Circulatieretourleiding

Transcriptie

1 Circulatieretourleiding in de stijgleiding Al in 1983 was in de voormalige DDR, patent verkregen op de zogenaamde binnenliggende circulatieleidingen. Vanaf die tijd werden in verschillende bouwwerken vanaf de kelder verdeelleidingen aangelegd en gekoppeld aan glazen(!) stijgleidingen met een binnenliggende PE-buis die dienst deed als circulatieretourleiding. De voornaamste reden hiervoor was, dat een energiebesparing werd bereikt van 20 tot 30 %. Na de val van de Muur in 1991 pakte Viega het in de vergetelheid geraakte fenomeen binnenliggende circulatieleiding weer op en integreerde dit in haar perssystemen Profipress en Sanpress-Inox. Het eerste project voor Viega was een renovatie van een woonblok met vijf verdiepingen in Potsdam. Eén van de redenen om dit te realiseren was de geringe ruimte in de schachten waarin géén plek was voor de circulatieretourleidingen. Inmiddels zijn ook in Nederland de eerste projecten gerealiseerd. Voor woningbouwvereniging Singelveste te Breda bijvoorbeeld een appartementencomplex door Installatie Zandberg BV te Breda. Een volgend renovatieproject, maar dan voor Wonen Breburg te Breda eveneens door Zandberg B.V. te realiseren staat op stapel. Andere zijn weer in aanvraag. De vraag doet zich echter voor wat nu het temperatuurverloop is in een dergelijke circulatieretourleiding? - door A. van Dommelen* van drinkwaterinstallaties in gebouwen. Deze werkbladen kunnen we min of meer vergelijken met onze ISSO Het grote verschil met deze werkbladen is, dat in Nederland een retourtemperatuur wordt geëist van 60 C of hoger terwijl men in Duitsland uitgaat van een minimale retourtemperatuur van 57 C. Vanwege het belang van de warmwatertemperatuur voor veilige randvoorwaarden voor drinkwater, wordt in het DVGW-werkblad W 551 geëist, dat de circulatiesystemen zo moeten worden uitgevoerd, dat in het circulerende warmwatersysteem de watertemperatuur niet meer dan 5 K daalt ten opzichte van de aanvoertemperatuur van de drinkwatervoorziening. Met deze belangrijke eis voor de veiligheid van drinkwaterhygiënische omstandigheden in centrale warmdrinkwaterinstallaties worden de door de verordening voor warmdrinkwaterinstallaties nagestreefde energiebesparende maatregelen door temperatuurverlaging in het leidingsysteem voor de zogenaamde grote installaties weer opgeheven. Bij de invoering van de eerste versie in het voormalige Oost Duitsland van de warmdrinkwaterinstallatie-verordening werd in eerste instantie om redenen van energiebesparing geëist dat in de leidingen van centrale warmdrinkwaterinstallaties de temperatuur van 45 C niet mocht worden overschreden. In verband met deze relatief lage temperatuur en de in de afgelopen decennia steeds complexer geworden drinkwaterinstallaties zijn echter gezondheidsrisico s in het bijzonder door legionella - ontstaan. Tegen deze achtergrond moesten ook in Duitsland de uitgebreide regels die al uit DIN 1988 stammen, de zogenaamde Technische regels voor drinkwaterinstallaties, op bepaalde gebieden worden aangevuld of aangepast. Dergelijke aanvullingen op DIN 1988 worden door de DVGW in haar voorschriften gepubliceerd. In het bijzonder de Technische regels ter vermindering van de groei van legionella in installaties voor verwarmd drinkwater (Werkbladen W 551, W 552 en W 553) hebben ook in Duitsland een blijvend effect op de planning, de aanleg en de exploitatie BINNENLIGGENDE- CIRCULATIELEIDING Onder handhaving van warmwatertemperaturen > 55 C (we spreken hier over de toen geldende normen in het voormalige Oost-Duitsland) in de leidingen, kan een duidelijke reductie van de temperatuur alleen nog worden bereikt door verbeterde isolatie of door reductie van het oppervlak van de leidinginstallatie. * Viega Nederland B.V. - Senior Projectadviseur 6 SANITAIRTECHNIEK

2 Het principe van binnenliggendecirculatie. - FIGUUR 1 - Een verbeterde isolatie gaat gepaard met aanzienlijke extra kosten en is daarom vaak geen geschikte maatregel. In conventionele circulatiesystemen wordt de circulatieleiding in de regel parallel aan de warmwaterleiding gelegd. In afwijking op dit standaardsysteem zijn in de systeembouw in het voormalige Oost-Duitsland al vanaf 1984 circulatiesystemen gerealiseerd waarbij de circulatieleidingen als inliners in de warmwaterstijgleidingen werden uitgevoerd de zogenaamde binnenliggende circulatieleiding. Deze methode van installeren leidt naast een aanzienlijk geringere oppervlakte tot een groot aantal andere voordelen die de aanleg van centrale warmdrinkwaterinstallaties economisch aantrekkelijker maken % minder warmteverlies; - door vermindering van het leidingoppervlak; - kleinere circulatieleidingen; - kleinere circulatiepompen; - minder bevestigingswerkzaamheden; - minder isolatie; - geluid- en brandbeschermingsmaatregelen voor de circulatieleiding; - in plafonds vervallen. De ogenschijnlijke voordelen van binnenliggende-circulatie zijn echter alleen dan van toepassing wanneer men kan beschikken over een betrouwbaar rekenmodel voor de bemeting van de leidinginstallatie en geschikte ventielen voor de inregeling van de systemen. DOELSTELLINGEN Hoewel beide systemen inclusief de speciale fittingen en de PE-Xc-buis voor deze Inliner-set Kiwa-keur hebben is er in Nederland echter nog geen rekenmodel bekend voor een binnenliggende circulatieleiding. Eerder heeft Viega-Attendorn samen met Kemper- Olpe (fabrikant van inregelventielen) de Fachhochschule Münster Duitsland gevraagd een rekenmodel voor binnenliggende-circulatie te ontwikkelen en een testopstelling te bouwen waarmee de essentiële invloeden op de werking van binnenliggende-circulaties ook experimenteel / meettechnisch onderzocht kunnen worden. Om in Nederland (uiteraard in overleg) een eerste ondersteuning aan onder andere adviesbureaus en installateurs te kunnen leveren is het zeer binnenkort ook mogelijk berekeningen te kunnen aanleveren. Aangezien voor circulatieretourleidingen in stijgleidingen een uitgebreid en gecompliceerd programma met hulpstukken nodig is, waardoor de installatie aanzienlijk duurder zou worden, richtte men zich in eerste instantie op de retourleidingen in stijgleidingen voor warm drinkwater. Hierin zijn Benodigde hulpstukken in de stijgleiding voor het aanleggen van de binnenliggende retourleiding. - FIGUUR 2 - De testopstelling voor binnenliggende-circulatie van Fachhochschule Münster. - FIGUUR 3 - TVVL magazine 9/2005 7

3 inliners relatief eenvoudig te realiseren, omdat slechts twee hulpstukken voor de stijgleiding nodig zijn. Het inzetten van binnenliggende-circulatie moet vooral in de wat grotere drinkwaterinstallaties voor woongebouwen zoals hotels, bejaardentehuizen, ziekenhuizen etc. mogelijk zijn. BIJZONDERHEDEN VAN DE BEMETINGSPROCEDURE DOOR DE FACHHOCHSCHULE MÜNSTER De bemeting van de doorsnede van de stijgleiding voor de noodzakelijke piekvolumestroom dient plaats te vinden volgens DIN In het geval van binnenliggende-circulatie is echter voor het watertransport naar de verbruiker alleen nog de warmwatertoevoer tussen de stijgleiding en de retourleiding beschikbaar. De voor de bemeting van de stijgleiding noodzakelijke drukverliesberekeningen mogen daarom niet langer uitgaan van de gewone binnendiameter, maar moeten rekening houden met de inliner. In de verder identieke bemetingsprocedure van DIN heeft de inliner tot gevolg dat de stijgleiding in de regel één nominale breedte groter moet worden genomen dan in conventionele systemen. De ligging van de inliner in de stijgleiding. - FIGUUR 4 - Bij de drukverliesberekeningen wordt er dan vanuit gegaan dat de inliner zich in het midden van de stijgleiding bevindt. In werkelijkheid wijkt de positie van de inliner af van deze vooronderstelling, aangezien deze enigszins spiraalvormig, met hier en daar wandcontact in de stijgleiding loopt. Daarom kan niet worden uitgesloten dat de inliner in het ongunstigste geval de doorgang tussen twee verdiepingen kan blokkeren. Het is daarom noodzakelijk het verdiepings-t-stuk ten minste uit te voeren in DN 20, ook wanneer de leiding op de volgende verdieping een geringere doorsnede heeft. Door de beschreven onnauwkeurigheid in de positie van de inliner treden er in de drukverliesberekening afwijkingen op tussen berekende en gemeten waarden. Deze afwijkingen zijn afhankelijk van de verhouding tussen de doorsneden van de stijgleiding en de inliner. Dit houdt in dat ze over het algemeen niet mogen worden genegeerd. Het effect op de resultaten van de berekening voor de drukverval door wrijving in de buis is bij de gebruikelijke doorsnedecombinaties 35 x 1,5 / 12 x 1,0 en 28 x 1,5 / 12 x 1,0 echter gering. VASTSTELLING VAN DE CIRCULATIEVOLUMESTROMEN Bij de ontwikkeling van het rekenmodel was het doel zo veel mogelijk elementen uit de inmiddels ingevoerde regels voor berekening van conventionele systemen uit het DVGW-werkblad W 553 over te nemen. Dat geldt vooral ook voor de procedure voor de vaststelling van de benodigde circulatievolumestromen. De basis van deze procedure is het warmteverlies via de oppervlakte van geïsoleerde leidingen. Vanwege het ontbreken van de waarden voor warmteverlies voor de aan de buitenzijde liggende Temperatuurverloop in de verdeelleidingen en volumestromen in de stijgleidingen bij een berekening volgens DVGW-werkblad W FIGUUR 5-8 SANITAIRTECHNIEK

4 Aanduidingen van een binnenliggende-circulatie. - FIGUUR 6 - circulatieleiding worden de warmteverliezen van de stijgleiding voor verwarmd drinkwater analoog aan de berekening volgens DVGW-werkblad W 553 slechts voor de helft in de berekening opgenomen. Een berekening van het inlinersysteem met een temperatuurverval van ϑw = 2 K in de warmwaterleidingen leidt daardoor zoals verwacht tot een niet-kritiek temperatuurverloop in de verdeelleidingen (DVGW-werkblad W 553). Vergeleken met de resultaten uit conventionele installaties valt op dat de circulatievolumestromen in de stijgleidingen nabij de pompen zeer klein, en in de leidingen die het verst van de pompen liggen zeer groot worden. Anders dan bij een conventionele circulatie vertoont de temperatuur bij inliner-circulatie in de stijgleiding geen continu verval. De laagste temperatuur in het verloop van de stijgleiding is dan ook niet, zoals te verwachten was, de uitlaattemperatuur (ϑuit) uit het stijgleidingensysteem, maar veeleer de temperatuur (ϑeind) in het bereik van de afleiding van de warmwatertoevoer naar de inliner Dit temperatuurverloop wordt veroorzaakt door het feit dat de stroming in de warmwatertoevoer zowel warmte over de oppervlakte van de geïsoleerde buisleiding aan de omringende lucht verliest, als ook aan de tegenstroom van de circulatievolumestroom in de inliner. De warmteopname in de inliner leidt tot een temperatuurverhoging die haar maximum bereikt bij de uitlaattemperatuur. In de grafiek: de uitgangstemperatuur van 56 C kan in de stijgleidingen 1-7 niet worden bereikt!! Temperatuurverloop in de stijgleidingen bij een berekening volgens DVGW-werkblad W FIGUUR 7 - Minimale volumestromen voor inliner-stijgleidingen 28 x 1,5 / 12 x 1,0 resp. 35 x 1,5 / 12 x 1,0, afhankelijk van de ingangstemperatuur in de warmwatertoevoer ϑ E en de lengte bij een omgevingstemperatuur van 25 C en een isolatie volgens EnEV. - FIGUUR 8- In een berekeningsproces voor binnenliggende-circulatie is het niet voldoende alleen rekening te houden met de aanvoer- en de retourtemperatuur, bovendien moet het temperatuurverloop in de stijgleiding worden gecontroleerd. De berekening van het temperatuurverloop in de te onderzoeken warmteoverbrengers kan echter slechts stapsgewijs worden uitgevoerd. Hoe kleiner de gekozen stappen zijn, hoe nauwkeuriger de resultaten van de berekening zullen zijn. Wanneer men volgens het beschreven patroon het temperatuurverloop in de stijgleidingen 1-12 van het voorbeeld berekent en daarbij bijvoorbeeld een stapgrootte van 10 cm neemt, blijkt dat het met de volgens W 553 berekende circulatievolumestromen niet mogelijk is de nagestreefde ontwerptemperatuur van 56 C in de stijgleidingen in de buurt van de pomp te bereiken. Een directe toepassing van de berekeningsgrondslagen van W 553 op binnenliggende-circulatiesystemen is daarom niet toegestaan! De in de aanzet beschreven procedure voor de berekening van het temperatuurverloop in de stijgleiding is in elk geval zo bewerkelijk, dat deze zelfs in de nu reeds voorhanden computerprogramma s voor de bemeting van drinkwaterinstallaties alleen met grote programmatechnische ingrepen kan worden geïntegreerd. Het lijkt daarom zinvol in de invoeringsfase van deze techniek naar een eenvoudigere berekeningsmethode te zoeken die er voor zorgt dat er voldoende hoge temperaturen aan TVVL magazine 9/2005 9

5 de kop van de stijgleidingen kunnen worden gemeten. Uit de resultaten van een groot aantal gedifferentieerde berekeningen is het mogelijk een eenvoudige getalwaardenvergelijking te ontwikkelen waarmee men een voldoende nauwkeurige minimale volumestroom voor de stijgleidingen 35 x 1,5 resp. 28 x 1,5 met 12 x 1,0 inliners kan berekenen die tot eindtemperaturen van > 56 C leiden. Om deze vergelijking te kunnen gebruiken hoeft alleen de lengte van de stijgleiding en de ingangstemperatuur ϑ E in de warmwatertoevoer bekend zijn. Temperatuurverloop in de verdeelleiding met inachtneming van een minimumvolume volgens ingesteld met inregelventiel DN 15 (ingestelde temperatuur 58 C). - FIGUUR 9- Vergelijking 1 Hierin betekenen: v. z,min ϑ E l minimale circulatievolumestroom in de stijgleiding Ingangstemperatuur in de stijgleiding voor verwarmd drinkwater in C Lengte van de stijgleiding Geldigheid van de vergelijking: - Ingangstemperatuur in de stijgleiding: C - Omhullende buis 35 x 1,5 - Isolatie volgens verwarmingsinstallatievoorschrift resp. EnEV - Schachttemperatuur 25 C De uit de berekening volgens W 553 resulterende circulatievolumestromen in de stijgleidingen zijn in de meeste gevallen onvoldoende, zodat in de betreffende stijgleidingen een verhoging naar de minimale volumestroom moet plaatsvinden. BUISDOORSNEDE De eerst ramingen laten gelijk al zien dat inliners met een afmeting 8 x 1,0 en 10 x 1,0 niet geschikt zijn voor circulatiesystemen met een grotere uitzetting, aangezien de hier voor het behoud van de temperatuur benodigde grotere volumestromen in de inliners verder verwijderd van de pomp te grote stroomsnelheden en daarmee een te groot drukverlies veroorzaken. Daarom wordt in de tekst die hierna volgt uitsluitend uitgegaan van de afmetingen 12 x 1,0. Temperatuurverloop in de stijgleidingen met inachtneming van een minimumvolume volgens ingesteld met inregelventiel DN 15 (ingestelde temperatuur 58 C). - FIGUUR 10- INSTELLEN De uit een berekening voor een circulatiesysteem resulterende volumestroomverdeling is alleen dan van toepassing wanneer het systeem zich bij deze verdeling in een hydraulische evenwichtstoestand tussen pompdruk en drukverlies bevindt. Deze evenwichtstoestand kan niet worden bereikt door meting van de buisleidingen. Het is steeds vereist puntsgewijs drukverlies in de smoorinrichtingen (hier in de circulatieregelkleppen) te produceren. Bij de nagestreefde temperatuurgestuurde instelling met thermostatische regelventielen moeten deze ventielen bij voorkeur op de plaatsen met de laagste temperaturen worden geplaatst, dus aan het eind van de stijgleiding. Omdat op deze plaats over het algemeen om bouwtechnische redenen geen kleppen kunnen worden ingebouwd, moeten ook in de circulatiesystemen met inliners de regelventielen in de buurt van de verdeelleidingen worden geplaatst. 10 SANITAIRTECHNIEK