Hartelijk welkom! Warmtepompen Laurent Vercruysse Academie Viessmann België Pagina 1 03/2009 Viessmann Werke Overzicht De warmtepompenmarkt Basisprincipe, werking, algemene technische informatie Warmtebronnen Productie SWW Koeling Dimensioneren van een WP-installatie Pagina 2 03/2009 Viessmann Werke 1
Warmtepompen Gebruik: Nieuwbouw Renovaties Lage temperatuurverwarmingssystemen Tendens: De bron lucht neemtin belang toe, ook bij renovaties Compacte installaties Pagina 3 03/2009 Viessmann Werke Argumentatie voor het gebruik van een WP T.o.v. een conventioneel verwarmingssysteem bedragen de exploitatiekosten slechts ±40%-50% Het gebruik van vernieuwbare energiebronnen vermindert de uitstoot van schadelijke stoffen en bespaart op natuurlijke energiebronnen. Fiscale aftrek en premies Gemakkelijke plaatsing, geen opslagtank en geen schoorsteen noodzakelijk. Pagina 4 03/2009 Viessmann Werke 2
Historische trends en verwachtingen: hoofdmarkten Marktontwikkeling Europa 2009-2015* 400.000 350.000 300.000 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0 370.793 10.100 334.410 48200 310.580 280.575 287.197 47800 13.430 18.300 259.839 47400 12.750 33.000 43500 238.536 46.700 12.200 15.700 11.384 12.250 46.000 13.700 25.500 11.840 13.800 10.600 22.500 10.164 45.200 12.200 17.337 11.598 10.600 11.560 19.500 9.000 8.190 16.307 23.500 11.637 11.100 11.400 8.000 13.900 6.300 15.370 23.000 20.409 11.200 14.318 12.965 5.800 22.500 13.100 21.400 11.437 20.300 85.550 19.849 77.781 72.019 106.541 68.589 65.323 62.811 96.192 79.001 85.408 70.500 53.290 59.331 50.670 *Authority: MRM-Cube, stand 06.07.2011 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Denmark Sweden Italy Netherlands Great Britain Poland Belgium Austria Switzerland France Germany total Pagina 5 03/2009 Viessmann Werke Werkingsprincipe van een WP Bron Grond Tin: +4 C WP Compressor Verbruiker Vertrektemp.: 45 C Verdamper Condensor Grond Tout: 0 C Damp 3,5bar - 3 C Damp 24 bar + 70 C Retourtemp.: 40 C Vloeibaar 3,5 bar - 10 C Expansieventiel Vloeibaar 24 bar + 42 C Pagina 6 03/2009 Viessmann Werke 3
Het h, lgp-diagramma van koelmiddelen voor een WP Vloeibaar worden Expansie (bar) Vloeibaar Verdamping Druk p abs Damp Oververhitte damp 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Bronwarmte (75%) Elektrische energie (25%) Pagina 7 03/2009 Viessmann Werke Vermogenbalancering WP / COP / SPF Opgenomen elektrisch vermogen Warmtevermogen bron 3 kw Afgegeven verwarmingsvermogen 4 kw Opgewekt calorisch vermogen 4 kw Rendement = = = 4 Opgenomen elektrisch vermogen 1 kw Rendement Jaarrendement (COP) = gegevens van de fabrikant, laboratoriumwaarde(vb. B0W35) (SPF) = de verhoudingtussende opgewekteenergieen de opgenomen elektrische energie op jaarbasis Pagina 8 03/2009 Viessmann Werke 4
Cyclus van een WP Pagina 9 03/2009 Viessmann Werke Technische kenmerken Elektronisch expansieventiel Druk p abs (bar) 5 WP 1-traps zonder EVI, type AW: A -15 C / W 45 C Verdamping Oververhitting Compressie Vloeibaar worden Expansie 3 Bronwarmte (75%) Elektrische energie (25%) 4 4 Des te hoger de oververhitting, des te lager is de verdampings- temperatuur en dus des te hoger het opgenomen compressorvermogen. Het elektronisch expansieventiel (EEV) houdt de oververhitting, ook bij lage temperatuurverhoging, constant. Zodoende blijft de vermogenopname van de compressor optimaal. Het EEV verhoogt zo de SPF met ±5% t.o.v. een conventioneel koelsysteem met thermisch expansieventiel. Pagina 10 03/2009 Viessmann Werke 5
Cyclus van een WP EVI-tussenwisselaar Pagina 11 03/2009 Viessmann Werke Vergelijking standaardproces / EVI-proces (EVI = enhanced vapor injektion) Vloeibaar worden Zonder EVI: bij een overeenkomstige compressie zou men een onaanvaardbaar hoge temperatuur bereiken Druk p abs (bar) Vloeibaar Expansie Damp Verdamping Oververhitte damp 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Elektrische energie WP 1-traps zonder EVI, type AW: A -15 C 45 C / W 45 C WP 1-traps met EVI, type AWH: A -15 C / W 65 C Pagina 12 03/2009 Viessmann Werke 6
COP en temperatuursverschil t Voorbeeld Vitocal 300-G, type BW Regel: Vermogengetal t = 25 K ---> ca 6 t = 50 K ---> ca 3,2 Vertrektemperatuur 1 K lager: COP 2,5% hoger Brontemperatuur 1 K hoger: COP 2,7% hoger Temperatuursverschil Met t = 35 K (normvoorwaardenbw) COP ±4,7 Pagina 13 03/2009 Viessmann Werke Doeltreffendheid en beschikbaarheid van warmtebronnen Doeltreffendheid Beschikbaarheid Erdwärme Luft Grondwater Grond Lucht Pagina 14 03/2009 Viessmann Werke 7
Primaire bron: grond Horizontale collector Toepasbaar indien het open terrein voldoende groot is van oppervlakte. Legdiepte van de leidingen ±1,5m. Om eengoedcontact teverzekerenen luchtzakkentevermijden, de leidingenin een zandbed leggen. Tijdenshet afdekkenerzorgvoordragen datergeenstenenop de leidingenliggen. Gedurendede verwarmingsperiodede bodem niet overbelasten zodat deze tijdens de zomer terug kan geregenereerd kan worden Pagina 15 03/2009 Viessmann Werke Voorbeeld van een horizontale collector Pagina 16 03/2009 Viessmann Werke 8
Beschikbare grondwarmte op geringe diepte Richtwaarden voor de bepaling van een horizontale grondcollector Basisregel: Des te vochtiger de grond, des te hoger de warmtecapaciteit Grondsoort Droge zandgrond Vochtige zandgrond Droge leemgrond Vochtige leemgrond Watervoerende lagen Beschikbare grondwarmte 10-15 W/m² 15-20 W/m² 20-25 W/m² 25-30 W/m² 30-35 W/m² referentiewaarden uit het planningsdocument voor warmtepompen Voor een calorisch vermogen van 10 kw (8,4 kw koelvermogen) in een vochtige leemgrond benodigt men ca. 336 m² horizontale grondcollector. Zie: planningsaanwijzing Pagina 17 03/2009 Viessmann Werke Primaire bron: grond Geothermische sondes Toelatingen: natevragenbijuwgemeente tijdig aanvragen! De hoeveelheidwarmtewelkeaande grond kan onttrokken worden is afhankelijk van verschillende factoren zoals vochtigheidsgraad en samenstelling van de bodem. Warmtepomp Pagina 18 03/2009 Viessmann Werke 9
Evolutie natuurlijke grondtemperatuur Temperatuur aardoppervlak ( C) Pagina 19 03/2009 Viessmann Werke Diepte (m) Beschikbare grondwarmte op grotere diepte Richtwaarden voor de bepaling van een aardsonde Basisregel: Des te vochtiger de grond, des te hoger de warmtecapaciteit Grondsoort Droge zandgrond Vochtige zandgrond Watervoerende lagen Beschikbare grondwarmte 20-40 W/m 50-60 W/m 70-90 W/m referentiewaarden uit het planningsdocument voor warmtepompen Voor een calorisch vermogen van 10 kw (8,4 kw koelvermogen) en een vochtige leemgrond benodigt men ca. 168 m boring (m.a.w. 2 boringen van 84 m). Volgens de VDI 4640 bij 2400 werkuren/a niet meer dan 50 W/m. Zie: planningsaanwijzing Pagina 20 03/2009 Viessmann Werke 10
Invloed diameter leiding PE 25 x 2,3 Vitocal300-G BW 301 A.08 : 1160 l/h Captatienet: 2 x 65 m x 2 en PE 25*2,3 = 260 m -> Q = (1160 / 2 = 580 l/h) 279,1 Pa/m. : 279,1 x 65 x 2 = 36283 Pa soit 363 mbar! Naar collector: 2 x 5 m en PE 32*2,9 = 10 m -> Q = 1160 l/h. 296,6 Pa/m : 10 x 296,6 = 2966 Pa soit 30 mbar. WP = 34 mbar. Totaal: (363 + 30 + 34) = 427 mbar + 30% (onbekende) = 555 mbar! Let op : Geenwater maar tyfocor: Debiet+12% en Verliezen+8 % (Tyfocor40% à 0 C). Circulatiepomp-> h = 6,0 mcolh2o et Q = 1300 l/h. Pagina 21 03/2009 Viessmann Werke Invloed diameter leiding PE 25 x 2,3 Nood aan strengregelventiel SPF!!! Pagina 22 03/2009 Viessmann Werke 11
Invloed diameter leiding PE 32 x 2,9 Vitocal300-G BW 301 A.08 = 1160 l/h Captatienet: 2 x 65 m x 2 en PE 32*2,9 = 260 m -> Q = (1160 / 2 = 580 l/h) 60,3 Pa/m. = 60,3 x 65 x 2 = 7839 Pa of 78,4 mbar ipv363 mbar Naar collector: idem WP idem h = 2,0 m ipv6.0m Let op : expansievat moet anders gedimensionneerd(met volume) Pagina 23 03/2009 Viessmann Werke Invloed diameter leiding PE 32 x 2,9 Strengregelventiel SPF!!! Pagina 24 03/2009 Viessmann Werke 12
Primaire bron: water Woonkamer Bad/WC Aanzuig- en retourput Toelating Tussenwarmtewisselaar: * onderhoudsgemak * bedrijfszekerheid Kelder Stromingsrichting! Pagina 25 03/2009 Viessmann Werke Primaire bron: water Planning van een WP 2 Boorputten (aanzuiging en retour in dezelfde watervoerende laag) Wateranalyse absoluut noodzakelijk / Aanwezigheid van Mn en Fe! Stromingsrichting van het ondergronds water respecteren De bron moet een debiet aankunnen van ±0,2 à 0,3 m³/h per kw WP-vermogen; d.w.z. 4000 à 8000 m³/j voor een ééngezinswoning Het brondebiet is afhankelijk van de geologische omstandigheden het brondebiet controleren aan de hand van een pomp bij een bestaande bron De retourput(ten) moet(en) het debiet van de aanzuigputten kunnen verwerken De studie en uitvoering overlaten aan een professionele putboorder De COP houdt geen rekening met de bronpomp!!! Pagina 26 03/2009 Viessmann Werke 13
Primaire bron: lucht Buitenopstelling Woonkamer Kelder Badkamer WC Boiler SWW Buffertank CV Eenvoudige installatie Lengte van de verbindingsleidingen beperken Rekening houden met het geluidsniveau van het toestel Opstelsokkel voorzien Condenswaterafvoer voorzien Vrije toevoer voor totale luchtdebiet garanderen Rekeninghoudenmet bekabelingenen elektrische toevoer Pagina 27 03/2009 Viessmann Werke Primaire bron: lucht Binnenopstelling Eenvoudige installatie Aanzuig-en afvoeropeningenvoorzienin de muren(liefstdiagonaleopstelling) Woonkamer Kelder Badkamer WC Deze openingen beschermen tegen sneeuw en vallende bladeren Een thermische kortsluiting vermijden Condenswaterafvoer voorzien Keldergat Boiler SWW Buffertank CV Pagina 28 03/2009 Viessmann Werke 14
Pagina 30 03/2009 Viessmann Werke Pagina 29 03/2009 Viessmann Werke 12.09.2011 Warmtepomp Split-units Vitocal 200-S type AWB of AWB-AC en Vitocal 222 of 242-S type AWT-AC : 15
WP lucht aandacht voor geluid: Pagina 31 03/2009 Viessmann Werke WP lucht aandacht voor geluid: 350A 300A 200G 300G 160A 200/222/242S 350G 222/242G 333/343G Pagina 32 03/2009 Viessmann Werke 16
Productie SWW via WP Pagina 33 03/2009 Viessmann Werke Vitocal 350-G 350-G Hoge temperatuur type BW/WW351.A + BWS/WWS Mogelijke combinaties: of met Vitocal 350-G BWS 351.A07 Vitocal 300-G BWS 301.A06-17 Vitocal 350-G BW 351.A07 of met Vitocal 350-G BWS 351.A18 Vitocal 300-G BWS 301.A21-45 Vitocal 350-G BW 351.A18 De350-G is altijd de Master omdat zij staat in voor de productie van het SWW. Men kan de installatie zo programmeren dat de Slavestart voor verwarming en bij extra vraag de Master bijkomt indien nodig. Pagina 34 03/2009 Viessmann Werke 17
COP in functie van de vertrektemperatuur De 350-G haalt het beste rendement bij een vertrektemperatuur van rond de 45 C COP 300-G VL 35 C 350-G VL 35 C 350-G VL 55 C 300-G VL 55 C Primairtemperatuur in C Pagina 35 03/2009 Viessmann Werke Voor grotere vermogens Tapwateropwarming via een boilerlaadsysteem Zie: planningsaanwijzing Pagina 36 03/2009 Viessmann Werke 18
VITOCELL 100-V, type CVW is een passende en prijsgunstige oplossing voor WP tot 17 kw vermogen Geëmailleerde boiler met dubbel uitgevoerde warmtewisselaar 390 l afzonderlijk verpakte isolatie oppervlakte warmtewisselaar ± 4m² betrouwbare werking met WP optionele aansluiting zonne- installatie via externe warmtewisselaar mogelijk gebruik van een elektrische weerstandin het bovensteen onderste bereik afmetingen: ±1600 x 750 mm Pagina 37 03/2009 Viessmann Werke VITOCAL 242-G Compact-Energy-Tower Zonnecollectoren Badkamer Slaapkamer Vitocal 242-G Compact-Energy-Tower is de alles-in-één oplossing voor laagenergiewoningen. Compact, op een minimaal grondoppervlak, is een Kamer Keuken Woonkamer grond/waterwarmtepomp, een warmwaterboiler en alle componenten voorzonne-integratieondergebrachtin Vitocal 242-G één behuizing. Pagina 38 03/2009 Viessmann Werke 19
Verschil tussen Vitocal x2x-g en Vitocal x4x-g Schema x2x (222,333) schema Vitocal x4x (242,343) Ladelans ter vermijding van de Verstoring van de gelaagdheid Circulatiepomp met pulsmodulatie Hoe kouder de boiler hoe trager de pomp draait en hoe hoger de delta T Pagina 39 03/2009 Viessmann Werke Vitocal 160-A Omgevingslucht en zon type WWKS De zonnepomp wordt ingeschakeld zodra een minimaal temperatuurverschil tussen de panelen en de boiler wordt gemeten. Als de zonnepomp draait is de WP uitgeschakeld. Pagina 40 03/2009 Viessmann Werke 20
Koelen met WP De Natural-en Active Cooling Boxenmakeneenefficiënteen comfortabelekoelingin verbinding met Vitocal warmtepompen mogelijk Pagina 41 03/2009 Viessmann Werke NC- en AC-Box Voor koeling van gebouwen in verbinding met WP NC-Box in twee uitvoeringen KoelvermogenbijNC-Box tot 5 kw afhankelijkvan de dimensioneringvan de gekozen warmtebron KoelvermogenbijAC-Box tot ca. 13 kw met automatischeomschakelingvan NC naar AC NC EER bijac-box groterdan3,0 Naar de WP aangepaste aansluitingen maken een snelle en eenvoudige aansluitingmogelijk, vlakbovende WP AC Nieuwe EPP-Box verhindert condensatie en dient tegelijkertijd als bevestiging Installationskostenbesparingmet NC-Box meer dan 50% t.o.v. vroegere oplossingen Pagina 42 03/2009 Viessmann Werke 21
Vitocal 2X2 et 3X3-G optie NC : Pagina 43 03/2009 Viessmann Werke Werkingsmodus van de WP Monovalente werking: De WP, als enige bron van warmte, dekt de totale warmtevraag van de installatie. Mono-energetische werking: In verwarmingsmode is de WP uitgerust met een elektrisch verwarmingselement voor extra verwarming indien nodig. Bivalente parallelle werking: De warmtepomp wordt aangevuld, op het bivalentiepunt, door een tweede warmtebron. (WP gedimensioneerd voor 50 70% van de totale warmtevraag) Alternatieve bivalente werking: De WP levert de verwarming tot aan het bivalentiepunt, vanaf dan neemt een andere warmtebron de volledige warmtevraag opzich. Pagina 44 03/2009 Viessmann Werke 22
Dimensionering van een warmtpomp Bivalente werking bij grond-water WP Voorbeeld: De WP moet slechts 50% van het verwarmingsvermogen dekken Voor de subsidies moet de dekkingsgraad groter zijn houdt hier rekening mee!!! Dekkingsaandeel van de warmtepomp aan jaarlijkse stookactiviteit in % Zie ook: Planningsaanwijzing Pagina 45 03/2009 Viessmann Werke Bivalente werking bij grond-waterwarmtepompen Dimensionering 100 % Bij een dimensionering van 100% hebben we ongeveer 1850 werkingsuren, zonder bereiding SWW Relatieve belasting [ %] Verwarmingsdagen 77d = 1848h Buitentemperatuur [ C] Pagina 46 03/2009 Viessmann Werke 23
Bivalente werking bij grond-waterwarmtepompen Dimensionering op 50 % v/d verwarmingsbelasting Bij dimensionering op 50% hebben we ongeveer 3550 werkingsuren, zonder bereiding SWW. het aantal werkingsuren is belangrijk bij de dimensionering van de bron. vb. 3550h x 5 kw = 17750 kwh bij max. 100-120kWh/(m**j) komt dit overeen met een sondelengte van ongeveer 160-180m Relatieve belasting [ %] Verwarmingsdagen C] Buitentemperatuur [ ter vergelijk: zie planningsaanwijzing bij BW106: 99m!!!!! Dit geldt ook voor bodemcollectoren! Pagina 47 03/2009 Viessmann Werke Dimensioneren van niet modulerende lucht/water WP Bivalentiepunt Het is zinvol om de grootte van de WP te optimaliseren Bivalentiepunt 70 Vermogen van de WP Warmtebehoefte De WP kan de warmtebehoefte tot een temperatuur van -5 C dekken Bij lagere temperatuuren moet men een bijkomende, externe warmtebron voorzien Pagina 48 03/2009 Viessmann Werke 24
Wat is belangrijk voor een lucht/water WP? Het vermogen hangt af van de buitentemperatuur Vermogen (kw) WP A/W : niet modulerend WP A/W : wel modulerend Buiten temperatuur Warmte behoefte van het gebouw Verwarmingsgrens Pagina 49 03/2009 Viessmann Werke Wat is belangrijk voor een bodem/water WP? De warmtebehoefte van het gebouw is niet constant Vermogen (kw) WP B/W : niet modulerend Buiten temperatuur Warmte behoefte van het gebouw Verwarmingsgrens Pagina 50 03/2009 Viessmann Werke 25
Dimensionering vloerverwarming Berekening voor vertrektemp. 35 C 35 C vertrek bij te geringe vloeroppervlakte Hierbij oververhitten de andere verwarmingscircuits!!! t.t.z. de thermostaatventielen sluiten! Gevolg: de minimale volumestroom is niet meer gegarandeerd Wordt in de praktijk door een hogere stooklijn in de WP-regeling gecompenseerd Pagina 51 03/2009 Viessmann Werke Bedankt voor uw aandacht Warmtepompen Laurent Vercruysse Academie Viessmann België Pagina 52 03/2009 Viessmann Werke 26