Whitepaper Energiebesparing Beter ventileren zonder investeren
Inleiding Het bouwbesluit 2012 stelt opnieuw hogere eisen aan de isolatie van industrie- en kantoorgebouwen. Maar bedrijven met warmteoverschotten hebben juist behoefte aan ventilatie om klimaat- en kwaliteitsproblemen te voorkomen. Energieadviesbureau Van Beek Ingenieurs onderzocht met steun van Agentschap NL de mogelijkheden voor een zo energie-efficiënt mogelijke afvoer van warmte. Hessels Coating uit Breda paste deze succesvol toe. Koelere lucht voor Hessels Poedercoating Uit het onderzoek bij Hessels bleek de afkoelzone voor de meeste warmteproblemen te zorgen. Omdat er voldoende temperatuurverschil en gebouwhoogte is, kon Hessels kiezen voor een oplossing zónder mechanische ventilatie. In het ontwerp ging Van Beek Ingenieurs uit van natuurlijke ventilatie met een capaciteit van 18.000 m3/h. Een dakkap, op 8 meter hoogte recht boven de afhangzone, voert de ruim 80 kw op natuurlijke wijze af. Verse koude koellucht wordt via bedienbare, in de directe omgeving aangebrachte, gevelroosters naar de afkoelzone gebracht. De ventilatievoud van de hal is hiermee verhoogd van twee- naar driemaal per uur. Het systeem vermijdt zo per jaar ruim 9.000 kwh ventilatorenergie, verbetert het werkklimaat én vermindert de wachttijd voor afkoeling. De benodigde investering wordt dan ook in minder dan 5 jaar terugverdiend, vertelt directeur Ludo Hessels. Een belangrijk voordeel is ook dat deuren minder snel worden opengezet. En materiaal uit de oven koelt sneller af. Tot slot verdwijnen ongezonde dampen sneller na verwarming, omdat frisse lucht eerder wordt aangevoerd en beter afgevoerd. Ideaal.. 2
Beter ventileren zonder investeringen? Energie-efficiënte afvoer van warmte Thermoskanprincipe De warmteweerstand van gevels en daken van gebouwen is in het Bouwbesluit 2012 vastgesteld op R = 3,5 m2 K/W. Dat is ruim 40 procent hoger dan in de versie van 2003. De overheid wil deze waarde geleidelijk opvoeren: het streven is om in 2020 de zogenaamde Passief Huis-norm te bereiken. Deze eist een isolatiewaarde die zo hoog is, dat de inbreng van zonwarmte en bewoners voldoende is om het gebouw te verwarmen. Vergelijkbaar met de werking van een goed geïsoleerde thermoskan. Dit thermoskan principe heeft echter een negatief effect bij industriële bedrijven met een warmteoverschot uit processen en apparaten. Zij hebben bij verbouwing of nieuwbouw te maken met tegengestelde eisen: het Bouwbesluit eist isolatie, de Arbowet stelt minimale eisen aan ventilatie. Om het teveel aan warmte af te voeren, ligt mechanische ventilatie dan voor de hand. Maar veel mechanisch ventileren betekent een investering én een toename van de energiekosten. Een ongewenste situatie. Weinig invloed op verliezen Om een indruk te krijgen van deze situatie, bekijken we een poedercoatingbedrijf met twee productielijnen en een warme voorbehandeling. Bij een normale bedrijfssituatie leveren de aardgasgestookte systemen al snel 500 tot 600 kw aan warmtevermogen. Het energetisch rendement van het productieproces is echter relatief laag. Dat komt door de grote warmteverliezen. Ter indicatie: slechts 15 tot 30 procent van de opgewekte warmte wordt aan het product afgegeven; het overige deel is warmteverlies. Hoogwaardige warmte (60 graden Celcius en hoger) komt vrij via ovenopeningen en schoorstenen, de laagwaardige warmte (30 tot 60 graden Celcius) via ovenwanden en badoppervlak. Uiteindelijk verlaat zeker de helft van de kostbare warmte de productiehal via de gebouwschil, mechanische ventilatie en deuropeningen. De aardgaskosten van een coatingbedrijf worden dus voor minimaal de helft bepaald door verliezen waarop de ondernemer weinig tot geen invloed heeft. Eerst beperken Met het huidige financiële klimaat en de stijgende energieprijzen is het goed deze verliezen eens kritisch onder de loep te nemen. Robin Sommers, energietechnisch adviseur bij Van Beek Ingenieurs, krijgt van ondernemers vaak de vraag of de warmteregulering niet efficiënter kan. Ik adviseer altijd om te beginnen met het beperken van verliezen. Daarna pas kun je denken aan hergebruik van warmte. Door praktijkmetingen kwam ik er achter dat bij de meeste ovens het gericht afstellen van spuikleppen, branderregelingen en sluisroosters besparingen oplevert van 3 tot 5 procent. Zónder noemenswaardige investeringen. Vervolgstappen, zoals warmteterugwinning en automatische deuren, zijn in veel gevallen best haalbaar maar vragen om maatwerk en een investering voor de langere termijn.. 3
Proef op de som in Breda Hessels Coating is een modern poedercoatingbedrijf uit Breda. Sinds 2006 is het gevestigd in een bedrijfshal die voldoet aan het Bouwbesluit 2003. In deze hal bevindt zich alle apparatuur: voorbehandeling, droogoven, moffelovens, poedercabines en persluchtinstallatie. De hoeveelheid warmte die deze productielijn genereert kan voor problemen zorgen. De warmte blijft in de hal hangen, zegt directeur Ludo Hessels. Daardoor ervaren medewerkers een onaangename werktemperatuur - zeker in de zomer. Daarbij krijgen ze de neiging de haldeuren tegen elkaar open te zetten, wat veel stof veroorzaakt. En dat wil je tijdens het coaten absoluut niet hebben.. 45 graden in de zomer Van Beek Ingenieurs berekende dat de bedrijfsprocessen bij Hessels onder normale bedrijfscondities ruim 650 kw warmtevermogen vragen. Daarvan wordt ruim de helft afgevoerd via schoorstenen en afzuigingen. Bij een buitentemperatuur van 15 graden wordt ongeveer 120 kw via transmissie door de gebouwschil afgevoerd. In de winter is dit in balans, waardoor geen halverwarming nodig is. Gemiddeld genomen blijft echter ruim 200 kw in de hal hangen. Daardoor loopt de ruimtetemperatuur in de zomer op tot wel 45 graden. De figuur hierboven maakt de gemeten warmtehoeveelheden en temperaturen zichtbaar. Ventilatie in de hal voert het grootste deel als laagwaardige warmte af; het overige deel verdwijnt als hoogwaardige warmte. Natuurlijk of mechanisch? Om het warmteoverschot in een dergelijke productiehal af te voeren heeft het bedrijf de keus uit natuurlijke ventilatie, mechanische ventilatie of een combinatie hiervan. Bij natuurlijke ventilatie is het belangrijk dat er trek ontstaat door voldoende hoogte- en temperatuurverschil. Mechanische ventilatie kan grotere hoeveelheden lucht verplaatsen, maar verhoogt het energiegebruik en vereist hogere investeringen. Het ventilatievermogen heeft een derdemachtsverhouding met het drukverlies in kanalen en roosters. Dat vraagt om zo laag mogelijke verliezen. De afweging tussen investering en energiegebruik is dus cruciaal. Laagwaardige warmte De beste oplossing is om de warmte bij de bron af te voeren. De meest warmte komt namelijk vrij bij afkoelzones en ovenopeningen. Hier is de luchttemperatuur met minimaal 40 graden Celcius het hoogst: ideaal voor natuurlijke ventilatie via dakkappen. Toevoerroosters of kanalen worden bij voorkeur zo laag en dicht mogelijk in de buurt van de bron geplaatst, om frisse wind toe te laten. Daarnaast is het goed om aandacht te besteden aan het afvoeren van de grootste aandeelhouder: de laagwaardige warmte. Van de koellucht voor compressoren wordt ruim 95 procent van het opgenomen vermogen in warmte omgezet. Ook de mechanische afzuiging van de overspraycycloon in de poedercabine zet het volledige ventilatorvermogen om in warmte. Bij voorkeur wordt al die warmte naar buiten afgevoerd. Voor het afvoeren van laagwaardige warmte is mechanische ventilatie inzetbaar. 4
Volgende stap: hergebruik van warmte Zijn de warmteverliezen beperkt, dan is de volgende stap het nuttig gebruiken van restwarmte. Het terugwinnen van warmte uit de rook- en afgassen van ovens is een veelbesproken onderwerp. Vooral de voorbehandeling is bij poedercoating een geschikte afnemer van de restwarmte, omdat deze in veel gevallen gelijktijdig plaatsvindt. Bij het ontwerp van hergebruikmaatregelen zijn de temperatuur en de warmtehoeveelheid van de bron en afnemer van belang, en de vervuilingsgraad van de afgassen. In de branche zijn door hergebruikoplossingen efficiëntieverbeteringen gehaald van minimaal 5 procent. Toch zijn slechts enkele nieuwbouwprojecten bekend. Dit heeft alles te maken met de haalbaarheid: bij nieuwbouwprojecten is de meerinvestering sneller terug te verdienen dan in bestaande situaties. Robin Sommers licht toe: De haalbaarheid wordt sterk bepaald door het terug te winnen vermogen. Een kleine wisselaar is dan relatief duur. Bestaande ovens zijn echter vaak uitgerust met te grote branders en afzuigingen waardoor een grotere wisselaar juist wel interessant wordt. Dit kunnen we met metingen vaststellen en het ontwerp hierop aanpassen. Door de diversiteit aan ovens is een standaardontwerp nog niet mogelijk, maar daar wordt aan gewerkt.. Conclusie: een wereld aan warmte te winnen De eisen van de overheid vragen aandacht voor gebouwisolatie. Maar sommige branches hebben juist veel te winnen bij een betere afvoer van proceswarmte; dan blijft het binnenklimaat behaaglijk. Torenhoge investeringen in mechanische ventilatie zijn te voorkomen door elke situatie slim te analyseren. De eerste stap is het warmteverlies te beperken. Daarna kan een bedrijf kiezen voor natuurlijke ventilatie om de hogere temperaturen te verwerken. Mechanische ventilatie kan ten slotte het restant verwerken. Natuurlijke, gerichte ventilatie bij de warmste gebieden houdt het energiegebruik laag. Wat overblijft zijn restwarmtestromen, die wellicht nuttig hergebruikt kunnen worden. Van Beek Ingenieurs Van Beek Ingenieurs levert al meer dan 30 jaar veelzijdige diensten op het gebied van energie en duurzaamheid. De dienstverlening onderscheidt zich door een unieke combinatie van monitoring en adviesdiensten voor de industrie en utiliteit. Van Beek Ingenieurs heeft op deze wijze een sterke marktpositie verworven bij het strategisch ontwikkelen, onderzoeken, realiseren en beheren van energie- en duurzaamheidsambities. Voor meer informatie over deze whitepaper kunt u contact opnemen met Robin Sommers, manager Energieadvies (026-3127026). 5
Van Beek Ingenieurs B.V. Utrechtsestraat 59 6811 LW ARNHEM Postbus 1001 6801 BA ARNHEM Nederland T +31 (0)26 3127 000 F +31 (0)26 3515 117 E info@vanbeek.com