Meetresultaten Infrax Dilbeek, demo

Transcriptie

1 Meetresultaten Infrax Dilbeek, demo Auteur(s): Mathias Coomans, Koen Allaerts, Rutger Baeten Datum: September 2015 Deze studie werd uitgevoerd in het kader van het IWT-VIS traject Smart Geotherm ( ) Meetresultaten Infrax Dilbeek 1

2 Inhoudstafel 1 Gebouw en systeem Betonkernactivering Ventilatie Hydraulisch schema Technische prestaties Energieverbruik installatie (Verwarmingsmodus) Prestatie warmtepomp Prestaties warmteafgiftesystemen Klimaat en comfort op werkvloer Klimaat en comfort op basis van de meetgegevens ASHRAE Standard Comfort-enquête voor de landschapskantoren Klimaat en comfort in vergaderzalen Comfort-enquête vergaderruimtes Conclusie en suggestie Meetresultaten Infrax Dilbeek 2

3 1 Gebouw en systeem Dit document kadert in het IWT VIS traject Smart Geotherm en geeft een overzicht van de meetresultaten van het demoproject Infrax te Dilbeek. Het betreft een kantoorgebouw van vier bouwlagen met een ondergrondse parkeergarage, de renovatie van het achterliggende magazijn en de heraanleg van de omgeving. Met zijn compact volume, zijn doorgedreven isolatie en een uitstekende luchtdichtheid wordt de warmtevraag sterk teruggedrongen. Luifels en gestuurde zonneweringen reduceren de koellast ten gevolge van zoninstraling tot een minimum, terwijl de interne koellast gereduceerd wordt door de toepassing van daglichtsturing voor verlichting. Het gebouw kan in twee zones (NO en ZW) worden verdeeld, waarbij de invloed van de omgeving verschillend zal zijn. NO ZW Figuur 1: Kantoorgebouw Infrax: oriëntatie en vooraanzicht Aan de resterende vraag naar verwarming en koeling wordt voldaan door een combinatie van een warmtepomp, BEO (Boorgat Energie Opslag) met betonkernactivering. De comforttemperatuur wordt verder verzekerd door het voorkoelen en voorverwarmen van de hygiënische ventilatielucht. Er zijn geen extra verwarmingslichamen noch is er actieve koeling in het gebouw. De technische installatie is operationeel sinds juni 2012 (sindsdien gebouw volledig bezet). De regeling staat nu vrij goed op punt (juni 2013). Mogelijks maakt men nog bijkomende aanpassingen in de loop van Onderzoeksvraag: In deze studie wordt de impact van een sterk wisselende bezetting nagegaan op het comfort in de vergaderruimtes. Verder wordt er een comfort-enquête uitgevoerd voor de vergaderruimtes en de landschapskantoren met betonkernactivering. Daarnaast worden ook de prestaties van de verschillende componenten (warmtepomp, betonkernactivering, VAV, luchtgroep) van de verwarmingsinstallatie meer in detail bekeken. De resultaten van dit onderzoek werden overlopen met studiebureau Boydens en reeds toegelicht op de werkgroep geothermie (21/03/2014) en gepresenteerd op het warmtepompsymposium (10/09/2014). Meetresultaten Infrax Dilbeek 3

4 1.1 Betonkernactivering De betonkernactivering (BKA) ligt in het plafond van elke verdieping. Het gaat hier telkens om 1 laag leidingen, gelegen aan de onderkant van de betonlaag (op +- 15cm van het hart van de laag). De BKA laag is bedekt door 45cm valse vloer met daar bovenop tapijttegels. Het klimaat op de verdiepingen wordt dan ook volledig bepaald door het plafond. De betonkerntemperatuurmeters zijn geplaatst op 3 verschillende locaties, waarbij telkens 2 meters op verschillende dieptes in het beton zijn geplaatst (namelijk 30mm en 70mm, ten opzichte van de onderkant van de betonlaag). De meting op 30mm geeft de gemiddelde contacttemperatuur voor de BKA. De meting op 70mm is benaderend voor de watertemperatuur. Verder wordt het klimaat geregeld door het ventilatiesysteem. De vloer op de begane grond is niet thermisch geactiveerd. Het klimaat wordt hier (net zoals bij de andere verdiepingen) geregeld via het plafond en via de ventilatie. Figuur 2: Doorsnede kantoorgebouw Infrax 1.2 Ventilatie Naast de BKA zorgt de ventilatie voor de klimatisatie van de verschillende ruimten. De verwarming in elke ruimte wordt apart gestuurd door middel van VAV-boxen (Variable Air Volume). In verwarmingsmodus wordt de lucht voorverwarmd door middel van het warmtewiel in de luchtgroep Meetresultaten Infrax Dilbeek 4

5 nadien wordt de luchtverdeling naar de verschillende ruimten gestuurd door middel van de VAVboxen in de ventilatiekanalen. De lucht wordt nadien verder opgewarmd naar de gewenste temperatuur met behulp van de verwarmingsbatterijen in de pulsiekanalen. In koelingsmodus wordt de lucht, ofwel afgekoeld door middel van het warmtewiel, ofwel omgeleid door middel van de bypass (free cooling) in de luchtgroep. Waarna de lucht finaal wordt afgekoeld met behulp van de koelbatterij en verdeeld wordt over de verschillende ruimten met behulp van de VAV-boxen. VAV Figuur 3: Inplanting VAV-box in het ontwerp van de ventilatie 1.3 Hydraulisch schema Figuur 4 geeft het hydraulisch schema weer van het verwarmingscircuit. De BKA, LG en VAV worden gevoed door de warmtepompen. De koeltoren kan ingeschakeld worden voor de regeneratie van de bodem. Doordat de koudevraag van het kantoor op jaarbasis groter is dan de warmtevraag, zal de temperatuur van de bodem stelselmatig stijgen. Indien de bodemtemperatuur te hoog wordt, en daarbij passieve koeling niet meer mogelijk is in de zomermaanden, zal de koeltoren ingeschakeld worden om warmte uit het BEO veld af te blazen, en de bodemtemperatuur zo terug te laten dalen. Vooralsnog is werd de koeltoren nog niet gebruikt. De warmtepomp kan nog werken in de zomer, aangezien de passieve koeling niet verbonden is met de hoofdkring, maar enkel met het BKA systeem. Warmte van de warmtepompen blijft het hele jaar door nodig, voor onder andere naverwarming van de ventilatielucht in VAV en voorverwarming van inkomende buitenlucht in de LG. Meetresultaten Infrax Dilbeek 5

6 Figuur 4: Hydraulisch schema van het verwarmingscircuit 2 Technische prestaties In dit hoofdstuk worden de prestaties van de verschillende componenten in de technische installatie meer in detail besproken. De prestaties van de warmtepomp en van de verschillende warmteafgiftesystemen (BKA, Luchtgroep) worden onderzocht. 2.1 Energieverbruik installatie (Verwarmingsmodus) Figuur 5 geeft een overzicht van het energieverbruik van de verschillende componenten in wintercondities. De warmtevraag van de VAV en de luchtgroep is goed voor 60% van de warmteproductie. De resterende 40% gaat naar de verwarming van de BKA. Het elektriciteitsverbruik van HVAC is 4 keer groter dan dat van de warmtepompen en heeft een grote invloed op het totale energieverbruik van de installatie. Het hoge verbruik van de luchtgroep en de VAV kan duiden op een te hoog ventilatiedebiet. Meetresultaten Infrax Dilbeek 6

7 2.2 Prestatie warmtepomp Figuur 5: Overzicht energieverbruik (verwarmingsmodus) Op basis van het elektrisch verbruik en de warmteproductie van de warmtepomp gedurende de meetperiode kan de COP bepaald worden. De gemiddelde COP over de meetperiode bedraagt 5,7. Deze hoge COP wordt onder andere bereikt door de relatief hoge bodemtemperatuur (11-16 C). Figuur 7 geeft de aanvoer- en retourtemperatuur weer van het BEO veld naar de warmtepomp. Naar het einde van het winterseizoen toe, zien we dat de bodemtemperatuur slechts gedaald is van C tot C. Vooralsnog heeft men de koeltoren nog niet moeten inschakelen voor regeneratie van de bodem. Echter, dit zou in 2014 wel eens kunnen nodig zijn, indien we te maken krijgen met bodemtemperaturen C in de piek van het koelseizoen. Op grafiek zijn de temperatuurstijgingen tussen 23/09 en 13/10 ten gevolge van de passieve koeling. Figuur 6: COP van de warmtepomp gedurende de meetperiode Meetresultaten Infrax Dilbeek 7

8 Figuur 7: Werkingsregime primaire zijde van de warmtepomp 2.3 Prestaties warmteafgiftesystemen Op basis van de gemeten aanvoer- en retourtemperaturen kunnen de geleverde thermische vermogens van de verschillende warmteafgitesystemen berekend worden (Figuur 11). De BKA koelt in de maanden september en oktober met een gemiddelde koelvraag van 10-15kW (passieve koeling). In de maanden november tot februari is de gemiddelde warmtevraag 15-20kW waarbij de BKA een gemiddeld temperatuurregime heeft van C (Figuur 8). Figuur 8: Overzicht van de betonkerntemperatuur en de aanvoer- en retourtemperatuur naar de BKA. Meetresultaten Infrax Dilbeek 8

9 De luchtgroep heeft een gemiddelde warmtevraag van 15kW, de VAV-box een gemiddelde warmtevraag van 8kW. Deze laatste heeft een aanvoertemperatuur in de winter van 40 C, waarbij de warmtepomp nochtans ontworpen is voor een temperatuurregime van 32/28 C (Figuur 9). Figuur 9: Aanvoer- en retourtemperatuur VAV. Figuur 10 geeft de pulsie- en extractietemperatuur weer van de ventilatie. Het instelpunt van de pulsietemperatuur (luchttemperatuur geleverd door luchtgroep) wordt bepaald op 15 C in gelijk welke gebouwmodus. De regeling van de pulsietemperatuur gebeurt door een volgordewerking van het modulerende warmtewiel, de verwarmingsbatterij en de koelbatterij. De naverwarming gebeurd in de VAV-dozen, die de luchtstroom van 15 C naar C brengen. Het debiet wordt geregeld op basis van CO 2 gehalte en de ruimtetemperatuur. Figuur 10: Overzicht van de pulsie- en extractietemperatuur van de ventilatie op de 1ste verdieping. De luchtgroep is uitgerust met frequentieregeling en druksensoren in het pulsie- en extractiekanaal. Hiermee wordt de druk in de luchtkanalen constant gehouden in functie van de opening van de VAVdozen. Meetresultaten Infrax Dilbeek 9

10 Figuur 11: Overzicht geleverde warmtevermogen BKA, luchtgroep en VAV-boxen Meetresultaten Infrax Dilbeek 10

11 3 Klimaat en comfort op werkvloer In dit hoofdstuk wordt het klimaat en het comfort op de werkvloer meer in detail besproken. De temperaturen van de NO en ZW-zone worden met elkaar vergeleken en dit voor het eerste en tweede verdiep. Vervolgens wordt de ASHRAE-55 standaard toegepast op de gegevens van het tweede verdiep. Tot slot werd er een enquête gehouden in verband met het comfort in het gebouw. Figuur 12: Indeling 1ste en 2de verdieping 3.1 Klimaat en comfort op basis van de meetgegevens Figuur 13 geeft een overzicht van de ruimtetemperatuur van de eerste verdieping. Er is een klein temperatuurverschil tussen de noord- en de zuidkant. Waarbij de statische zonnewering dus een gunstig effect heeft op het klimaat. Op de tweede verdieping is er toch een groter temperatuurverschil (1-2 C) dan op de eerste verdieping. Dit duidt er op dat de automatische zonnewering niet altijd even effectief is. Figuur 13: Ruimtetemperatuur 1ste verdieping Meetresultaten Infrax Dilbeek 11

12 Figuur 14: Ruimtetemperatuur op de tweede verdieping ASHRAE Standard 55 Om het thermisch comfort te bepalen in de verschillende ruimten kan men gebruik maken van de ASHRAE Standard 55. Het is een standaard dat minimumvereisten voorziet voor een aanvaardbaar binnenklimaat. Figuur 15 geeft de grenzen weer, waarbinnen de temperatuur en de relatieve vochtigheid moeten gelegen zijn voor een aanvaardbaar binnenklimaat. Figuur 15: Vereisten voor een aanvaardbaar binnenklimaat volgens ASHRAE-55 Figuur 16 geeft de ASHRAE-55 grenzen weer die toegepast worden op de meetgegevens van de tweede verdieping. Voor de periode september en oktober is het comfort aanvaardbaar. Er is amper een temperatuurverschil van 1 C tussen beide zones. Voor de periode november-januari is er een temperatuurverschil van 2 C tussen beide zones en is de ZW-zone soms te warm. Het klimaat van beide zones is ook relatief droog. Meetresultaten Infrax Dilbeek 12

13 Figuur 16: Toepassing van de ASHRAE-55 op het klimaat van het 2de verdieping 3.2 Comfort-enquête voor de landschapskantoren Figuur 17 geeft de gedetailleerde enquêteresultaten van temperatuursensatie en luchtkwaliteit, en dit voor 3 verschillende zones in het Infrax gebouw (3 de verdieping vooraan [ZW], 2 de verdieping vooraan [ZW] & achteraan [NO]). In de zomerperiode heeft men het bijna nooit te warm, algemeen kan men stellen dat er voldoende koeling is voorzien in het gebouw (tevredenheid ligt tussen 80-90%, veel beter dan de gemiddelde referentiewaarde van 52% en de best practice score van 64%). Een persoon merkt wel op dat de automatische zonnewering niet altijd werkt, of niet altijd reageert op invallend zonlicht in de zomer. Meetresultaten Infrax Dilbeek 13

14 Figuur 17: Resultaten enquête (FACTOR 4) Het klimaat gedurende de zomer is goed op het 3 de verdiep, waar we bijna 70% tevredenheid zien (best practice 86%). De 2 de verdieping heeft echter een mindere score, het resultaat voor zowel voor- als achterzijde ligt hier tegen 50% (worst practice 50%). Voor de achterzijde van het gebouw zou dit normaal kunnen zijn, aangezien deze richting het noordoosten gelegen is. Aan de voorzijde valt dit resultaat moeilijk te verklaren. Momenteel zijn er nog onvoldoende metingen van ruimtetemperatuur en ventilatie voorhanden om de zomerperiode te onderzoeken. Uit de metingen van de voorbije herfst- en winterperiode kunnen we ook niet direct een verklaring afleiden. Figuur 18 geeft immers een vergelijking van de temperaturen op de tweede verdieping aan de NO-zijde en de temperaturen op de eerste verdieping aan de ZW-zijde. We gebruiken de temperaturen van de ZW-zijde op het eerste verdiep omdat deze goed overeenkomen met die van de NO-zijde (waar deze niet in detail beschikbaar zijn). De temperaturen van beide niveaus zijn vergelijkbaar voor de maanden september en oktober en het binnenklimaat is aanvaardbaar. Voor de maanden november-januari is de temperatuur op het tweede verdiep lager dan op het eerste verdiep. Nochtans zijn de betonkerntemperaturen van het 2 de en 3 de verdiep gelijk. De lagere ruimtetemperatuur in de winter kan mogelijks een gevolg zijn van een hoger ventilatiedebiet. Meetresultaten Infrax Dilbeek 14

15 Figuur 18: Vergelijking temperaturen van eerste verdieping en tweede verdieping. Voor de winter zijn de resultaten hier positief voor de zones aan de voorzijde van het gebouw, welke zuidwestelijk georiënteerd zijn. De tevredenheid over de warmtehuishouding ligt hier tussen 85-90% (best practice 77.4%), op de vraag of het in de winter vaak te warm is. Tevredenheid over de verwarming ligt tussen 68-76%, ook weer beter dan best practice (60%). De tevredenheid aan de achterzijde van het 2 de verdiep scoort bijna 30% lager, en komt zo overeen met het referentie gemiddelde van Factor4. De temperatuur in deze zone ligt gemiddeld 1 C lager dan die in het landschapskantoor. 4 Klimaat en comfort in vergaderzalen In dit hoofdstuk wordt het klimaat en het comfort in de vergaderzalen verder onderzocht. Er wordt nagegaan welke impact een wisselende bezetting heeft in de vergaderruimtes op het comfort en de temperatuur. Twee vergaderzalen worden intensief bemeten (7-8 meetpunten) gedurende een werkweek. In deze werkweek waren er 2 warme (T buiten=15-20 C) en 2 koude dagen (T buiten=10-15 C). Daarnaast wordt er ook een enquête gehouden over het comfort in beide vergaderzalen. Meetresultaten Infrax Dilbeek 15

16 Figuur 19 geeft een overzicht van de meetpunten in de twee vergaderzalen. Er werden meters centraal, aan de zijde van een deur, aan de pulsie van de ventilatie en in de nabijheid van ramen geplaatst. Figuur 19: Meetpunten in de twee vergaderzalen. Figuur 20 geeft het comfort weer van de kleine vergaderzaal gedurende de werkweek. Men kan algemeen stellen dat het klimaat te koud is en dit op verschillende plaatsen in de vergaderzaal. Figuur 20: Comfort kleine vergaderzaal Figuur 21 geeft het comfort weer voor de grote vergaderzaal. Hier kan men vaststellen dat het nog kouder is dan in de kleine vergaderzaal. Meetresultaten Infrax Dilbeek 16

17 Figuur 21: Comfort in de grote vergaderzaal 4.1 Comfort-enquête vergaderruimtes Naast de meetgegevens werd er ook een enquête gehouden bij de gebruikers van de vergaderzalen. Hier zien we dat de meeste mensen het niet te warm vonden in beide vergaderzalen. De meeste mensen vonden het ook niet te koud. Voor de kleine vergaderzaal was 53% tevreden met het globaal comfort en voor de grote vergaderzaal was 76% tevreden met comfort. Op basis van de resultaten van de enquête, is het comfort in de vergaderzalen aanvaardbaar, maar op basis van de meetgegevens zien we dat dit op de grens ligt. Meetresultaten Infrax Dilbeek 17

18 Figuur 22: Resultaten van de enquête in verband met het comfort in de vergaderzalen. Meetresultaten Infrax Dilbeek 18

19 5 Conclusie en suggestie Op basis van de meetgegevens en de enquêtes kan er besloten worden dat het comfort algemeen goed is in zowel de kantoorruimtes als de vergaderzalen. De temperatuurstijgingen door bezetting worden snel opgevangen door de ventilatie. Dit kan erop duiden dat het ventilatiedebiet ruim voldoende is of te hoog ligt. Hierdoor kan lokaal discomfort mogelijk zijn. Door het intensief gebruik van de VAV en de luchtgroep is het aandeel van de BKA lager dan verwacht. De VAV vraagt momenteel ook een hoger temperatuurregime van de warmtepomp in vergelijking met ontwerpcondities. Door het intensief gebruik van de VAV en de luchtgroep is het totale elektrisch verbruik relatief hoog in vergelijking met de warmtevraag. Omdat de koudevraag op jaarbasis groter is dan de warmtevraag stijgt de bodemtemperatuur. Deze evolutie moet opgevolgd worden en kan mee onder controle gehouden worden via volgende maatregelen: Reductie van het ventilatiedebiet Regeneratie van de bodem via de koeltoren Verder reduceren koudevraag in de zomer (controle werking zonnewering) Meer doorgedreven nachtventilatie Op basis van de enquête en de meetgegevens blijkt dat er een temperatuurverschil tussen de beide zones op het tweede verdiep bestaat. Dit kan eventueel worden opgevangen door de BKA temperaturen apart te regelen of om de ventilatiedebieten en setpunten per ruimte te herbekijken. Meetresultaten Infrax Dilbeek 19