de bedrijven. Met andere componenten worden elementen bedoeld zoals verwarmingsketels, buffervaten, ovens of reactievaten. Bij deze laatste was het niet altijd mogelijk een onderscheid te maken tussen geïsoleerde en niet-geïsoleerde delen. Besparingspotentieel Er werden twee methoden voor energiebesparing onderzocht. Variant 1 bestaat uit het isoleren van alle delen van de installatie die nu nog niet geïsoleerd zijn. Hierbij koos men voor de isolatiedikte met de laagste levencycluskosten. Er werd rekening gehouden met het feit dat niet alle installatiecomponenten geïsoleerd konden worden (bijvoorbeeld enkele oudere pompen). Variant 2 bestaat uit de maatregelen van Variant 1, gecombineerd met een optimalisering van de isolatie van de reeds geïsoleerde onderdelen. Ook hier ging men uit van de isolatiedikte met de laagste levenscycluskosten. Bij beide varianten hield men er ook rekening mee dat sommige installatiedelen niet afdoende geïsoleerd zouden kunnen worden wegens plaatsgebrek. 30

5 Kosten in euro/m 2 jaar Kosten warmteverlies Isolatiekosten Totale kosten Isolatiedikte in mm Figuur 4: Bepaling van de optimale isolatiedikte. Figuur 4 toont hoe de economisch optimale isolatiedikte bepaald wordt volgens VDI Met economisch optimale isolatiedikte bedoelt men die dikte waarbij de som van de investering en de kosten door warmteverlies (werkingskosten) minimaal is, over de hele levensduur bekeken. Naarmate de isolatiedikte stijgt, dalen ook de kosten door warmteverliezen. Daarentegen zijn de investeringskosten hoger. De grafiek toont ook de totale kosten, samengesteld uit de jaarlijkse werkingkosten en de eenmalige investeringskost. Het minimum op de grafiek komt overeen met de economisch optimale dikte. Praktisch gesproken, betekent dat meestal een extra isolatielaag (weergegeven als een sprong in de functie), omdat dit een duidelijke energiebesparing oplevert, voor relatief lage investeringskosten. De economisch optimale isolatiedikte werd ook met het ISOWTC programma berekend. Als dat tot een lagere dikte leidt dan voorgeschreven door de huidige Duitse eisen, dan kiest men voor het geval met de dikste isolatielaag. Dat laatste geldt natuurlijk ook als er al een dikkere isolatielaag is aangebracht, dan volgens de berekening nodig is. Resultaten Tabel 4 toont de huidige warmteverliezen en de mogelijke besparingen volgens beide varianten voor extra isolatie. In de onderzochte gevallen vertegenwoordigen de warmteverliezen door de installatie tussen 6 en 20% van de brandstofkosten. Het gemiddelde verlies bedraagt 15%. De mogelijke besparing door het isoleren van de niet geïsoleerde installatie-onderdelen schommelt tussen 1% en 5% van het totale brandstofverbruik, met een gemiddelde van 3%. Als men dan ook de geïsoleerde delen helemaal op de economisch optimale dikte brengt, vertegenwoordigt dat nog een extra 1% van het brandstofverbruik, vergeleken met Variant 1. De toepassing van Variant 2 brengt echter hogere kosten met zich mee, omdat de bestaande isolatie veelal eerst moet gedemonteerd worden. Het is dan ook aan te raden om geleidelijk over te schakelen op de economisch optimale isolatiedikte, bij onderhoud of renovatie van installatiedelen. 32

6 Vaktechniek Aandeel warmteverliezen in het totale brandstofverbruik Besparing door isolatie Huidige Variant 1 Variant 2 In verhouding In verhouding toestand tot het totale tot het warmteverlies brandstofverbruik Variant 1 Variant 2 Variant 1 Variant 2 Bedrijf 1 19% 17% 13% 3% 6% 14% 32% Bedrijf 2 16% 13% 12% 3% 4% 20% 24% Bedrijf 3 12% 8% 7% 4% 5% 36% 41% Bedrijf 4 15% 12% 11% 3% 4% 20% 25% Bedrijf 5 19% 14% 13% 5% 6% 27% 31% Bedrijf 6 6% 5% 5% 1% 2% 19% 25% Gemiddelde 15% 11% 10% 3% 4% 23% 30% Tabel 4: Warmteverliezen in de huidige toestand en volgens varianten 1 en 2. Brandstofverbruik om de warmteverliezen te compenseren in % Huidige toestand Variant 1 Variant 2 Figuur 5: Warmteverliezen in de huidige toestand en volgens variant 1 en 2. Gerekend naar warmteverliezen, komt Variant 1 overeen met een vermindering van 23% en Variant 2 met 30% (zie figuur 5). Figuur 6 toont het besparingspotentieel van beide varianten, opgedeeld naar temperatuurniveau. De grootste besparingen zijn te realiseren door installatie-onderdelen met temperaturen van C te isoleren. Bij werkingstemperaturen boven 250 C is er namelijk in elk geval isolatie aangebracht als aanrakingsbescherming. Bijkomende isolatie levert dan relatief weinig op, ondanks de hoge temperatuur. De besparingen van respectievelijk 23% en 30% worden nogmaals uitgesplitst naar temperatuurniveaus in figuur 6. 33

7 Aandeel van de besparing Besparing met Variant 1 Besparing met Variant 2 Verwarming Stoom en condensatie Proceswarmte Figuur 6: Besparingspotentieel volgens de verschillende temperatuurniveaus. Samenvatting Uit het gedetailleerde onderzoek bij zes bedrijven bleek dat de isolatie van technische installaties het verbruik en de CO 2 uitstoot merkelijk doet dalen, en dus bijdraagt tot de klimaatdoelstellingen. Door de tot nu toe niet-geïsoleerde componenten alsnog te isoleren, kon met het warmteverlies met 23% verminderen (zie figuur 5). Door de isolatie van reeds geïsoleerde leidingen te optimaliseren, kon men de verliezen met nog eens 7% reduceren. Uit het project kan men de volgende conclusies trekken: De totale warmteverliezen van een bedrijf bepalen, kost zeer veel tijd. Het aandeel van de warmteverliezen in het totale brandstofverbruik van een bedrijf zegt niets over de kwaliteit van de isolatie. De maximaal haalbare isolatiedikte hangt ook af van hoeveel plaats er beschikbaar is. Het is niet mogelijk om echt alle buizen en componenten te isoleren. Warmteverliezen worden sterk gereduceerd als men alle niet-geïsoleerde leidingdelen wel van isolatie voorziet. Een economische optimalisatie van de bestaande isolatie zorgt voor een extra besparing. 34