C2F - PCM Klimaatvloer

Walter van Kampen & Jurgen Riethorst

18-03-2015

Moderne bouw(goed geïsoleerd, weinig massa)

Foto : Een zeer “lichte” woning uit de film Up van Disney / Pixar

Beperkte interne warmteontwikkeling

• Warmte ontwikkeling in een woning 5 a 7 (W/m2)

• Door aanscherping EPC is het warmteverlies van

woningen gereduceerd en verschoven van minder

verwarmen naar meer koelen.

• Door een geringere interne warmte ontwikkeling

moeten woningen toch nog meer worden

verwarmd dan gekoeld. Dit geldt zowel voor zware

als lichte woningen

Bio(ritme) van dag en nacht

Dynamisch vs stationaire behaaglijkheid

• Het dagelijks regelen van de temperatuur van een

woning op een constante stationaire temperatuur

leidt wellicht tot behaaglijkheid klachten.

• Het is beter de temperatuur dagelijks te regelen op

een dynamische binnentemperatuur kloppend met

het bioritme en kledinggedrag van de mens.

• Een tweede belangrijk punt van thermische

behaaglijkheid is ‘warme voeten en een koel hoofd’

Bau Bionik, Bruno Keller

Q(vk)

IsolatieWarmtecapaciteit

Q(vk)

Bau Bionik, Beter isolerenkantoren Woningen

Q(vk)

Warmtecapaciteit Isolatie

Q(vk)

Bau Bionik, benutten warmtecapaciteit

kantoren Woningen

Q(vk)

IsolatieWarmtecapaciteit

Q(vk)

Bau Bionik samengevat

• Verder isoleren van gebouwen bespaard geen

energie meer, maar neemt toe voor koelen

• Moderne bouw heeft een kleine verwarmingsvraag.

• Moderne woningen kunnen nog wel beter

geïsoleerd worden

• Extra beton is geen oplossing

• Wat is de natuurlijke oplossing ?

Nuttige thermische warmtecapaciteit

Het toevoegen van extra thermische warmtecapaciteit

aan gebouwen is altijd zinvol.

• Bij woningen voor verwarming en wat koeling

• Bij verwarmen zorgt de extra thermische massa voor demping en

tijdvertraging van de temperatuurdalen in de morgen.

• In woningen wordt het PCM gedimensioneerd op voornamelijk de

nachtsituatie en in kantoren op voornamelijk de dagsituatie.

• Bij kantoren voornamelijk voor koeling en wat verwarming

• Bij koeling zorgt de extra thermische massa voor demping en

tijdvertraging van de middagtemperatuur

De energie van faseovergang(in ca. 5 minuten)

80 km^2 ijsberg afgebroken van de ““““Ilulissat”””” gletsjer n Groenland

Wat zijn technische PCM ?

• Materialen welke smelten en stollen bij een

geconstrueerde temperatuur ;

• Wij kiezen voor anorganische zouthydraten

• Eenvoudig aan te brengen extra gebouw massa; voor

een meer constante temperatuur

PCM als thermische vloermassa

1 kg PCM = 30 kg beton

PCM als thermische vloermassa

De beste plaats om de extra thermische PCM massa te installeren is

in de vloer omdat:

• Woningen nog altijd meer moeten worden verwarmd dan

gekoeld.

• De warmte overdracht van een warme vloer het grootst is.

• Vanwege het thermische behaaglijkheids adagium ‘warme

voeten en een koel hoofd’ is vloerverwarming de behaaglijkste

vorm van ruimte klimatisering in woningen.

• Warmtecapaciteit per Kg PCM is 30x hoger dan beton

• Volledig benutbare warmtecapaciteit, door het lage getal van

Biot (PCM = 0,13, Beton = 1,88)

Het dimensioneren van de PCM vloer

Voor de dynamische (nachtelijke) warmteverliezen van de PCM installatie

resulteert dan:

• Geen extra opwarmvermogen -15 (W/m2)

• Minder transmissie, infiltratie en ventilatie verlies,

door een geringer temperatuurverschil binnen buiten: - 8 (W/m2)

• Vrije interne warmte dissipatie (intern plus zon) - 7 (W/m2)

• Totale gesommeerde reductie: - 30 (W/m2)

Niet onbelangrijk

Voor woningen met een PCM klimaatvloer kan het te installeren additionele

verwarmingsvermogen doorgaans 50% kleiner worden gedimensioneerd.

De voorgeschiedenis

• PCM materialen in vloeren ?

• Laden en ontladen ?

• Dan is het toch meer dan vloerverwarming ?

• Welke (energie) besparingen zijn mogelijk ?

• Hoe breng je dat dan aan in de praktijk ?

• Hoe ontwikkel je dit idee ?

Het ontstaan van het idee

• Herkenning van te weinig warmte

accumulerend vermogen in nieuwbouw

• Bestaand Klimaatsysteem optimaliseren voor

renovatiemarkt, bouwmassa toevoegen

• Ontmoeting van twee bedrijven

• Een bijzondere vraag uit Duitsland

Ontwikkelen van het idee

• Is er vraag naar het systeem?

• Wat moet er gebeuren om het idee in de praktijk

toepasbaar te maken?

• Ontwikkelen van het systeem

• Testen van het systeem

Het systeem: Crystal Climate Floor

Werking Crystal Climate Floor

• Vloerverwarming/-koeling als actieve energiebron

• PCM materiaal als thermische accu

• Passief verwarmen / koelen middels PCM

• Actief verwarmen / koelen middels

vloerverwarming/- koeling

• Verwarmingscapaciteit 35 W / m2

Vergelijken van systemenOm PCM vloerverwarming te vergelijken met vergelijkbare

systemen hebben we het volgende aangenomen :

• Een woning met een oppervlak van 200 m2

• Met een bijpassend ventilatiesysteem

• Een gemiddelde stroomprijs van 0,19 cent/kWh

• Een gemiddelde (S)COP van de vergeleken warmtepompen

• Bij PCM een gehalveerd opgesteld vermogen (kW)

• 2000 normale draaiuren voor verwarmen per jaar afgezet tegen graaddagen

• Concepten vergeleken bij dezelfde energiehoeveelheid per jaar

• Bij lucht water en warmtepompboiler een COP verbetering meegerekend

door het niet verwarmen in de ochtend, lagere COP

• Subsidie alleen voor bedrijven / instanties

Economisch overzichtSysteem I II III IV

Warmteopwekker Warmtepom

pwater/water

Warmtepom

p

Water/water

Warmtepomp

Water / lucht

Warmtepompboiler

Water/lucht

Apparaat

Bron

Bron water water lucht Water en lucht Soort

Vloerverwarming standaard PCM hybride PCM hybride PCM hybride Soort

Ventilatiesysteem HR-WTW HR-WTW HR-WTW Roosters en mechanische

afvoer

Soort

Opgesteld vermogen 10 5 5 5 kW

Verwarmen 48 48 48 48 W/m2

Warmtepomp + Bron 17.500 15.000 7.000 5.000 Euro

ventilatiesysteem 7.500 7.500 7.500 1.500 Euro

Totaal vloerverwarming 6.000 16.500 16.500 165.00 Euro

Totaal systeem 31.000 39.000 31.000 23.000 Euro

Subsidie (EIA+STEP) 2.000 2.780 2.780 2.780 Euro

Energie per jaar 856 599 612 612 Euro

Energiebesparing per jaar*) - 257 244 244 Euro

TVT zonder subsidie - +20 direct direct Jaar

TVT met subsidie - +30 direct direct Jaar

*) COP verbetering doorgerekend bij toepassing lucht / water warmtepompsystemen

Meetresultaten

• Constantere ruimtetemperatuur

• 30% lager energieverbruik verklaard door:

• Lagere watertoevoer temperatuur, lager pompdebiet,

• Een 20% lagere schakelfrequentie

• Door de lagere schakelfrequentie reduceren de stilstand

verliezen van warmtebronnen zoals ketels, warmtepompen

en warmte kracht installaties

• Minder stilstand verliezen en minder aanloopstromen

resulteren in extra energiebesparingen door hogere

rendementen van de warmtebronnen.

• Aanzienlijke COP verbetering voor ucht / water warmtepompen

Meetresultaten

Extra energiebesparing

Thermische behaaglijkheid.• ISSO publicatie 74 revisie 2014 ‘Thermische behaaglijkheid’. Deze beschrijft

de dagelijkse dynamische en de seizoensmatige kledingadaptatie voldoende.

Dimensioneren.• ISSO publicatie 51 ‘Warmteverlies berekening voor woningen en

woongebouwen’ is volstrekt niet toereikend om het warmteverlies van

zwaardere gebouwen te berekenen.

Jaarlijks energiegebruik.• NEN 7120, De Energie Prestatie Coëfficiënt. Beoordeeld de warmtecapaciteit

van gebouwen onvoldoende.

Normen en richtlijnen

Een PCM klimaatvloer bij de Ecofactorij te Apeldoorn

• De bouwdesk

• Nijhof installatiegroep

• Autarkis

• Riho Techniek

• Bouwbedrijf Pos & Zanoli

• Bouwbedrijf Kamphuis

Energiegezond bouwconcept

(www.energiegezond.nl)

Met de thermische opslag in de C2F, kunnen

onze woningen ““““la(n)den””””

Foto : Een zeer “lichte” woning uit de film Up van Disney / Pixar

C2F - PCM Klimaatvloer

Walter van Kampen & Jurgen Riethorst

18-03-2015