Breng balans in verwarmingsinstallaties. Verbetert comfort en vermindert energiegebruik.
Whitepaper Techniek Veel verwarmingsinstallaties werken heel inefficiënt. Ruim 90% van de huidige installaties is niet of slecht ingeregeld, blijkt uit onderzoek van VHK Research, een autoriteit op het gebied van energieefficiencyonderzoek. Hydronische onbalans in de distributie van een installatie leidt tot slecht comfort en een hoog energieverbruik. De verouderde kijk op verwarmingsinstallaties, en het gebrek aan kennis van nieuwe technieken en innovaties, zorgen ervoor dat ook nieuwontworpen installaties in de praktijk niet optimaal functioneren. Zelfs installaties met een moderne HRwarmtebron zijn meestal niet optimaal ingeregeld. In deze whitepaper gaan we uitgebreid in op hydronisch (on)balans in verwarmingsinstallaties. Wat is het, hoe ontstaat het en wat zijn de gevolgen? Ook analyseren we averechtswerkende maatregelen om klachten van gebruikers over de verwarming op te lossen. We laten zien hoeveel rendement en energiebesparing gebouweigenaren laten schieten. Als laatste beschrijven we effectieve maatregelen om de hydronische onbalans ongedaan te maken en te voorkomen. Whitepaper Techniek 2
Hydronische onbalans Ontwerpdebiet: De hoeveelheid doorstromend water per tijdseenheid waarvoor het afgiftesysteem is ontworpen. Er is sprake van hydronische onbalans in een verwarmingsinstallatie als debieten in de radiatoren afwijken van de ontwerpdebieten. Daardoor wordt de warmte niet goed verdeeld over het distributiecircuit. Figuur 1 illustreert een gangbare installatie met radiatoren waarin sprake is van hydronische onbalans. Figuur 1: Niet goed ingeregelde verwarmingsinstallatie Overdebiet: Meer doorstroming van water dan het ontwerpdebiet voorschrijft. Onderbediet: In de radiator linksonder, het dichtste bij de warmtebron, is sprake van overdebiet. Dat leidt tot klachten over een te warme ruimte en tot een hoge retourtemperatuur. In de radiator rechtsboven, het verste van de warmtebron gelegen, is sprake van onderdebiet. Met klachten over een te koude ruimte en lange opwarmtijden als gevolg. De slechte warmteverdeling is een gevolg van de hydronische onbalans in de distributie. Uiteindelijk leidt hydronische onbalans structureel tot: Minder doorstroming van water dan het ontwerpdebiet voorschrijft. een slecht comfort, omdat het gebouw niet gelijkmatig opwarmt; een slecht comfort, omdat bepaalde ruimtes niet warm of koud te krijgen zijn; een hoog verbruik, omdat de retourtemperatuur te hoog is. Whitepaper Techniek 3
Averechts werkende schijnoplossingen Pompdebiet: De hoeveelheid doorstromend water per tijdseenheid die door de verwarmingsinstallatie wordt gepompt. Hoewel de negatieve gevolgen van hydronische onbalans voor het comfort en voor de energierekening overduidelijk zijn, bestaan er nog veel misvattingen over de oplossing ervan. De meest toegepaste schijnoplossingen werken zelfs averechts. Verhoging van het pompdebiet is een van deze schijnoplossingen. Naarmate het pompdebiet stijgt, neemt de leidingweerstand kwadratisch toe. Hierdoor zal de onbalans in het distributiecircuit alleen maar groter worden. Bovendien zorgt het verhoogde debiet voor geluidsklachten. Omdat de verhoging van het pompdebiet de comfortklachten meestal niet verhelpt, wordt vervolgens de aanvoertemperatuur van de warmtebron verhoogd. Ook dit is een schijnoplossing. Het heeft geen effect op installaties met een hydronische onbalans. Een radiator met onderdebiet zal nog steeds traag of niet opwarmen, terwijl een radiator met overdebiet nog meer warmte krijgt en dus een nog hogere retourtemperatuur genereert. Door een hogere retourtemperatuur wordt nog meer energie verspild. Ook halen warmtebronnen bij lange na niet hun hoogste rendement. Mislopen van rendement De meeste verwarmingsinstallaties hebben nauwelijks tot geen controle over het debiet en hebben daardoor geen controle over de retourtemperatuur. Het gevolg hiervan is dat de warmtebronnen nauwelijks tot niet condenseren. Condensatie van waterdamp in rookgassen is het kenmerk van HRwarmtebronnen. Bij de condensatie komt warmte vrij die teruggegeven wordt aan de verwarmingsinstallatie. Een warmtebron met condensatieketel in een verwarmingsinstallatie heeft niet per definitie een goed condenserende werking en een hoog rendement. Voor het hoogste rendement moet de temperatuur van de in de rookgassen aanwezige waterdamp tot onder het dauwpunt zakken. Dan condenseert waterdamp en kan de warmte die daarbij vrijkomt gebruikt worden. Anders ontsnapt alle waterdamp ongebruikt door de schoorsteen. Aangezien de condensatietemperatuur van waterdamp gemiddeld rond de 53 C ligt, is het van belang dat de retourtemperatuur van het warmtemedium ruim onder de 53 C blijft. Doordat in veel installaties sprake is van onbalans en hoge retourtemperaturen, laten gebouweigenaren een groot besparingspotentieel liggen. Ondanks de huidige stand van de techniek en innovaties die tot uiting komen in de modernste HR+++warmtebronnen, halen die bij lange na niet de beloofde rendementen. Dit komt doordat het samenspel tussen warmtebron, eventueel aanwezige appendages en het hydronische distributienetwerk, met verschillende temperaturen en debieten, zeer complex is. Deze complexiteit wordt vergroot doordat de op vollastcondities ontworpen installaties voornamelijk draaien in deellastcondities. Dit is dan ook de voornaamste oorzaak van hydronische onbalans in verwarmingssystemen. Whitepaper Techniek 4
Vollast/deellast als oorzaak van onbalans Een vollastconditie is de zwaarstbelaste situatie waarin de verwarmingsinstallatie het gewenste comfort moet kunnen leveren. Meestal gaan ontwerpers van verwarmingsinstallaties uit van 21 C als temperatuur in alle ruimten bij een buitentemperatuur van 10 C. Deze situatie doet zich in de praktijk echter nauwelijks voor; het is buiten bijna altijd warmer dan 10 C en/of niet alle ruimten hebben tegelijkertijd (dezelfde) warmtevraag. 140 120 100 80 60 40 20 0 Jaarbelastingduurkromme warmtevraag kantoorgebouw (2048m 2 ) zware contructie, Rc=3,2 m 2 K/W, verlichting is 8 WTW= 60% 500 1000 1500 2000 2500 3000 Figuur 1: Belastingduurkromme warmtevraag kantoorgebouw referentiesituatie De belasting van een verwarmingsinstallatie kan worden weergegeven in een jaarbelastingduurkromme. Grafiek 1 laat de jaarbelastingduurkromme zien van een gemiddeld kantoorgebouw van 2048 m2. Daarin zien we dat gedurende het gehele stookseizoen van 2.500 uur (jaarlijks gemiddelde voor kantoorgebouwen) de installatie maar circa 7% (175 uur) van de tijd meer dan 50% belast wordt. Alle installaties werken bijna continu in een dergelijke deellastsituatie. De mate van deellast is voor elk gebouw anders en varieert zo grillig dat dit niet is te voorspellen. Die onzekerheid maakt dat ontwerpbureaus vast blijven houden aan traditionele vollastconfiguraties, waardoor ook de modernste installaties worden ontworpen met een vollastbedrijf als uitgangspunt. Om onbalans in de verwarmingsinstallatie in zowel vollast als deellast te voorkomen, moet de gehele installatie gebalanceerd worden. Balanceren van de verwarmingsinstallatie Het balanceren zorgt ervoor dat de installatie overal het ontwerpdebiet levert in zowel vollastals deellastbedrijf. Het optimaal balanceren kan gebeuren door het toepassen en afstellen van appendages in het distributiecircuit. Er zijn verschillende manieren van inregelen, afhankelijk van de uiteindelijke toepassing. Aan de hand van schematische voorbeelden leggen we het verschil uit tussen een nietgebalanceerde installatie, een statischgebalanceerde installatie en een dynamischgebalanceerde installatie. Whitepaper Techniek 5
Nietingeregelde installaties Figuur 2 illustreert een vollastsituatie van een nietingeregelde installatie. Het debiet in het eerste lokaal is hoger dan in het laatste lokaal. Dit komt doordat de leidingweerstand steeds groter wordt. Dit is de oorzaak van de meestvoorkomende problemen en comfortklachten bij verwarmingsinstallaties. Figuur 2: Niet ingeregelde installatie Kenmerkend voor een nietingeregelde situatie: Er is geen controle over het debiet in zowel vollast als deellast. Het debiet wordt medebepaald door het leidingsysteem. Statischingeregelde installaties In figuur 3 is een vollast en een deellastsituatie van een statischgebalanceerde installatie te zien. Door de leiding te smoren/knijpen met inregelventielen is het mogelijk om in vollast overal het gewenste debiet te realiseren. Bij deellast is er echter geen controle meer over het debiet. Wanneer in een lokaal de radiatoren worden dichtgedraaid, verdeelt het debiet zich over de andere lokalen. Statisch Hydronisch Balans Vollast Statisch Hydronisch Balans Deellast Figuur 3: Vollast situatie en deellast situatie van een statisch ingeregelde installatie Kenmerkend voor een statischgebalanceerde situatie: Is alleen geschikt voor vollastcondities. Er is geen controle over het debiet in deellast. Het debiet wordt medebepaald door de inregelventielen en het leidingsysteem. Whitepaper Techniek 6
Hydronischingeregelde installaties Figuur 4 demonstreert een vollastsituatie en een deellastsituatie van een dynamischgebalanceerde installatie. Door gebruik te maken van drukonafhankelijke regelventielen (PICV s) in de leidingen, is het mogelijk om in zowel vollast als deellast overal het gewenste ontwerpdebiet te realiseren. Onafhankelijk van de opvoerdruk voor de regelventielen blijft het debiet constant. Zelfs een deellastsituatie, waarin de druk in de leiding wordt verhoogd, heeft geen invloed op het debiet van de andere radiatoren. Dynamisch Hydronisch Balans Vollast Dynamisch Hydronisch Balans Deellast Figuur 4: Vollastsituatie (links) en deellast situatie (rechts) van een hydronischingeregelde installatie Kenmerkend voor een hydronischgebalanceerde situatie: Is geschikt voor zowel constantdebiet als variabeldebietsystemen. Er is volledige controle over het debiet in de gehele installatie ongeacht de lastsituatie. Het debiet wordt bepaald door de drukonafhankelijke regelventielen. De ideale verwarmingsinstallatie De ideale installatie wekt precies voldoende vermogen op voor de totale warmtevraag van een gebouw, verdeelt dit over de warmtebehoevende ruimten en heeft een retourtemperatuur die niet veel hoger ligt dan de ruimtetemperatuur. Handmatig is dit nagenoeg niet realiseerbaar. Voor het omschrijven van de ideale verwarmingsinstallatie kunnen we de volgende stelling hanteren: 100% systeemautoriteit is 0% inefficiënte warmteopwekking. Om volledige systeemautoriteit over de complete verwarmingsinstallatie te krijgen hebben wij de eneef Utility ontwikkeld. Whitepaper Techniek 7
De eneef Utility De eneef Utility is een gebouwbeheersysteem gecombineerd met een vermogengestuurde zoneregeling en een dynamischgebalanceerd distributiecircuit. Dit betekent dat de eneef Utility volledige systeemautoriteit heeft door de aansturing van de warmteopwekker(s), van de distributie en van de afgiftezijde. De eneef Utility analyseert alle relevante actuele informatie van de verschillende ruimten in het gebouw. Op basis van die informatie, actuele metadata en de geprogrammeerde setpoints, berekent de eneef Utility het benodigde vermogen en de minimale watertemperatuur om elke individuele ruimte van het gewenste comfort te voorzien. Hiernaast onderscheidt de webapplicatie van de eneef Utility zich in bedieningsgemak, eenvoud en overzicht. De webapplicatie geeft de eigenaar/beheerder gedetailleerd inzicht en biedt volledige controle over de setpoints van de verwarmingsinstallatie. Kenmerken van de eneef: de meest efficiënte zoneregeling; geïntegreerde kalender en klokfunctie; warmtebron(nen) sturen op basis van tijd, nooit meer comfortklachten; temperatuur en vermogen; toepassing in bestaande installaties gemiddelde besparing van 40% op de stookkosten; mogelijk; een gebruiksvriendelijk gebouwbeheersysteem; snelle en efficiënte installatie plus lage installatiekosten; lagere onderhoudskosten. De eneef Utility verhoogt niet alleen het comfort in het gebouw, maar zorgt tegelijkertijd voor een gemiddelde besparing van 40%. Huidig eneef Verminderd comfort door slechte verdeling van Een perfecte verdeling van de warmte in alle de warmte over het gebouw. Bepaade ruimtes zijn zones van het gebouw, in zowel deellast als niet warm of koud te krijgen. Hoog gasverbruik vollast, aangestuurd door de eneef. Alleen de vanwege te hoge watertemperatuur in de warmte die nodig is wordt opgewekt. installatie. Whitepaper Techniek 8
Contact Wij komen graag in contact met kundige installateurs die met ons de oorzaak van de meeste verwarmingsproblemen in gebouwen willen aanpakken. Technisch vragen Heeft u technische vragen over de eneef? Of wilt u meer weten over hydronische onbalans en averechts werkende schijnoplossingen? Neem dan contact op met onze technisch specialist Chris Breijs. U kunt hem bereiken via cbr@eneef.nl, of op 06 5758 3372. Partner worden Wilt u meer weten over wat de eneef Utility voor uw klanten kan betekenen en bent u benieuwd naar de voordelen die eneef u kan bieden? Neem dan contact op met onze verkoopleider Laurens de Kever. U kunt hem bereiken via ldk@eneef.nl, of op 06 1257 3167. Uiteraard kunt u ons ook bereiken via onze algemene contactgegevens. eneef BV T 085 27 36 324 West Kinderdijk 122G E info@eneef.nl 2953 XW Alblasserdam W www.eneef.nl