RAUGEO - GEOTHERMISCHE SYSTEMEN TECHNISCHE INFORMATIE www.rehau.be Bouw Automobiel Industrie
INHOUD 1. Geothermie...5 1.1 Algemeen...5 1.2 Toepassingsgebieden...5 1.3 Voordelen...6 1.4 RAUGEO-assortiment...6 2. Eigenschappen van PE-Xa en PE 100...7 3. Productbeschrijving - Verticale geothermie...9 3.1 Algemeen...9 3.2 PE-Xa-sondes...10 3.2.1 Beschrijving...10 3.2.2 Eigenschappen...10 3.2.3 Afmetingen en verpakking...10 3.2.4 Assemblage van de ballast...10 3.3 PE 100-sondes...11 3.3.1 Beschrijving...11 3.3.2 Eigenschappen...11 3.3.3 Afmetingen en verpakking...11 3.3.4 Assemblage van de ballast...11 4. Productbeschrijving - Horizontale geothermie...12 4.1 Algemeen...12 4.2 Horizontale PE-Xa-collectoren...12 4.2.1 Beschrijving...12 4.2.2 Eigenschappen...12 4.2.3 Afmetingen en verpakking...13 4.3 Horizontale collectoren PE100...13 4.3.1 Beschrijving...13 4.3.2 Eigenschappen...14 4.3.3 Afmetingen en verpakking...14 5. Productbeschrijving - Energiepalen...15 5.1 Algemeen...15 5.2. Onderdelen...15 6. Productbeschrijving - Helix-sondes...16 6.1. Beschrijving...16 6.2 Eigenschappen...16 6.3 Voordelen van de RAUGEO HELIX-sonde...16 7. Productbeschrijving - Toebehoren...17 8. Ontwerp van een geothermisch systeem - Algemeen...20 8.1 Een configuratie kiezen...20 8.2 Milieueffecten...21 8.3 Warmtepomp (WP)...21 8.4 Druktests...21 8.4.1 Algemeen...21 8.4.2 Test...21 9. Ontwerp van een geothermisch systeem - Horizontale collectoren...22 9.1 Algemeen...22 9.2 Plaatsingsdiepte...22 9.3 Plaatsingsafstand...22 9.4 Dimensionering...22 9.5 Configuraties...23 9.6 Plaatsing van horizontale collectoren...24 10. Ontwerp van een geothermisch systeem - Verticale sondes...25 10.1 Algemeen...25 10.2 De reglementering...25 10.2.1 Wanneer is er sprake van een vergunningsplicht?...25 10.2.2 Wanneer is er sprake van een meldingsplicht?...25 10.3 Plaatsingsafstand...25 10.4 Dimensionering (één installatie met een vermogen van minder dan 30 kw...25 10.5 Dimensionering van een systeem voor de dienstensector...27 10.6 Configuraties...27 10.7 Installatie...27 10.8 Aansluiting...28 10.9 Uitvoering van de geothermische sondes...29 11. Ontwerp van een geothermisch systeem - Energiepalen...30 11.1 Algemeen...30 11.2 Plaatsingsafstand...30 11.3 Configuraties...30 11.4 Dimensionering...31 11.5 Aansluiting...32 11.6 Bepaling van mogelijke ontwerpen...32 11.7 Vereenvoudigde aanbevelingen (voor voorontwerp)...33 11.8 Installatie voor energiepalen...34 12. Ontwerp van een geothermisch systeem - Helix-sonde...35 12.1 Plaatsingsafstand...35 12.2 Configuraties...35 12.3 Dimensionering...35 12.4 Plaatsing van de HELIX-sonde...36 3
13. Ontwerp van een geothermisch systeem - Varia...37 13.1 Warmtedragend medium...37 13.1.1 Glycolmengsel...37 13.1.2. Vulling...37 13.2 Opslag...37 13.3. Invoer in het gebouw...37 13.4. Berekening van de drukverliezen...37 14. Normalisatie, reglementering, certificatie...38 14.1. Verwijzing naar de belangrijkste teksten...38 14.2. Niet-limitatieve lijst van normen, richtlijnen, standaards die van toepassing zijn op installaties bestemd voor geothermie...38 Verklaring van enkele afkortingen : PE-Xa : reticulair polyethyleen van type a HDPE : hogedichtheidspolyethyleen WP : warmtepompr COP : winstfactor (coefficient of performance) 4
1 GEOTHERMIE Opmerking : Deze technische informatie heeft tot doel de gebruiker te helpen bij de pre-dimensionering van geothermische installaties, gebruikmakend van de producten uit het RAUGEO-assortiment van REHAU en met toepassing van de uitvoeringsinstructies die moeten worden nageleefd voor de integriteit van de producten. Dit document vervangt de geldende normen of voorschriften niet. Deze moeten verplicht in acht worden genomen. Over het algemeen zijn de volgende toepassingen mogelijk: - Lagetemperatuurverwarming (vloerverwarming, radiatoren, muurverwarming), - Omkeerbare vloer (vloerverwarming en -koeling, muurverwarming en -koeling), - Verwarming of koeling van de lucht (met name voor systemen met gecontroleerde ventilatie). 1.1 Algemeen Het grootste gedeelte van de inwendige aardwarmte (87%) wordt geproduceerd door de radioactiviteit van de gesteenten die de mantel van de aardkorst vormen: deze natuurlijke radioactiviteit wordt veroorzaakt door het uiteenvallen van uranium, thorium en kalium. Reeds sinds zijn ontstaan, heeft de mens altijd voordeel weten te halen uit deze energie. Het gebruik van aardwarmte biedt vele mogelijkheden vanwege zijn onafhankelijkheid van de klimatologische omstandigheden, zijn lokale aanwezigheid en zijn milieuvriendelijkheid. Geothermie bestaat erin de energie die aanwezig is in de bodem of in de bovenste grondwaterlagen op te nemen en via een warmtepomp over te brengen naar een woning. Deze techniek combineert energetische, economische en ecologische voordelen voor de verwarming en de productie van warm tapwater. Afb.1 : Kantoren Lu-teco - Ludwigshafen 1.2 Toepassingsgebieden Het RAUGEO-assortiment is speciaal ontwikkeld voor geothermie op lage temperatuur, door integratie van verschillende uitvoeringsprocédés of -technieken, hetzij horizontale, verticale of ondiepe verticale collectoren of funderingspalen. Geothermie op lage temperatuur houdt in dat er gebruik wordt gemaakt van een bron met een temperatuur van minder dan 30 C, waardoor het meestal niet mogelijk is de warmte direct te benutten door een eenvoudige warmtewisselaar. Dus moeten er warmtepompen worden ingezet die deze lagetemperatuurenergie opnemen en verhogen tot een temperatuur die hoog genoeg is voor de verwarming van woningen. In België bedraagt de gemiddelde jaartemperatuur van de bodem over het algemeen 7 tot 12 C, en naarmate men dieper doordringt in de bodem, stijgt de temperatuur gemiddeld met 3 à 4 C per 100 m (geothermische gradiënt). De in de bodem opgeslagen warmte is overal toegankelijk. De technieken om deze energie op te vangen, moeten aangepast zijn aan de warmtebehoeften en het soort ondergrond. Afb.2 : Cité de Design-Saint-Etienne.LIN Jan-Oliver kunz 5
1.3 Voordelen Het concept geothermie op lage temperatuur is geschikt voor toepassingen die gaan van verwarming van individuele woningen tot stadsverwarmingsnetten. Dit soort geothermie blijkt buitengewoon geschikt voor de verwarming van collectieve woningen of gebouwen in de dienstensector (ziekenhuizen, administratie, handelscentra...) - Gebruik van een bron met vrijwel constante temperaturen, - Aanzienlijke vermindering van de uitstoot van broeikasgassen, - Energiebesparingen tot meer dan 75 % voor verwarming en koeling 1.4 Samenstelling van het RAUGEO-assortiment Vaakst gebruikte systemen: - Horizontale geothermie - Verticale geothermie Innovatieve systemen: - Energiepalen - Compacte sondes Afb.3 : De verschillende oplossingen 6
2 EIGENSCHAPPEN VAN PE-XA EN PE 100 REHAU biedt een assortiment buizen in vernet polyethyleen PE-Xa en hogedichtheidspolyethyleen PE100 aan. De voornaamste voordelen van PE-Xa zijn: - Slagsterkte, niet gevoelig aan scheurvorming, - Kleine buigstraal, zelfs bij lage temperaturen, - Aanvulling met zand niet nodig, - Temperatuurbereik tot boven 40 C, zodat het ontwerp mogelijk is van een systeem met energieopslag, - Geschikt voor aansluiting met schuifhulskoppelingen. In de onderstaande tabel vindt u de gedetailleerde lijst van eigenschappen: Illustraties van de buizen PE-Xa PE 100 Materiaal Onder hoge druk vernet polyethyleen type "a" Polyethyleen Normen DIN 16892 DIN 8074/8075 Buizenreeks SDR 11(20 x 1.9, 25 x 2.3, 32 x 2.9, 40 x 3.7) 20 C 100 jaar / 15 bar 100 jaar / 15,7 bar 30 C 100 jaar / 13,3 bar 50 jaar / 13,5 bar 40 C 100 jaar / 11,8 bar 50 jaar / 11,6 bar 50 C 100 jaar / 10,5 bar 15 jaar / 10,4 bar 60 C 50 jaar / 9,5 bar 5 jaar / 7,7 bar 70 C 50 jaar / 8,5 bar 2 jaar / 6,2 bar 80 C 25 jaar / 7,6 bar - 90 C 15 jaar / 6,9 bar - Temperatuurbereik -40 C à 80 C -20 C tot 30 C Min. verwerkingstemperatuur - 30 C -10 C Minimale straal 20 x 1,9 25 x 2,3 32 x 2,9 40 x 3,7 25 x 2,3 32 x 2,9 40 x 3,7 20 C 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm 50 cm 65 cm 80 cm 10 C 30 cm 40 cm 50 cm 65 cm 85 cm 110 cm 140 cm 0 C 40 cm 50 cm 65 cm 80 cm 125 cm 160 cm 200 cm Kerfgevoeligheid Zeer laag Hoog Scheurvoortplanting bij FNCT (Full Notch Creep Test) Geen breuk Breuk voor het bereik van 200-2000h Aanvulling Aanwezige grond meestal herbruikbaar Zandaanvulling Ruwheid van de buizen 0,007 mm 0,04 mm Gemiddelde uitzettingscoëfficiënt 0,15 mm/(m*k) 0,20 mm/(m*k) Chemische weerstand Zie bijlage 1 van de norm DIN8075 Zie bijlage 1 van de norm DIN8075 Dichtheid 0,94 g/cm³ 0,95 g/cm³ Slagsterkte Zeer hoog Hoog (geen voortplanting van scheuren tijdens het transport (bij scheur, langzame voortplanting tijdens het transport of tijdens de installatie) of tijdens de installatie) Geschikt voor systeem Ja Nee met warmteopslag (Bedrijfstemperatuur tot 80 C) (Bedrijfstemperatuur tot 30 c) Geschikt voor koelsysteem Ja Ja met groep voor ijswaterproductie (Bedrijfstemperatuur tot 80 C) (Bedrijfstemperatuur tot 30 c) Smeltindex MFR - 0,2-0,5g/10min MFR groep (Melting Flow Ratio) - 003,005 Tabel 1 7
Toepassing Omschrijving van het Verticale sonde Verticale sonde Horizontale collectoren Horizontale collectoren Horizontale collectoren Collectoren voor energiepalen assortiment PE-Xa RAUGEO PE100 RAUGEO PE-Xa RAUGEO PE-Xa PLUS RAUGEO PE100 RAUGEO PE-Xa RAUGEO Toepassingsgebied Verticale geothermie Verticale geothermie Horizontale geothermie Horizontale geothermie Horizontale geothermie Energiepalen Materiaal PE-Xa PE 100 PE-Xa PE-Xa PE 100 PE-Xa met EVOH-barrière, PE-mante Kleur Grijs Zwart Grijs Oranje/Grijs Zwart Grijs Zuurstofbarrière Nee Nee Nee Barrière volgens DIN 4726 Nee Nee Plaatsing Boren Boren Buis intrekken of sleuf Ophakken of sleuf Ophakken of sleuf Funderingspalen Afmetingen 32 x 2,9 et 40 x 3,7 32 x 2,9 et 40 x 3,7 20, 25, 32 et 40 mm 20, 25, 32 et 40 mm 25, 32 et 40 mm 20, 25, 32 et 40 mm sonde-ø respectievelijk sonde-ø respectievelijkt (SDR11) (SDR11) (SDR11) (SDR11) 110 mm et 134 mm 96 mm et 118 mm Gebruik Verwarming / koeling Verwarming / koeling Voor de funderingspalen van nieuwe gebouwen Niet mogelijk bij renovatie Aanbevolen Verwarmingsbehoeften verzekerd door de warmtepomp Verwarmingsbehoeften verzekerd door de warmtepomp met water/glycolmengsel en Verwarmingsbehoeften verzekerd door de warmtepomp toepassingsgebied met water/glycolmengsel en koelbehoeften al dan niet beperkte koelbehoeften al dan niet verzekerd door de warmtepomp met water/glycolmengsel en koelbehoeften al dan niet verzekerd door de warmtepomp verzekerd door de warmtepomp Tabel 2, de verschillende RAUGEO-oplossingen 8
3 PRODUCTBESCHRIJVING - VERTICALE GEOTHERMIE 3.1 Algemeen De verticale collectoren of geothermische sondes bestaan uit twee buizen in PE100 of PE-Xa die samen een dubbele U vormen. Deze buizen worden in een boorgat geplaatst en hierin vastgegoten met cement. In deze buizen laat men in een gesloten kring water stromen waaraan een antivriesmiddel is toegevoegd. Twee geothermische sondes van 50 m diep volstaan meestal voor de verwarming van een huis met 120 m2 woonoppervlakte. De ingenomen oppervlakte is minimaal in vergelijking met horizontale collectoren. Verticale sondes zijn moeilijker te plaatsen dan horizontale collectoren. Voor verticale sondes moet beroep gedaan worden op een erkende booronderneming en moet voldaan worden aan de administratieve procedures inzake de bescherming van de bodem Afb.4 : Verticale oplossingen Afb.5 : PE-Xa-sondes 9
3.2 PE-Xa-sondes 3.2.1 Beschrijving De RAUGEO PE-Xa-sondes bestaan uit 2 buizen in vernet polyethyleen type a die U-vormig zijn voorgevormd overeenkomstig de norm DIN 16892/93, en die een doorschijnende kleur hebben met een grijze buitenlaag in PE. De intrinsieke eigenschappen van PE-Xa maken het mogelijk de voet van de sonde in de fabriek voor te vormen, zodat de volledige sonde uit één buis kan worden vervaardigd. Er is dus geen enkele las nodig, wat de betrouwbaarheid van de sonde alleen maar vergroot. De bocht van de buis zit beschermd in een sondevoet in glasvezelversterkt polyester. De levensduur van de sondes bedraagt minimaal 100 jaar bij een nominale druk van 15 bar bij 20 C. Het assortiment wordt vervolledigd met toebehoren, schuifhulskoppelingen, muurdoorvoeren en collectoren. 3.2.3 Afmetingen en verpakking Beschikbare afmetingen: lengte van 50 tot 250 m. 3.2.4 Assemblage van de ballast De twee U s van de sonde worden met behulp van een schroef op elkaar geplaatst voordat de sonde wordt ingebracht in het boorgat. Om de sonde makkelijker in het boorgat te laten zakken, kan er aan de sondevoet een ballast worden vastgemaakt via een stevige en eenvoudige verbinding. In geval van een ondergrondse waterhoudende laag wordt een modulaire assemblage van twee ballasts aanbevolen om de installatie van de sonde in het boorgat te vereenvoudigen. 3.2.2 Eigenschappen - De sondevoet is voorgevormd, geen gevaar voor lekkage - Aangepast aan de omstandigheden op de bouwplaats aangezien PE-Xa een zeer hoge weerstand tegen voortplanting van scheuren en tegen puntlasten bezit. - De voet van de sonde is beschermd met een glasvezelversterkte polyesterhars - Modulaire assemblage van ballasts mogelijk (elementen van 12,5 of 25 kg) Afb.7 : Afmetingen Specificaties DN 32 x 2,9 mm DN 40 x 3,7 mm Buitendiameter de buis) d (van 32 mm 40 mm Wanddikte (van de buis) 2,9 mm 3,7 mm Diameter (van de sonde) D 110 mm 134 mm Gebruikstemperatuur -40 C tot +80 C Nominale druk bij 20 C 15 bar Warmteopamepaciteit* ca- 50 W/m Beschikbare lengtes 50 tot 150m 50 tot 250m Afb.6 : PE-Xa-sondes Afb.8 : Installatie 10
3.3 PE 100-sondes 3.3.1 Beschrijving De RAUGEO PE 100-sondes bestaan uit 4 buizen in hogedichtheidspolyethyleen die 2 aan 2 tot een U-vorm zijn gelast, overeenkomstig de norm DIN 8074/75, UV-bestendig en zwart van kleur. REHAU ziet er zorgvuldig op toe dat een gebruiksklare sonde wordt geleverd: de 4 buizen worden in de fabriek gelast en ondergaan elk afzonderlijk een druktest. De sonde beantwoordt aan de kwaliteitseisen van de Duitse richtlijn HR3.26 "buizen en leidingelementen in PE 100 voor geothermische collectorsystemen", en draagt het keuringscertificaat afgeleverd door het Zuid-Duitse centrum voor kunststoffen (SKZ). De levensduur van de sondes bedraagt minimaal 100 jaar bij een nominale druk van 16 bar bij 15 C. Het assortiment wordt vervolledigd met toebehoren, elektrolasmoffen, muurdoorvoeren en collectoren. 3.3.2 Eigenschappen - Verticale groeven garanderen de sterkte en bescherming van de buis - Geen rechtstreeks contact van de U met de wanden van het boorgat, doordat ze volledig is ingewerkt in het gegroefde gedeelte van de sondevoet - Eenvoudig in te brengen dankzij het 'pijlvormige' profiel van de sondevoet - Sondevoet uit één stuk zonder materiaalverandering - In de fabriek automatisch gelaste sondevoet om te voldoen aan de eisen van de richtlijn VDI 4640 - Beperkt drukverlies - Modulaire assemblage van ballasts mogelijk (elementen van 12,5 of 25 kg) Specificaties DN 32 x 2,9 mm DN 40 x 3,7 mm Buitendiameter de buis) d (van 32 mm 40 mm Wanddikte (van de buis) 2,9 mm 3,7 mm Diameter (van de sonde) D 96 mm 118 mm Gebruikstemperatuur -20 C tot +30 C Nominale druk (PN) 16 bar Afb.9 : PE-100-sondes 3.3.3 Afmetingen en verpakking Beschikbare afmetingen: lengte van 50 tot 250 m. 3.3.4 Assemblage van de ballast De twee U s van de sonde worden met behulp van een schroef op elkaar geplaatst voordat de sonde wordt ingebracht in het boorgat. Om de sonde makkelijker in het boorgat te laten zakken, kan er aan de sondevoet een ballast worden vastgemaakt via een stevige en eenvoudige verbinding. In geval van een ondergrondse waterhoudende laag wordt een modulaire assemblage van twee ballasts aanbevolen om de installatie van de sonde in het boorgat te vereenvoudigen. D Afb.10 : Afmetingen d Warmteopname-capaciteit 50 W/m Beschikbare lengtes 50 tot 150m 60 tot 300m (*) : Gemiddelde warmteopnamecapaciteit van een verticale collector Tabel 4, specificaties - PE 100-sondes Afb.11 : Installatie 11
4 PRODUCTBESCHRIJVING - HORIZONTALE GEOTHERMIE 4.1 Algemeen De horizontale captatienetten bestaan uit PE- of PE-Xa-buizen. Ze worden geïnstalleerd in lussen die horizontaal worden ingegraven op geringe diepte (1,00 tot 1,50 m). In deze lussen stroomt in een gesloten kring water waaraan een antivriesmiddel is toegevoegd. De totale lengte van de buizen van een horizontale collector bedraagt verschillende honderden meter. De lussen worden op een onderlinge afstand van ten minste 40 cm geplaatst, om te vermijden dat er te veel warmte wordt onttrokken aan de bodem. Anders bestaat het risico dat de bodem permanent bevriest. De benodigde collectoroppervlakte wordt geschat op 1,5- tot 2-maal de te verwarmen woonoppervlakte. Voor een woning van 150 m² zal de collector zo n 225 tot 300 m² van uw tuin innemen. Bij horizontale collectoren moeten bepaalde installatieprincipes worden in acht genomen. Gazon, bloemperken en struiken kunnen samengaan met de ingegraven horizontale collector. De oppervlakte boven de collector moet doorlatend zijn (geen terras of gebouw) en mag niet worden doorkruist door waterleidingen (bevriezingsgevaar). Het terrein mag niet al te hellend zijn, zodat er niet moet worden aangeaard. Een rotsachtige bodem is minder gunstig dan een losse bodem. Afb.12 : Horizontale collectoren 4.2 Horizontale PE-Xa-collectoren 4.2.1 Beschrijving REHAU heeft speciaal een horizontale collector in vernet polyethyleen ontwikkeld, die voldoet aan de norm DIN 16892/93. De collectoren worden ingegraven in de bodem, in een sleuf of afgraving, om de in de bodem opgeslagen warmte op te nemen. Het assortiment wordt vervolledigd met toebehoren, elektrolasmoffen, schuifhulskoppelingen, muurdoorvoeren en collectoren. 4.2.2 Eigenschappen De collectoren zijn vervaardigd uit reticulair polyethyleen type a, voldoen aan de norm DIN 16892/93, zijn UV-bestendig en hebben een doorschijnende kleur met een grijze buitenlaag in PE. De levensduur van de sondes bedraagt minimaal 100 jaar bij een nominale druk van 15 bar bij 20 C. Afb.13 : Aanaarding van horizontale collectoren PE-Xa De intrinsieke eigenschappen van het vernet polyethyleen bieden bepaalde voordelen: - Aanaarding is niet nodig vanwege de uitstekende weerstand tegen puntlasten - De soepele buizen laten een kleine buigstraal toe - Aangepast aan de omstandigheden op de bouwplaats aangezien PE-Xa een uitstekende scheurweerstand bezit. 12
4.2.3 Afmetingen en verpakking Beschikbare afmeting: standaardrol van 100 meter, andere lengtes mogelijk op aanvraag. Afb.14 : Aanaarding van horizontale collectoren PE-Xa Specificaties DN 20 x 1,9 mm DN 25 x 2,3 mm DN 32 x 2,9 mm DN 40 x 3,7 mm Buitendiameter (van de buis) 20 mm 25 mm 32 mm 40 mm Wanddikte (van de buis) 1,9 mm 2,3 mm 2,9 mm 3,7 mm Klasse SDR 11 Gebruikstemperatuur -40 C tot +80 C Nominale druk bij 20 C 15 bar Minimale plaatsingstemperatuur -30 C Min. buigstraal bij 20 C 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm Beschikbare lengtes* 100 meter (*) : andere lengtes op aanvraag Tabel 5, specificaties - horizontale collectoren PE-Xa 4.3 Horizontale collectoren PE100 4.3.1 Beschrijving REHAU heeft speciaal horizontale collectoren in zwart hogedichtheidspolyethyleen ontwikkeld, die voldoen aan de norm DIN 8074/75. De collectoren worden ingegraven in de bodem, in een sleuf of afgraving, om de in de bodem opgeslagen warmte op te nemen. Het assortiment wordt vervolledigd met toebehoren, muurdoorvoeren en collectoren. Afb.15 : Aanaarding van horizontale collectoren PE100 13
4.3.2 Eigenschappen De collectoren zijn vervaardigd van hogedichtheidspolyethyleen PE100, beantwoorden aan de norm DIN 8074/75, zijn UV-bestendig en zwart van kleur. De levensduur van de sondes bedraagt minimaal 100 jaar bij een nominale druk van 16 bar bij 15 C. De volgende regels van goed vakmanschap moeten in acht worden genomen: - Aanaarding met zand of teelaarde die ontdaan is van elementen D>20mm - De maximumtemperaturen van het warmtedragende medium mogen niet hoger zijn dan 30 C - Bijzondere aandacht is vereist tijdens de plaatsing, aangezien de minimale buigstraal in grote mate afhankelijk is van de verwerkingstemperatuur Afb.16 : Aanaarding van horizontale collectoren PE100 4.3.3 Afmetingen en verpakking Beschikbare afmeting: standaardrol van 100 meter, andere lengtes Specificaties DN 25 x 2,3 mm DN 32 x 2,9 mm DN 40 x 3,7 mm Buitendiameter (van de buis) 25 mm 32 mm 40 mm Wanddikte (van de buis) 2,3 mm 2,9 mm 3,7 mm Klasse SDR 11 Gebruikstemperatuur -20 C tot +30 C Nominale druk PN16 Minimale plaatsingstemperatuur -10 C Min. buigstraal bij 20 C 50 cm 65 cm 80 cm Beschikbare lengtes* 100 mètres 100 tot 200 meter 100 meter (*) : andere lengtes op aanvraag Tabel 6, specificaties - horizontale collectoren PE 100 14
5 PRODUCTBESCHRIJVING - ENERGIEPALEN 5.1. Algemeen Funderingspalen zijn oorspronkelijk bedoeld om de druk van een gebouw in de diepte te verplaatsen. Het is mogelijk in deze funderingen een netwerk van buisvormige collectoren te voorzien, waar men een warmtedragend medium door laat stromen om de warmte in de bodem op te nemen. De palen bevinden zich onder het gebouw, dit wil zeggen onder een afgesloten oppervlak waar de bodem niet kan worden opgewarmd door neerslag of zonnestraling. Om de duurzaamheid van het systeem te garanderen, voorzien geothermische systemen op funderingspalen meestal een bodemregeneratiesysteem. 5.2. Onderdelen Afb 17 : Energiepaal De funderingspalen worden meestal uitgerust met RAUGEO PE-Xa-buizen van 20 x 1,9 mm of 25 x 2,3 mm. Het assortiment wordt vervolledigd met toebehoren, elektrolasmoffen, schuifhulskoppelingen, muurdoorvoeren en collectoren. Afb 18 : Energiepaal 15
6 PRODUCTBESCHRIJVING - HELIX-SONDES 6.1. Beschrijving De oplossing RAUGEO HELIX PE-Xa haalt de energie op enkele meter diepte uit de bodem, vermindert uw energiekosten, vermindert de CO2-uitstoot in de atmosfeer en verbetert uw leefcomfort. Deze nieuwe generatie geothermische sondes, het resultaat van de innovatie van REHAU, biedt een interessant economisch alternatief voor de standaard (verticale of horizontale) geothermische technieken. De RAUGEO PE-Xa Helix-sondes zijn zowel geschikt voor eengezinswoningen als voor kleine apartementsgebouwen, in nieuwbouw of renovatie. De aan de bodem onttrokken energie wordt via een warmtepomp opgewerkt, zodat deze geschikt is voor verwarming maar ook voor koeling in de zomer. Vanwege de geringe installatiediepte biedt deze techniek een interessant alternatief voor een verticale geothermische sonde, bijvoorbeeld wanneer er geen boorvergunning kan worden afgeleverd, of voor een horizontaal captatienet wanneer de beschikbare grondoppervlakte niet volstaat. HELIX : het optimale economische compromis tussen horizontale en verticale geothermie. 6.2 Eigenschappen Specificaties Hoogte (verpakt) ca.1,1 m Nuttige hoogte ca. 3,0 m Buitendiameter (van de buis) ca.0,38 m Lengte van de buis 40 m Afmetingen van de buis 25 x 2,3 Materiaal PE-Xa Droog gewicht ca.7,5 kg Volume ca.13 liter Afb 19 : HELIX-sondes 6.3 Voordelen van de RAUGEO HELIX-sonde - PE-Xa - Geothermie voor eengezinswoningen en kleine appartementsgebouwen - Geschikt voor nieuwbouw maar ook voor renovatie - Thermisch vermogen per sonde tot 700 W - Geen diepe boring of grote installatieoppervlakte vereist - Eenvoudig uit te voeren door aannemingsbedrijf - Buis in PE-Xa, bestand tegen de belastingen op een bouwplaats, garandeert de duurzaamheid en betrouwbaarheid van uw installatie - Rekbare sonde, bestand tegen de transport- en gebruiksbelastingen Tabel 7, specificaties - HELIX-sondes Deze technische handleiding beantwoordt aan de eisen van de richtlijn VDI 4640 met betrekking tot geothermische werkzaamheden. 16
7 PRODUCTBESCHRIJVING - TOEBEHOREN Afb.20 : Ballast Ballast van 12,5 of 25 kg om de plaatsing te vergemakkelijken bij het neerlaten van de sonde in het boorgat. Voor het aanbrengen van de ballasts kunnen de volgende elementen nodig zijn: - Montagekit voor ballasts van 12,5 of 25 kg voor PE 100-sonde. (Wordt apart verkocht) - Montagekit voor ballasts van 12,5 of 25 kg voor PE-Xa-sonde. (Wordt apart verkocht) - Montagekit om verschillende ballasts samen te voegen. (Wordt apart verkocht) Y-koppelstuk voor de vertrek- retourkringen van de sondes. Aansluiting aan de uiteinden door elektrolasmoffen of polyfusie. Materiaal: Staal Diameter: 80 mm Lengte (12,5 kg): 340 mm Lengte (25 kg): 670 mm Materiaal: PE100 Afmetingen: 32-32-40 en 40-40-50 Afb.21 : Y-koppelstuk Afstandhouder voor sondes om de juiste afstand te bewaren tussen de buizen en om het vullen van het boorgat te vergemakkelijken. Materiaal: PE100 Afmetingen: voor sondes 32 x 2,9 mm en 40 x 3,7 mm Afb.22 : Afstandhouder Kabelbinders om de buizen vast te maken in de funderingspalen. Materiaal: PA Lengte: 178 mm Breedte: 4,8 mm Kleur: Naturel Afb.23 : Kabelbinders Gemonteerde collector met: aansluitblok 1"1/2 met een uitgang 3/8", uitgerust met een manuele ontluchtingskraan, klemplaat met uitgang ½" + vul- / aftapkraan, rvs draadstangen + rvs moer. Retourelement met gele debietmeter (200 tot 1050 l/h), vertrekelementen, polymeerkoppelingen, bevestigingssteunen. Materiaal: Glasvezelversterkt polymeer Aantal kringen: 2 tot 12. (andere mogelijkheden op aanvraag) Koppelingen: DN32 / DN25 Afb.24 : Voorgemonteerde collectoren voor verticale sondes 17
Modulaire collector met afsluiter met borgmoer 3/4" F. De collectoren zijn bij levering niet gemonteerd en vereisen het gebruik van toebehoren (bijv.: montageset met: aansluitblokken uitgang 1"1/4F, vernikkelde klemplaten, 2 muur-beugels, vulkranen, stoppen ½, ontluchtingskranen, moeren M8 rvs). Materiaal: Polymeer Aantal kringen: max. 12 Afb.25 : Collectoren voor horizontale collectoren DN20 en DN 25 Afb.26 : Schuifhulskoppelingen en -ringen voor PE-Xa Het geheel van schuifhulskoppelingen en -ringen is een aansluitmethode die door REHAU werd ontwikkeld voor het aansluiten van PE-Xa- of PE-Xa PLUS-buizen. Deze methode biedt onmiskenbare voordelen: - Snel en meteen bruikbaar - Veilig - Permanent dicht - Kan bij alle weersomstandigheden worden geplaatst Bepaalde stoffen in de bodem kunnen corrosie veroorzaken aan de koppelingen, daarom wordt aanbevolen bij twijfel een krimpkous te gebruiken. Materiaal: ontzinkingsvrij messing (CR: Corrosion Resistant) of staal of rood bronz. Assortiment: Zie commerciële documentatie Materiaal: VPE Lengte: 1200 mm Krimpbereik 20-55mm Kleur: Zwart Afb.27 : Krimpkous Muurflens om buizen door muren te voeren, te gebruiken als aanvulling op de muurdoorvoer. Mat. zijplaten: Roestvrij staal V2A Mat. bouten: Roestvrij staal V4A Mat. behuizing: EPDM Binnendiameter: 20 tot 63 mm Buitendiameter: 100 mm Afb.28 : Muurflens Elektrolasmoffen zijn koppelstukken waarin een weerstand is ingegoten. Deze weerstand wordt vervolgens verwarmd met een speciale machine om de las tot stand te brengen tussen de buis en de mof. Elke mof is voorzien van een identificatieweerstand die een automatische programmering van de lasparameters mogelijk maakt. Materiaal: PE100 Assortiment: Zie commerciële documentatie Afb.29 : Elektrolasmof voor PE 100 Elektrolasmoffen zijn koppelstukken waarin een weerstand is ingegoten. Deze weerstand wordt vervolgens verwarmd met een speciale machine om de las tot stand te brengen tussen de buis en de mof. Elke mof is voorzien van een identificatieweerstand die een automatische programmering van de lasparameters mogelijk maakt. Materiaal: PE-Xa Assortiment: Zie commerciële documentatie Afb.30 : Elektrolasmof voor PE-Xa 18
Om de stabilisatie van de buis in het boorgat te garanderen (vaste positionering), te gebruiken als aanvulling op de waterdichte muurflens. Materiaal: PVC Binnendiameter: 100 mm Buitendiameter: 106 mm Lengte: 400 mm Afb.31 : Muurdoorvoer De REHAU-isolatiematerialen maken het mogelijk de inwendige buizen met het glycolmengsel waterdampdicht te isoleren om de vorming van condenswater te voorkomen. De uiteinden moeten worden verzegeld met een waterdicht materiaal. Dikte isolatie: 13 mm Lengte: 2 m Diameter: 20-63 mm Afb.32 : Isolatiemateriaal REHAU anticorrosieplakband in latex / butyl voor de bescherming van de ondergrondse koppelingen. Lengte: 5 m Breedte: 50 mm Afb.33 : REHAU beschermtape d s REHAU biedt een compleet assortiment verbindingsbuizen aan om de collectoren met de warmtepomp te verbinden. PE-Xa: 20-160 mm HDPE van 20 110 mm Afb.34 : Verbindingsbuizen 19
8 ONTWERP VAN EEN GEOTHERMISCH SYSTEEM - ALGEMEEN 8.1. Een configuratie kiezen Configuraties met horizontale collectoren komen momenteel het meest voor in België. Deze systemen zijn het goedkoopst maar vereisen een voldoende grote grondoppervlakte. Ze zijn dus vooral geschikt voor de verwarming van eengezinswoningen. Verticale configuraties zijn in het buitenland reeds zeer goed ingeburgerd, en ook in België zijn deze systemen in opmars. Deze systemen vragen een hogere investering maar zijn krachtiger. Ze nemen ook veel minder grondoppervlakte in. Ze zijn dus geschikt voor de verwarming van eengezinswoningen, maar vooral ook van collectieve woongebouwen en kantoorgebouwen die beperkt zijn wat hun omliggende grondoppervlakte betreft. REHAU heeft ook nog andere technieken ontwikkeld waarmee de vereiste oppervlakte voor de collectoren kan worden geoptimaliseerd: - Energiepalen - Helix-sondes De voornaamste kenmerken voor het dimensioneren van een geothermisch systeem zijn: - Het thermisch vermogen van de warmtepomp - De COP (= coefficient of performance) van de warmtepomp (bijvoorbeeld: B0/W35*) - Aantal bedrijfsuren van de pomp - Aard van de bodem, geologische en hydrologische kenmerken - De jaarlijkse/maandelijkse energiebehoeften - De piek-energiebehoeften * B0/W35 = retour koude bron: 0 C; vertrek warme bron 35 C Opmerking : Voor het ontwerp van een geothermisch systeem is het belangrijk onderscheid te maken tussen het verwarmings- en het koelvermogen, de jaarlijks afneembare energie voor de verwarmingsen koelbehoeften. Afhankelijk van de intrinsieke eigenschappen van de bodem, met name de warmtegeleidbaarheid, is het mogelijk dat een geothermisch systeem niet continu kan werken bij een hoog onttrokken vermogen. Het is belangrijk het systeem te dimensioneren op basis van een jaarlijkse cyclus. In de winter wordt warmte onttrokken en de regeneratie van de bodem vindt plaats in de zomer. Het betreft hier hernieuwbare energie. Indien deze regeneratie niet mogelijk is, moet een regeneratiesysteem worden voorzien, bijvoorbeeld door middel van een omkeerbare warmtepomp of door koppeling met zonnecollectoren. Deze technische handleiding bevat de meeste ontwerpregels die vermeld staan in de richtlijn VDI 4640 voor systemen van minder dan 30 kw. Voor grotere systemen is het aanbevolen een meer gedetailleerde studie te laten uitvoeren op basis van een grondige studie van de bodemeigenschappen. Afb.35 : De verschillende oplossingen 20
8.2. Milieu-effecten In geval van warmtepompen die gekoppeld zijn aan geothermische collectoren, met name horizontale collectoren, kan een onderdimensionering van de collectoren rechtstreeks gevolgen hebben voor de bodemgesteldheid en de omgevende vegetatie. Een matige afkoeling van de bodem beïnvloedt zijn structuur niet, maar als het systeem ondergedimensioneerd is, kan de omvang van de energieonttrekking een overmatige bevriezing van de bodem veroorzaken. De uitzetting van het ijs veroorzaakt een aanzienlijke zwellingsdruk, bij ontdooiing kan de waterverplaatsing de bodem wegspoelen. Het is dus mogelijk dat de bodem rond de buizen verzakt. Er moet dus bijzondere aandacht worden besteed aan de dimensionering. Deze moet zorgvuldig worden bepaald. Elke onderdimensionering kan een onomkeerbare verarming van de bodem en een verslechtering van de prestaties van het systeem veroorzaken. Omgekeerd kan een overdimensionering tot al te grote drukverliezen leiden en daardoor hoge energiekosten met zich meebrengen. 8.3 Warmtepomp (WP) Een warmtepomp (WP) maakt het mogelijk energie op een laag temperatuurniveau naar een hoger temperatuurniveau te brengen. Hierbij wordt energie verbruikt, maar de totale energie die door de WP wordt afgegeven, is hoger dan de energie die aan het systeem wordt toegevoegd. Dit levert dus een totale besparing van primaire energie op, alsook een vermindering van de vervuilende uitstoot bij een gelijke hoeveelheid geproduceerde eindenergie. Een WP verlaagt dus de temperatuur van het medium dat de energie levert (koude bron) en verhoogt de temperatuur van het medium dat de energie ontvangt (warme bron). Aangezien beide bronnen kunnen worden benut, kan een WP-installatie dus gelijktijdig en/ of opeenvolgend de verwarmings- en/of de klimaatregelings- of koelbehoeften verzorgen. 8.4 Druktests 8.4.1. Algemeen Tijdens de druktests wordt de dichtheid van het systeem gecontroleerd. De tests worden gedaan met water. Hierbij wordt het systeem onder een constante druk gebracht en wordt de druk in het systeem gemeten in functie van de tijd. Een scherpe drukdaling wijst op een storing. Met de debiettests wordt de goede doorstroming in de collectoren gecontroleerd. 8.4.2. Tests De tests worden uitgevoerd volgens de voorschriften van de plaatsings- en gebruikshandleiding voor polypropyleenleidingen, conform DIN 4279-7 en VDI 4640. Test voor aanaarding Voor de aanaarding wordt een snelle en representatieve druktest uitgevoerd, zodat buizen of collectoren eventueel nog kunnen worden vervangen. Deze test wordt met name aanbevolen bij een harde ondergrond die de elementen van het systeem zou kunnen beschadigen. Test na installatie van de collectoren Deze wordt uitgevoerd na cementering / aanaarding. De test wordt uitgevoerd volgens de voorschriften van de plaatsings- en gebruikshandleiding voor polypropyleenleidingen, volgens DIN 4279-7: - Druk: 6 bar - Duur: 30 min. Test voor levering intallatie Er wordt een debiet- en druktest uitgevoerd die representatief is voor het systeem, bij een druk die 1,5-maal hoger is dan de bedrijfsdruk, ten einde de installatie aan de bouwheer te kunnen leveren. Afb.36 : Principe van de warmtepomp 21
9 ONTWERP VAN EEN GEOTHERMISCH SYSTEEM - HORIZONTALE COLLECTOREN 9.1. Algemeen 9.4. Dimensionering De regels van goed vakmanschap inzake het ontwerp van horizontale geothermische collectoren staan beschreven in de richtlijn VDI 4640. De belangrijkste aspecten worden beschreven in de onderstaande handleiding. 9.2 Plaatsingsdiepte De noodzakelijke oppervlakte en de lengte van de horizontale collectoren hangen hoofdzakelijk af van de volgende factoren: - Het thermisch vermogen van de warmtepomp - De COP van de warmtepomp (bijvoorbeeld B0/W35) - Aantal bedrijfsuren van de pomp - Aard van de bodem, geologische en hydrologische kenmerken De temperaturen in de bodem kunnen het vorstpunt bereiken op 1 m diepte, zelfs zonder exploitatie van de bodem. Hoe dieper men gaat, hoe meer de temperatuur toeneemt, maar de warmtestroom vanaf het aardoppervlakte neemt af. Om de bodem niet permanent te laten bevriezen, moeten de collectoren zich onder de vorstgrens bevinden. In België situeert de plaatsingsdiepte zich dus tussen 1,00 meter en 1,50 meter. Bovendien is de in de bodem opgeslagen energie voornamelijk afkomstig van neerslag en zonnestraling, de warmtestroom vanuit de diepere lagen bedraagt minder dan 0,1 W/m2, en is dus verwaarloosbaar. De collectoren worden dus best niet onder bebouwde of verzegelde oppervlakken geïnstalleerd. Er zijn weliswaar uitzonderingen, met name wanneer het geothermisch systeem in een regeneratie van de bodem voorziet. Dan is het mogelijk de collectoren onder gebouwen te plaatsen. Er moet dan bijzondere aandacht worden besteed aan de bedrijfstemperaturen, om de gebouwstructuur niet te beschadigen. Al te lage temperaturen zouden namelijk de funderingen kunnen beschadigen. 1e stap : Bepalen van het thermisch vermogen van de WP 2e stap : Berekening van het koelvermogen Koelvermogen = Thermisch vermogen x (COP-1) COP 3e stap : Bepalen van het aantal bedrijfsuren van de WP. Bij een monovalente werking van de WP voor de productie van warm water op lage temperatuur, bedraagt het aantal bedrijfsuren over het algemeen 1800 uren. Bij een mono-energetische of bivalente werking kan het aantal bedrijfsuren oplopen tot 2400 uren. 4e stap : Choix de la puissance thermique spécifique en fonction des caractéristiques du sol et du nombre d heures de fonctionnement. 9.3 Plaatsingsafstand Aard van de bodem Specifiek onttrokken vermogen De aanbevolen plaatsingsafstand varieert van 0,5 meter tot 0,8 meter. Hoe langer de vorstperiode duurt, hoe groter de afstand moet zijn. 1800 bedrijfsuren 2400 bedrijfsuren Droge, niet samenhangende 10 W/m2 8 W/m2 bodem (zand) Vochtige, samenhangde 25 W/m2 20 W/m2 bodel Met water verzadigde 40 W/m2 32 W/m2 bodem Tabel 8, specifiek onttrokken vermogen bij een plaatsingsafstand van 0,8 meter volgens VDI4640 Opmerking : Het verdient aanbeveling niet meer energie te onttrekken dan 50 tot 70 kwh/m²/jaar. Afb.37 : Plaatsingsinterval 22
5e stap : Berekening van de benodigde oppervlakte van de collectoren. Deze wordt verkregen op basis van de koelcapaciteit en het specifiek onttrokken vermogen. Opp van de horizontale collectoren (m²) = Koelvermogen (W) Specifiek onttrokken vermogen (W/m²) 6e stap : Berekening van de benodigde lengte van de collectoren. Lengte van de collector (m) = Voorbeeld : Oppervlakte van de horizontale collectoren (m²)) Plaatsingsafstand (m) Thermisch vermogen vand e warmtepomp: 10 kw (10000 W) COP (bijvoorbeeld B0/W35) : 4 Koelvermogen : 7,5 kw (7500 W) Aantal bedrijfsuren : 1800 h/j Soort bodem : Vochtige, samenhangende bodem Specifiek thermisch vermogen : 25 W/m 2 Onttrekkingsoppervlakte : 300 m 2 Plaatsingsafstand : 0,8 meter Totale benodigde lengte : 375 meter Noodzakelijk aantal collectoren * : 4 collectoren van 100 meter (*) De lengte van de horizontale collectoren bedraagt meestal 100 m om de drukverliezen te beperken Tabel 9, berekeningsvoorbeeld Er zijn verschillende configuraties mogelijk: Configuratie in een sleuf : Doorgaans wordt er een afstand van 1 meter gelaten tussen twee sleuven. Met behulp van een minigraafmachine wordt een sleuf gegraven waarin de buizen worden aangelegd. Met het uitgegraven materiaal van de tweede sleuf wordt de eerste sleuf weer aangevuld. Configuratie in een afgraving : Bij dit soort configuratie wordt de volledige oppervlakte vrijgemaakt en afgegraven voordat de buizen worden geplaatst. Afb.40 : Spiraalconfiguratie Afb.41 : Zigzagconfiguratie 9.5 Configuraties Vóór de installatie moet een plan worden opgemaakt van de locatie waar de collectoren moeten worden geïnstalleerd. Dit plan moet de volgende elementen bevatten: - De afmetingen van het beschikbare terrein - De structuurelementen, zoals de gebouwen - De toekomstige structuurelementen, zoals een zwembad - De ondergrondse netwerken, zoals het rioolwaterstelsel - De aanwezigheid van een aardwarmtewisselaar (of Canadese put) - De bomen en vegetatie - De voorziene locatie voor de collectoren Opmerking : De volgende minimumafstanden moeten in acht worden genomen: - 5 meter ten opzichte van bomen - 1,5 meter ten opzichte van niet-hydraulische ondergrondse netwerken - 3 meter ten opzichte van funderingen, putten, septische putten, afvoeren Afb.42 : Tichelmann-configuratie Opmerking : Meestal kan het ter plaatse aanwezige materiaal worden gebruikt voor buizen in PE-Xa. Voor de bedekking van buizen in PE100 daarentegen moet een aangepast vervangmateriaal worden gebruikt, zoals aanvulzand 0/4. De uitvoering moet bijzonder zorgvuldig gebeuren, aangezien holle ruimten het warmtegeleidingsvermogen en daardoor de prestaties van het systeem verminderen. Daarom moet op rotsig terrein en bij buizen in PE-Xa een vulmateriaal worden toegevoegd aan het ter plaatse aanwezige materiaal om een goed warmtegeleidingsvermogen te garanderen. Voor deze verschillende configuraties wordt aanbevolen identieke collectorlengtes te gebruiken om de kringen in evenwicht te houden. Afb.39 : Uitvoering - aanaarding 23
9.6 Plaatsing van horizontale collectoren 1e stap : - De collectoren worden aangelegd vanaf het hoogste punt - De collectoren kunnen worden geïnstalleerd in ondergrondse inspectieputten die speciaal hiervoor voorzien zijn. - Sluit de buizen aan op de collectoren Opmerking : De collectoren moeten worden beschermd tegen zonnestraling. Afb.44 : Installatie 2e stap : - Plaats de buizen zorgvuldig in rechte lijnen - Houd de buizen op hun plaats met behulp van bevestigingskrammen - Zorg ervoor dat de minimale buigstraal niet wordt overschreden Afb.45 : Plaatsing en bevestigin 3e stap : - Verwijder de bevestigingskrammen nadat de buizen gedeeltelijk zijn bedekt met hoopjes geschikt materiaal - Doe een druktest Opmerking : Buizen in PE100 moeten worden aangelegd met zand of teelaarde die vrij is van elementen D>20mm. Afb.46 : Bedekking 4e stap : - Aanaarding van de buizen - Vul het systeem met het glycolmengsel (de concentratie antivriesmiddel in het water wordt opgegeven door de fabrikant van de warmtepomp) - Ontlucht het systeem - Verricht een druktest op de installatie (buizen, collectoren, ) bij een druk die 1,5-maal hoger is dan de bedrijfsdruk Afb.47 : Aanaarding en test 24
10 ONTWERP VAN EEN GEOTHERMISCH SYSTEEM - VERTICALE SONDES 10.1. Algemeen De regels van goed vakmanschap inzake het ontwerp van verticale geothermische collectoren staan beschreven in de richtlijn VDI 4640. De belangrijkste aspecten worden beschreven in de onderstaande handleiding. 10.2. De reglementering 10.2.1 Wanneer is er sprake van een vergunningsplicht? Indien een voor huishoudelijke doeleinden zeer grote warmtepomp wordt toegepast (met een totale geïnstalleerde drijfkracht van de warmtepomp van meer dan 200 kw; indien grondwater (met pomp- en retourput) als warmtebron wordt toegepast; indien een verticale bodemwarmtewisselaar als bron wordt toegepast waarbij tot op een diepte van meer dan 50 meter onder het maaiveld wordt geboord; indien een horizontale of verticale bodemwarmtewisselaar wordt toegepast met daarin een warmtedragend medium met gevaarlijke stoffen zoals bedoeld in bijlage 2B van Vlarem I. 10.2.2 Wanneer is er sprake van een meldingsplicht? Als er geen sprake is van een vergunningsplicht, zal vaak wel een melding moeten worden gedaan. Dit is het geval indien sprake is van één of meer van de volgende situaties: De warmtepomp heeft een totale geïnstalleerde drijfkracht van meer dan 5 kw; er wordt gebruik gemaakt van een verticale bodemwarmtewisselaar waarbij tot een diepte van maximaal 50 meter onder het maaiveld wordt geboord (bij een diepte van meer dan 50 meter geldt een vergunningsplicht). 10.3. Plaatsingsafstand De geothermische sondes worden in boorgaten geplaatst die meestal tot 100 meter diep gaan. De aanbevolen afstand tussen twee sondes bedraagt min. 5 m voor sondes < 50 m en min. 6 m voor sondes > 5 m. Bij het onttrekken van warmte door een verticale sonde ontstaat een thermische kegel. De kenmerken van deze kegel, namelijk zijn vorm en diameter, zijn afhankelijk van het gebruik van de sondes, maar ook van de eigenschappen van de bodem. Zo kan een afstand van meer dan 6 meter vereist zijn als de bodem van slechte kwaliteit is. Indien de werking van de sondes verwarming en koeling combineert, kan de afstand daarentegen worden verkleind. Het is mogelijk sondes onder gebouwen te plaatsen, maar dan moet bijzondere aandacht worden besteed aan de bedrijfstemperaturen, om de gebouwstructuur niet te beschadigen. Al te lage temperaturen zouden namelijk de funderingen kunnen beschadigen. 10.4. Dimensionering (één installatie met een vermogen van minder dan 30 kw) De noodzakelijke oppervlakte en de lengte van de verticale sondes hangen hoofdzakelijk af van de volgende factoren: - Het thermisch vermogen van de warmtepomp, - De COP van de warmtepomp (bijvoorbeeld B0/W35), - Het aantal bedrijfsuren van de pomp, - De aard van de bodem, de geologische en hydrologische kenmerken. 1e stap : Bepalen van het thermisch vermogen van de WP 2e stap : Berekening van het koelvermogen : Koelvermogen = Thermisch vermogen x (COP - 1) COP 3e stap : Bepalen van het aantal bedrijfsuren van de WP. Bij een monovalente werking van de WP voor de productie van warm water op lage temperatuur, bedraagt het aantal bedrijfsuren over het algemeen 1800 uren. Bij een mono-energetische of bivalente werking kan het aantal bedrijfsuren oplopen tot 2400 uren. 4e stap : Keuze van het specifiek thermisch vermogen op basis van de kenmerken van de bodem en het aantal bedrijfsuren. (Zie tabel 10) 25
5e stap : Berekening van de benodigde lengte van de sondes. Deze wordt verkregen op basis van de koelcapaciteit en het specifiek onttrokken vermogen. Koelvermogen (W) Noodzakelijke lengte (m) = Specifiek onttrokken vermogen (W/m) Eigenschappen van de bodem Specifiek onttrokken vermogen over 1800 bedrijfsuren over 2400 bedrijfsuren Algemene richtwaarden Ondergrond van slechte kwaliteit (droog sediment) ( λ < 1,5W/m* K) 25 W/m 20W/m Normale rotsige ondergrond en met water verzadigd sediment ( λ = 1,5-3,0 W/m* K) 60 W/m 50W/m Compacte rots met hoog warmtegeleidingsvermogen (λ > 3,0W/m* K) 84W/m 70W/m Respectieve mineralen Kiezel en zand, droog <25 W/m <20 W/m Kiezel en zand, waterbehoudend 65-80 W/m 55-65 W/m In geval van sterke stroming van het grondwater in de kiezel of het zand, en bij één 80-100 W/m 80-100 W/m enkele installatie Klei en leem, vochtig 35-50 W/m 30-40 W/m Kalksteen (massief) 55-70 W/m 45-60 W/m Zandsteen 65-80 W/m 55-65 W/m Zuur stollingsgesteente (bv. graniet) 65-85 W/m 55-70 W/m Alkalisch stollingsgesteente (bv. basalt) 40-65 W/m 35-55 W/m Gneiss 70-85 W/m 60-70 W/m Tabel 10, bodemeigenschappen volgens richtlijn VDI4640 Opmerking : Deze specifieke ontrokken vermogens zijn toegelaten voor geothermische sondes in standaardinstallaties met beperkt vermogen (< 30 kw). 6e stap : Berekening van het benodigde aantal sondes Aantal sondes = Noodzakelijke lengte (m) Basislengte van de sondes (m) Thermisch vermogen van de 10 kw (10000 W) warmtepomp : Winstfactor (bijvoorbeeld B0/W35) : 4 Koelvermogen : 7,5 kw (7500 W) Aantal bedrijfsuren : 1800 h/j Soort bodem: Vochtige klei en leem Specifiek thermisch vermogen : 50 W/m Totale benodigde lengte : 150 m Noodzakelijk aantal sondes : 2 sondes van 75 meter* (*) De lengte van de verticale sondes is identiek om de installatie makkelijker in evenwicht te brengen Tabel 11, berekeningsvoorbeeld 26
10.5. Dimensionering van een systeem voor de dienstensector Voor installaties: - waarvan het totale thermische vermogen van de warmtepompen hoger is dan 30 kw, - die gebruikt worden voor verwarming en koeling, - waarvan het jaarlijks aantal bedrijfsuren hoger is dan 2400 uren, - die bestaan uit verschillende losse installaties. Voor de correcte dimensionering van het systeem moet er een berekening worden gemaakt door een ingenieursbureau. Via een computersimulatie over verschillende jaren werking kunnen de effecten op lange termijn worden gevisualiseerd, zodat hier rekening mee kan worden gehouden tijdens de studie. Bovendien moet de dimensionering gebaseerd zijn op een studie van de jaarlijkse verwarmings- en koelbehoeften van het gebouw, en op een geologische en hydrologische studie van de bodem. Afbeelding 48 toont het profiel van de jaarlijkse verwarmings- en koelbehoeften voor een tertiair gebouw over één jaar. Er kan ter plaatse een thermische responstest worden uitgevoerd om de het onttrokken specifiek vermogen te bepalen en om de dimensionering te verfijnen. 10.7. Installatie Afhankelijk van de aard van de bodem of bij aanwezigheid van een grondwaterlaag, kan het neerlaten van de sonde moeilijk blijken. Voor een correcte plaatsing van de sondes zijn er speciale ballasts beschikbaar. Bovendien is het raadzaam de sondes te vullen met zuiver water om de installatie te vergemakkelijken in geval van een grondwaterlaag. Opmerking : Het gebruik van de afrolhaspel met horizontale as is sterk aanbevolen. Deze voorkomt knikken, wrijving en schrammen door de bodem. Afb.48 : Profiel van de verwarmings- en koelbehoeften 10.6. Configuraties Vóór de installatie moet een plan worden opgemaakt van de locatie waar de sondes moeten worden geïnstalleerd. Dit plan moet de volgende elementen bevatten: - De afmetingen van het beschikbare terrein - De structuurelementen, zoals de gebouwen - De toekomstige structuurelementen, zoals een zwembad - De ondergrondse netwerken, zoals het rioolwaterstelsel - De aanwezigheid van een aardwarmtewisselaar (of Canadese put) - De bomen en vegetatie - De voorziene locatie voor de collectoren Opmerking : De volgende minimumafstanden moeten in acht worden genomen: - 5 meter ten opzichte van bomen - 1,5 meter ten opzichte van niet-hydraulische ondergrondse netwerken - 3 meter ten opzichte van funderingen, putten, septische putten, afvoeren - 6 meter tussen de lussen Afb.49 : Horizontale afrolhaspel Het correct vullen van het boorgat is een belangrijke handeling om een goede warmteuitwisseling tussen de bodem en de sonde te garanderen. De regels van goed vakmanschap moeten worden nageleefd om de kwaliteit van het grondwater en de duurzaamheid van de installatie veilig te stellen. Om de 2 meter moeten er afstandhouders worden geplaatst om de juiste afstand te bewaren tussen de buizen en om het vullen van het boorgat te vergemakkelijken. Er moet een vulbuis worden gebruikt om de vulspecie te injecteren. Deze pap wordt onder druk via de onderkant geïnjecteerd en stijgt naarmate de injectiebuis omhoog wordt gehaald. Het is aanbevolen het totale geïnjecteerde volume specie te controleren en te vergelijken met het theoretische volume. 27
Afb.50 : Vulbuis Afb.52 : Broekstuk en gfen Zodra de installatie klaar is, moet een druktest worden verricht onder een druk van 6 bar. Duur van de test: 30 min. Het is aanbevolen de sonde te spoelen voordat u ze aansluit, om alle elementen te verwijderen die tijdens de installatie in de sonde kunnen zijn terechtgekomen. 10.8. Aansluiting Alle ter plaatse verrichte aansluitingen moeten worden uitgevoerd volgens de elektrolastechniek voor buizen in HDPE, en/of volgens de schuifhulstechniek voor buizen in vernet polyethyleen (PE-Xa), met genormaliseerd materiaal. De kring, bestaande uit de geothermische sonde, de koppelingen en de leidingen tot aan de collectoren/verdelers/technische ruimte, mag geen enkel hoog punt bevatten. Bijzondere aandacht moet worden besteed aan de plaatsing van de aansluitleidingen naar de collectoren. De HDPE-buizen moeten worden aangelegd op een zandbed van 15 cm en vervolgens afgedekt met zand (tot 15 cm boven de bovenste generatrice van de buizen), alvorens de sleuven worden gevuld. Zorg ervoor dat de aansluitbuizen op een vorstvrije diepte worden geplaatst. De aanwezigheid van het buizenstelsel moet worden aangegeven door een waarschuwingslint dat wordt aangebracht op 30-40 cm boven de bovenzijde van de buis. Voor leidingen in PE-Xa kan de bestaande grond eventueel worden hergebruikt. Het verdient aanbeveling de vertrek- en retourbuizen ruim 20 cm van elkaar te scheiden. Afb.51 : Elektrolasmoffen Bij de meeste installaties komen de sondebuizen uit het boorgat en worden ze via een verbindingssleuf naar het gebouw geleid. De boorder dient de cementen stop enigszins onder het niveau van de sleuf af te werken om de buizen in de sleuf te kunnen buigen. Het is ook mogelijk de afbuiging uit te voeren met behulp van koppelingen en/of de sondes aan te sluiten met broekstukken. 28