C 2 F - PCM Klimaatvloer. Walter van Kampen & Jurgen Riethorst

Transcriptie

1 C 2 F - PCM Klimaatvloer Walter van Kampen & Jurgen Riethorst

2

3 Moderne bouw (goed geïsoleerd, weinig massa) Foto : Een zeer lichte woning uit de film Up van Disney / Pixar

4 Beperkte interne warmteontwikkeling Warmte ontwikkeling in een woning 5 a 7 (W/m 2 ) Door aanscherping EPC is het warmteverlies van woningen gereduceerd en verschoven van minder verwarmen naar meer koelen. Door een geringere interne warmte ontwikkeling moeten woningen toch nog meer worden verwarmd dan gekoeld. Dit geldt zowel voor zware als lichte woningen

5 Bio(ritme) van dag en nacht

6 Dynamisch vsstationaire behaaglijkheid Het dagelijks regelen van de temperatuur van een woning op een constante stationaire temperatuur leidt wellicht tot behaaglijkheid klachten. Het is beter de temperatuur dagelijks te regelen op een dynamische binnentemperatuur kloppend met het bioritme en kledinggedrag van de mens. Een tweede belangrijk punt van thermische behaaglijkheid is warme voeten en een koel hoofd

7 BauBionik, Bruno Keller Q(vk) Q(vk) Warmtecapaciteit Isolatie

8 Bau Bionik, Beter isoleren kantoren Woningen Q(vk) Q(vk) Warmtecapaciteit Isolatie

9 BauBionik, benutten warmtecapaciteit kantoren Woningen Q(vk) Q(vk) Warmtecapaciteit Isolatie

10 BauBioniksamengevat Verder isoleren van gebouwen bespaard geen energie meer, maar neemt toe voor koelen Moderne bouw heeft een kleine verwarmingsvraag. Moderne woningen kunnen nog wel beter geïsoleerd worden Extra beton is geen oplossing Wat is de natuurlijke oplossing?

11 Nuttige thermische warmtecapaciteit Het toevoegen van extra thermische warmtecapaciteit aan gebouwen is altijd zinvol. Bij woningen voor verwarming en wat koeling Bij verwarmen zorgt de extra thermische massa voor demping en tijdvertraging van de temperatuurdalen in de morgen. In woningen wordt het PCM gedimensioneerd op voornamelijk de nachtsituatie en in kantoren op voornamelijk de dagsituatie. Bij kantoren voornamelijk voor koeling en wat verwarming Bij koeling zorgt de extra thermische massa voor demping en tijdvertraging van de middagtemperatuur

12 De energie van faseovergang (in ca. 5 minuten) 80 km^2 ijsberg afgebroken van de Ilulissat gletsjer n Groenland

13 Wat zijn technische PCM? Materialen welke smelten en stollen bij een geconstrueerde temperatuur ; Wij kiezen voor anorganische zouthydraten Eenvoudig aan te brengen extra gebouw massa; voor een meer constante temperatuur

14 PCM als thermische vloermassa 1 kg PCM = 30 kg beton

15 PCM als thermische vloermassa De beste plaats om de extra thermische PCM massa te installeren is in de vloer omdat: Woningen nog altijd meer moeten worden verwarmd dan gekoeld. De warmte overdracht van een warme vloer het grootst is. Vanwege het thermische behaaglijkheidsadagium warme voeten en een koel hoofd is vloerverwarming de behaaglijkste vorm van ruimte klimatisering in woningen. Warmtecapaciteit per Kg PCM is 30x hoger dan beton Volledig benutbare warmtecapaciteit, door het lage getal van Biot(PCM = 0,13, Beton = 1,88)

16 Het dimensioneren van de PCM vloer Voor de dynamische (nachtelijke) warmteverliezen van de PCM installatie resulteert dan: Geen extra opwarmvermogen -15(W/m 2 ) Minder transmissie, infiltratie en ventilatie verlies, door een geringer temperatuurverschil binnen buiten: -8(W/m 2 ) Vrije interne warmte dissipatie(intern plus zon) -7(W/m 2 ) Totale gesommeerde reductie: -30(W/m 2 ) Niet onbelangrijk Voor woningen met een PCM klimaatvloer kan het te installeren additionele verwarmingsvermogen doorgaans 50% kleiner worden gedimensioneerd.

17

18 De voorgeschiedenis PCM materialen in vloeren? Laden en ontladen? Dan is het toch meer dan vloerverwarming? Welke (energie) besparingen zijn mogelijk? Hoe breng je dat dan aan in de praktijk? Hoe ontwikkel je dit idee?

19 Het ontstaan van het idee Herkenning van te weinig warmte accumulerend vermogen in nieuwbouw Bestaand Klimaatsysteem optimaliseren voor renovatiemarkt, bouwmassa toevoegen Ontmoeting van twee bedrijven Een bijzondere vraag uit Duitsland

20 Ontwikkelen van het idee Is er vraag naar het systeem? Wat moet er gebeuren om het idee in de praktijk toepasbaar te maken? Ontwikkelen van het systeem Testen van het systeem

21 Het systeem: Crystal ClimateFloor

22 Werking Crystal ClimateFloor Vloerverwarming/-koeling als actieve energiebron PCM materiaal als thermische accu Passief verwarmen / koelen middels PCM Actief verwarmen / koelen middels vloerverwarming/-koeling Verwarmingscapaciteit 35 W / m 2

23 Vergelijken van systemen Om PCM vloerverwarming te vergelijken met vergelijkbare systemen hebben we het volgende aangenomen : Een woning met een oppervlak van 200 m 2 Met een bijpassend ventilatiesysteem Een gemiddelde stroomprijs van 0,19 cent/kwh Een gemiddelde (S)COP van de vergeleken warmtepompen Bij PCM een gehalveerd opgesteld vermogen (kw) 2000 normale draaiuren voor verwarmen per jaar afgezet tegen graaddagen Concepten vergeleken bij dezelfde energiehoeveelheid per jaar Bij lucht water en warmtepompboiler een COP verbetering meegerekend door het niet verwarmen in de ochtend, lagere COP Subsidie alleen voor bedrijven / instanties

24 Economisch overzicht Systeem I II III IV Warmteopwekker Warmtepom pwater/water Warmtepom p Water/water Warmtepomp Water / lucht Warmtepompboiler Water/lucht Apparaat Bron Bron water water lucht Water en lucht Soort Vloerverwarming standaard PCM hybride PCM hybride PCM hybride Soort Ventilatiesysteem HR-WTW HR-WTW HR-WTW Roosters en mechanische afvoer Soort Opgesteld vermogen kw Verwarmen W/m 2 Warmtepomp + Bron Euro ventilatiesysteem Euro Totaal vloerverwarming Euro Totaal systeem Euro Subsidie(EIA+STEP) Euro Energie per jaar Euro Energiebesparing per jaar*) Euro TVT zonder subsidie direct direct Jaar TVT met subsidie direct direct Jaar *) COP verbetering doorgerekend bij toepassing lucht / water warmtepompsystemen

25

26 Meetresultaten

27 Meetresultaten Constantere ruimtetemperatuur 30% lager energieverbruik verklaard door: Lagere watertoevoer temperatuur, lager pompdebiet, Een 20% lagere schakelfrequentie Door de lagere schakelfrequentie reduceren de stilstand verliezen van warmtebronnen zoals ketels, warmtepompen en warmte kracht installaties Minder stilstand verliezen en minder aanloopstromen resulteren in extra energiebesparingen door hogere rendementen van de warmtebronnen. Aanzienlijke COP verbetering voor ucht/ water warmtepompen

28 Extra energiebesparing Thermische behaaglijkheid. ISSO publicatie 74 revisie 2014 Thermische behaaglijkheid. Deze beschrijft de dagelijkse dynamische en de seizoensmatige kledingadaptatie voldoende. Dimensioneren. ISSO publicatie 51 Warmteverlies berekening voor woningen en woongebouwen is volstrekt niet toereikend om het warmteverlies van zwaardere gebouwen te berekenen. Jaarlijks energiegebruik. NEN 7120, De Energie Prestatie Coëfficiënt. Beoordeeld de warmtecapaciteit van gebouwen onvoldoende.

29 Normen en richtlijnen

30 Een PCM klimaatvloer bij de Ecofactorij te Apeldoorn

31 Energiegezond bouwconcept ( De bouwdesk Nijhof installatiegroep Autarkis Riho Techniek Bouwbedrijf Pos & Zanoli Bouwbedrijf Kamphuis

32 Met de thermische opslag in de C 2 F, kunnen onze woningen la(n)den Foto : Een zeer lichte woning uit de film Up van Disney / Pixar

33 C2F - PCM Klimaatvloer Walter van Kampen & Jurgen Riethorst