Opleiding Duurzaam Bouwen : Ontwerp en regeling van technische systemen (warmte, HVAC, SWW)

Opleiding Duurzaam Bouwen : Ontwerp en regeling van technische systemen (warmte, HVAC, SWW) Leefmilieu Brussel KEUZE VAN WARMTEPRODUCTIE- EN SWW-SYSTEEM IN INDIVIDUELE WOONEENHEDEN EN DE COLLECTIEVE HUISVESTING MET MINDER DAN 10 WOONEENHEDEN PRODUCTIE Didier DARIMONT (ICEDD)

Overzicht 1. Doelstellingen van de presentatie 2. Inleiding 3. Beslissingsboom 4. Gebouwgebruik 5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB 6. Fossiele energiebronnen 7. HEB en fossiel gecombineerd 8. Dimensionering 9. Conclusie 10. Referenties 11. Contact 2

1. Doelstellingen van de presentatie Bij ontwerp en zware renovatie, goed de impact van de prestaties van de gebouwschil en het gebouwgebruik op de warmtebehoeften en SWW begrijpen Aantonen waarom het belangrijk is om de hernieuwbare energiesystemen te bevoordelen om een zo groot mogelijk deel van de behoeften te dekken In functie van het potentieel aan hernieuwbare energie, een eventueel tekort invullen via de best mogelijke warmte- en SWWproductietechnieken 3

2. Inleiding : principe van de Trias Energetica Een toekomstfilosofie : De gebouwschilprestaties zo hoog mogelijk en zo spaarzaam mogelijk gebruik Gebruik van hernieuwbare energie om de warmtebehoefte en SWW maximaal in te vullen REG-maatregelen toepassen op de fossiele energiesystemen 5

3. Beslissingsboom: voor kleine renovatie Evaluatie van het potentieel aan hernieuwbaar en de hydraulische en elektrische integratie in de stookplaats In functie van het budget: integratie realiseren of de latere integratie al voorzien Kleine renovatie Grote renovatie, gefaseerd of nieuw project Renovatie TS en/of toevoegen HEB valt nog binnen budget? Gebouwschilingrepen? Start het renovatieproject op Pertinentiestudie HEB (vnl in relatie met de stookplaats Voorzie potentiële integratie HEB (bv. ruimte hydraulisch circuit) Voorzie het strikte minimum voor een toekomstige integratie 7

3. Beslissingsboom : voor zware renovatie, gefaseerd of nieuw project Schil optimaliseren om de gestelde doelstelling te behalen Naargelang de gestelde doelstelling op niveau van de schil en het potentieel aan lokale of geïmporteerde hernieuwbare energie, is BEN, EN of E+ haalbaar Grote renovatie, gefaseerd of nieuw project BEN, EN, E+ project? Prestatiedoelstelling project: EPB, LE, ZLE, Passief, BEN, EN, E+ Voorkeur voor lokale hernieuwbare energie Project met lokale en import HEB met evtl ook nog fossiel Aanpassen balans van de behoeften Schil: validatie ifv de behoeften bij zware renovatie of nieuw project? Schil aanpasbaar HEB lokaal voldoende aanwezig voor behoeften? Centralisatie van de behoeften BEN, EN, E+ project haalbaar naargelang het geval 8

3. Beslissingsboom : voor zware renovatie, gefaseerd of nieuw project Mix van lokale HEB, geïmporteerd en/of fossiel centralisatie Enkel fossiele energiebronnen mogelijk centralisatie/ decentralisatie Project met lokale en import HEB met evtl ook nog fossiel Lokale of import HEB beschikbaar? Lokale of import HEB volstaan? Enkel fossiel mogelijk Mix van lokale en import HEB Mix van lokale en import HEB en fossiel Centralisatie of decentralisatie Centralisatie van de behoeften Centralisatie van de behoeften BEN, EN, E+ project haalbaar naargelang het geval LE, ZLE of Passief project haalbaar naargelang het geval LE, ZLE of Passief project haalbaar naargelang het geval 9

4. Gebouwgebruik belang en energiegebruik Voorbeeld collectieve huisvesting: 12 wooneenheden van 116 m² Warmtebehoefte : enkel tijdens de koudste maanden SWW-behoeften: het hele jaar! Hoe dichter men passief benadert, hoe «zwaarder» de SWW-behoeften doorwegen in vergelijking met verwarming belang van verminderen SWWbehoeften Bron : ICEDD 11

4. Gebouwgebruik relatieve vermogens (grootteordes) Voorbeeld collectieve huisvesting: 12 wooneenheden van 116 m² Verwarmingsvermogen: Passief : 1 à 3 kw (± 10 à 30 W/m²) ZLE : 2 à 4 kw (± 20 à 40 W/m²) EPB : 6 à 8 kw (± 60 à 80 W/m²) Bestaand : 12 à 18 kw (± 120 à 180 W/m²) Vermogen SWW : Momentaan: 24 kw!!! Accumulatie : 4 à 24 kw, naargelang omvang van het voorraadvat eventuele centralisatie bij collectieve huisvesting (schaaleffect) Gecombineerd vermogen: impact van SWW hoger naarmate gebouw meer performant en hoger aantal inwoners Rapport puissance SWWvolume stockage 12

4. Gebouwgebruik warmteproductie en SWW Voor individuele wooneenheden: vaak prioriteit aan SWW de verwarming wordt afgesneden tijdens de SWW-productie en men rekent op de gebouwinertie om de lokalen op temperatuur te houden Voor collectieve huisvesting: groter risico op gelijktijdige behoefte aan verwarming en SWW overdimensioneringsfactor of voorraadvat (interessant, mogelijks later koppeling met zonthermisch systeem) 13

4. Gebouwgebruik bedrijfstemperatuur Verwarming: interessant om met lage temperaturen te werken Beter voor rendement Werken met glijdende stookcurve SWW: noodzakelijk om te werken met hoge temperaturen Taptemperatuur SWW = +/- 45 C Maar strijd tegen legionella (zie verder) Productie aan 60 70 C en distributie à 60 Bron : ICEDD 14

Débit = Q [litres/minute] 4. Gebouwgebruik eerst en vooral REG Een REG-reflex voor wat betreft SWW is noodzakelijk als men streeft naar ZLE of Passief Een verminderd debiet van SWW gaat de dimensionering van de verwarmingsinstallatie en de keuze van de systeemelementen ingrijpend gaan bepalen 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 19,6 l/min 8,7 l/min 6 l/min 0 1 2 3 4 5 6 Pommeaux de douche économique - limiteur de débit dynamique Pommeau de douche économique - limiteur de débit statique Pression [Bar] Pommeaux de douche sans dispositif d'économie 15

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB VOIR 8 pour traduction 17

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB geothermie, hydrothermie Welke energie en vermogen kunnen we halen uit de bodem, het water? Open systemen: hydrogeologische analyse (karakteristieken watervoerende laag) of hydrologisch (debiet, temperatuur waterloop, ) Gesloten systemen: analyse geleidbaarheid bodem (Pilsim), gedrag van de bodem in de tijd Bron : EF4 Bron : Vito Canal de la Senne 18

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB geothermie, hydrothermie Aandachtspunten HEB Milieuimpact Duurzaamheid van de bodem als er permanent energie aan onttrokken wordt. Door geo/hydrothermie te koppelen aan zonthermisch kan dit probleem ingeperkt worden bij woningen Toegankelijkheid voor de captering Productiesysteem SWW-productie verslecht de performantie van de WP (SPF) Om de thermische stabiliteit van de bodem of de citerne te garanderen systeem wordt complex Bron : EF4 Bron : Viessmann 19

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB aerothermie Welke energie en vermogen kunnen we halen uit de lucht? Overal aanwezig! Daarbij komt dat het centrum van Brussel gemiddeld 1 à 2 C warmer is dan de rand (impact transportactiviteit) 20

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB aerothermie Aandachtspunten HEB Het systeem kan in concurrentie komen te staan met andere HEB. Bv.: op een dak kan de verdamper van de WP staan, maar ook het zonthermisch systeem en/of het PV-systeem Productiesysteem De productie van SWW verlaagt de prestatie van de WP (SPF) Een lage buitentemperatuur verlaagt de prestatie van de WP (SPF) Geluidsoverlast en visuele hinder 21

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB zonthermisch Welke energie en vermogen kunnen we halen uit de zon? Zijn er SWW-behoeften OK Verwarmingsbehoeften: niet synchroon met bezonning Oefening op SWW bij passief collectieve huisvesting: 17,5 kwh/m².jr CERAA-studie : gemidd m² wooneenheden ~ 85 m² gemiddeld dak ~ 25 à 28 m²/gebouw Dekking via zonthermisch ~ 350 à 500 kwhth/(m².jr) van de ZT panelen Met 28 m²/ gebouw kunnen de behoeften van 7 flats gedekt worden Bron CERAA (BIM-studie 2008) 22

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB zonthermisch Technologie Via een voorraadvat Vaak, koppeling SWW en verwarming In combinatie met andere HEB of fossiel om behoeften aan verwarming en SWW te dekken Bron : E+ 23

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB zonthermisch Aandachtspunten HEB Niet altijd in overeenstemming met de behoeften. Belang van de dimensionering van het vat Beperkte dekking wegens beschikbaar dakoppervlak en concurrentie met andere HEB Kan in concurrentie komen met bv. de warmtekrachtkoppeling Productiesysteem Opgelet met beschaduwing van naburige gebouwen WKK- installatie Bron : MATRIciel Zonthermische installatie 24

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB fotovoltaïsch Welke energie en vermogen kunnen we halen uit de zon? Elektrisch «opstoken» met een pure weerstand? Ethisch? Mogelijke en noodzakelijke opslag op het elektriciteitsnet Ideaal autoconsumptie Oefening op verwarming bij passief collectief : 15kWh/m².jr CERAA-studie : gemidd m² wooneenheden ~ 85 m² gemiddeld dak ~ 25 à 28 m²/gebouw PV-productie ~ 106 à 140 kwhe/(m².jr) 12 m² PV/appart aan directe elektriciteit 3 m² PV/appart met een WP (COP 4) Bron : Ceraa 25

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB fotovoltaïsch Aandachtspunten HEB Potentieel beperkt door dakoppervlakte, oriëntatie, In concurrentie met zonthermisch In concurrentie met WKK? Geval per geval Productiesysteem WP vaak bekeken samen met PV, want als COP > 2,5 dan valt de energie- en milieubalans positief uit 26

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB biomassa Welke energie en vermogen aan biomassa? Beperkt in Brussel Import van biomassa ethisch? Milieubalans positief 27

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB biomassa Aandachtspunten HEB Enkel import en in beperkte volumes beschikbaar Fijnstofproblematiek Productiesysteem Voor een groot gebouw waarom niet? Wordt interessant op wijkniveau (centrale stookplaats met warmtenet) Bron : MATRIciel 28

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB plantaardige olie Welke energie en vermogen kunnen we halen uit biomassa? Geen/weinig productie in Brussel. Te importeren! Moeilijkheden bij de toelevering Koolzaad als brandstof of als voedsel? 29

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB plantaardige olie Aandachtspunten HEB Duurzaamheid van de bron Productiesysteem Kwalitatieve warmtekrachtkoppeling waarbij de uitstoot van broeikasgassen met minimum 5 % daalt Hydraulische integratie en de WKK-regeling goed op te volgen Bron : ICEDD 30

5. Lokaal en geïmporteerd potentieel aan HEB HEB >< Schilprestaties Gebouwprestaties: EPB PASSIEF Extra vermogen bij de heropstart verkleint Lager temperatuursregime Gewicht van SWW-behoeften neemt toe Mix van lokale en geïmporteerde HEB, fossiele energie: EPB PASSIEF Potentieel om hernieuwbare energie te valoriseren neemt toe BEN, EN of E+ zijn haalbaar opletten voor de definities 31

6. Fossiele energiebronnen aanvulling Potentieel Gas : 80 % van de gebouwen aangesloten op gas belangrijk potentieel Direkt elektrisch: nagenoeg alle gebouwen hebben elektriciteit Maar eventuele nieuwe technieken tegen 2050? Technologie Gascondensatieketels blijven een van de beste technieken op vlak van PE Warmtekrachtkoppeling op gas leveren niet verwaarloosbare CO2-besparingen op WP op gas hebben interessante rendementen Elektriciteitsnet Bron : E+ 33

6. Fossiele energiebronnen warmtekrachtkoppeling gas Energetische parameters Globaal rendement «warmte & elektriciteit» is hoger. Bron : Vadémécum intégration des cogénérateurs en chaufferie Bron : ICEDD Productie van warmte op hoge temperatuur Kan de vraag niet 100 % dekken Vereist een aanvullende/ondersteunend systeem Conversiefactor naar primair van de geproduceerde elektriciteit: 2,5 34

6. Fossiele energiebronnen warmtekrachtkoppeling gas Kenmerken Hogere investering dure engineering Complexe elektrische aansluiting en regeling Vereist een constante energetische basisvraag Vandaar de nood aan een opslag van warmte (voorraadvat WW) Beschikbaar in een groot gamma van vermogens Tendens : In ontwikkeling: micro of nano-wkk Stirlingmotor 35

7. HEB en fossiel gecombineerd centralisatie van de behoeften! Bron : MATRIciel 37

7. HEB en fossiel gecombineerd werkwijze Voorbeeld WP en gascondensatieketel Alternerend Bivalent Bron : E+ ketel warmtepomp WP wordt stilgelegd van zodra COP<2,5: vanaf dan is rendement in primaire energie van een gascondensatieketel 38 hoger

7. HEB en fossiel gecombineerd behoeftencentralisatie en HEB-combinaties! Courante combinatiescenario s PV + WP geo/water/lucht zijn complementair opgelet voor de seizoens-cop van de WP PV + WKK op olie, kunnen naargelang het geval complementair of concurrerend zijn opgelet prijs van de olie. Vaak verkiest men WKK op gas ZT + WKK gas vaak complementair gezien de WKK niet werkt in de zomer WP + WKK gas? Bron : E+ 39

7. HEB en fossiel gecombineerd concurrentie tussen HEB? Bron : MATRIciel Zonthermisch Warmtekrachtkoppeling De warmtekrachtkoppeling moet zolang mogelijk draaien. Aangepast aan SWW-productie, met een profiel dat redelijk constant blijft in de tijd mogelijk om 95 % van de behoeften te dekken 40

7. HEB en fossiel gecombineerd concurrentie tussen HEB? Enkel de SWW-behoeften in beschouwing nemen 70 kwh prim 60 kwh prim 50 kwh prim 40 kwh prim 30 kwh prim 20 kwh prim 10 kwh prim 0 kwh prim Base Couverte solaire 40% Cogénération pour ECS Chaudière Réseau électrique Cogénération Vanuit oogpunt milieu Berekening obv gebouw met 31 wooneenheden 41 Bron : MATRIciel

7. HEB en fossiel gecombineerd concurrentie tussen HEB? Vanuit een financieel standpunt Keuze sterk afhankelijk van de schaal van het project en van de beschikbare premies of groenestroomcertificaten Naarmate de warmtevraag stijgt, stijgt ook de rentabiliteit van de WKK De investering ( /kw) neemt af met het vermogen Onderhoudskosten ( /kw) nemen sterk af met het vermogen Het elektrisch rendement van een WKK met groot vermogen is hoger dan bij een WKK met klein vermogen Bron : ICEDD 42

7. HEB en fossiel gecombineerd alternatieven ipv centralisatie 43

7. HEB en fossiel gecombineerd centralisatie of decentralisatie? Voorbeeld bij woonblok van het passieftype: Focus op SWW, dat een belangrijk deel van de warmtevraag vertegenwoordigt De distributieverliezen van SWW kunnen omvangrijk zijn bij grote kringen Zelfde oefening kan gemaakt worden voor verwarming Bron : MATRIciel production centralisée production décentralisée Centrale productie decentrale productie 44

Verliezen stookplaats + SWW-kring 90 m 31 vaten SWW van 100 liter 7. HEB en fossiel gecombineerd centralisatie of decentralisatie? Distributieverliezen Conclusie : de verliezen zijn grotendeels gelijklopend Opgelet : de EPB is veel minder gunstig voor centrale installaties Verliezen? Bron : MATRIciel 4.200 + 7.200 = 11.400 kwh 3.600 valoriseerbare verliezen 7.800 reële verliezen 31 x 440 = 15.500 kwh 7.750 kwh valoriseerbaar 7.750 kwh reële verliezen 45

7. HEB en fossiel gecombineerd centralisatie of decentralisatie? Centrale productie SWW momentaan of semi-accumulatie? Bron : MATRIciel 46

7. HEB en fossiel gecombineerd centralisatie of decentralisatie? Centrale productie SWW momentaan of semi-accumulatie? Retour op à lage basse température mogelijk si l échangeur als wisselaar est goed bien dimensionné gedim is. 31 logements 31 wooneenheden ² Bron : MATRIciel 25 m² PV Of 0,8 m² per wooneenheid 47

7. HEB en fossiel gecombineerd centralisatie of decentralisatie? Centrale productie SWW momentaan of semi-accumulatie? Bron : MATRIciel Niet geïsoleerd in de berekening 48

7. HEB en fossiel gecombineerd centralisatie of decentralisatie? Decentrale productie SWW momentaan of semi-accumulatie? Momentane productie Productie via semiaccumulatie 102 % 97 % Bron : MATRIciel SWW-productie via semi-accumulatie beperkt de overdimensionering van de ketel en verbetert het comfort. Het tapdebiet is veel comfortabeler. 49

7. HEB en fossiel gecombineerd centralisatie of decentralisatie? Basse-énergie Passif Voordelen centrale productie Bron : MATRIciel Financiële winst Energetische winst Plaatswinst in de appartementen 50

7. HEB en fossiel gecombineerd centralisatie of decentralisatie? Bron : MATRIciel Maar ook nadelen Moeilijk op het niveau van de energieboekhouding en financiële verrekening Vereist een striktere opvolging om de verspreiding van legionella te vermijden Vraagt om een goede isolatie (EPB verwarming) 51

8. Dimensionering : Conversiefactor Noodzaak om de verschillende energiebronnen op eenzelfde noemer te brengen Houdt rekening met alle nodige transformaties voor de levering tot bij de finale klant Identieke waarden tussen EPB en PHPP, maar verschillen tussen Brussels Hoofdstedelijk gewest en het Waalse gewest Energievector Fp Fossiele brandstoffen 1,00 Elektriciteit 2,50 Elektriciteit via WKK -2,50 Biomassa 0,32 53

8. Dimensionering : verwarming vermogen om verliezen te compenseren Vermogen voor verwarming: op basis van genormaliseerde warmteverliesberekening: NBN B62-003 & NBN EN 12831 Opgelet EPB : berekeningen te maken! Volgens PHPP? NEEN! niet genormaliseerd, unizone, zonder heropstart, houdt rekening met externe winsten, indicatieve waarde Volgens dynamische thermische simulatie (TRNSYS) nauwkeurige waarde Grootteordes: Bestaand gebouw : 100 à 120 W/m² EPB-gebouw : 60 à 80 W/m² ZLE-gebouw : 20 à 40 W/m² Passiefbouw : 10 à 30 W/m² 54

8. Dimensionering : verwarming warmtebehoefte Warmtebehoefte : Berekening volgens PHPP Dynamische thermische simulatie (TRNSYS) Bron : pmp Grootteorde : Bestaand gebouw: 150 200 kwh/jr.m² EPB standaard: ± 75 60 kwh/jr.m² ZLE gebouw: max 30 kwh/jr.m² Passiefbouw : max 15 kwh/jr.m² 55

8. Dimensionering : verwarming vermogen via HEB Doelstelling: opnieuw aanmaken van de warmtemonotoon en bepalen wat het energetisch optimum is voor de hernieuwbare energie Tool: Op basis van de monotoon WKKSim voor warmtekrachtkoppeling Overdimensionering korte cycli Onderdimensionering verminderde rentabiliteit Dimensionering HEB Bron : ICEDD 56

8. Dimensionering : SWW Methode Normen : Pr NBN D20-001 berekening volgens inwonersequivalent Gelijkaardig aan Duitse DIN Met toegang tot dimensionering op cataloog van de fabrikanten. Methodes & tools In functie van het ene gebruik tov het andere! Bij bestaand gebouw: werken met verzamelde data! Rekenbladen van verschillende fabrikanten Rekenbladen uit «Energie+ le site» om de verbruiken te evalueren Grafieken verbruiksprofielen 57

8. Dimensionering : SWW aandachtspunt Om een optimaal rendement van de condensatieketel te bekomen, moet de retour naar de stookplaats koud zijn overdimensionering van de platenwisselaar (Δ T van 20 K bv.) Bron : E+ 58

8. Dimensionering : SWW Legionella Definitie Bacterie Legionella pneumophila natuurlijk aanwezig in drinkbaar water, maar in geringe concentratie Ontwikkelt zich In stilstaand water Bij temperaturen van rond de 37 C Gevaar en besmetting Besmetting via inhaleren van aangetaste waternevel Oudere en (long-)gevoelige personen Middelen om dit tegen te gaan Stilstaand water beperken SWW-kringen (geforceerde circulatie doorheen het gebouw aan hoge temperatuur) Dode leidingen vanuit een kring < 5m of 3 liter T distributie > 60 Ontsmetting (thermisch, chemisch ) 59

9. Conclusie: Hoe maak je de beste keuze wat betreft het productiesysteem om een hernieuwbaar energieproject te doen slagen, of een gemengd project samen met fossiele energie? Mik op de best mogelijke gebouwprestaties Tegelijk de lokale hernieuwbare energiebronnen in kaart brengen Stel zeker de gebouwprestaties opnieuw in vraag om de duurzaamheid van de hernieuwbare energiebronnen te verzekeren (vooral van toepassing voor geothermie) Bij gebrek aan voldoende lokale HEB, «intelligent» importeren Aanvullen met fossiele bronnen indien nodig Opgelet op de compatibiliteit van de bronnen onder elkaar enerzijds en tussen de bronnen en de behoeften Doordachte integratie in de productiesystemen Dimensioneer de hernieuwbare systemen zodat de behoeften maximaal worden ingevuld: overdimensionering = problemen korte cycli >< onderdimensionering = verminderde rentabiliteit Algemene regel: geval per geval te bekijken! 61

10. Referenties : Gids Duurzaam Bouwen : http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be/ ENE08 - De optimale productie- en opslagwijze voor verwarming en sanitair warm water kiezen Gids voor de renovatie van sociale woningen: RELOSO : rénovation des logements sociaux 63

11. Contact Didier Darimont ICEDD : projectverantwoordelijke : 081/250 480 E-mail : didier.darimont@icedd.be 65

11. Contact Technische helpdesk met experten rond alle mogelijke thema s Ter beschikking van alle professionelen in de bouwsector in het BHG GRATIS dienstverlening Bereikbaar telefonisch : 0800/85.775 per mail : facilitateur@environnement.irisnet.be (FR) facilitator@leefmilieu.irisnet.be (NL) 66