Opleiding Duurzaam Gebouw - Bruxelles Environnement · 2015. 12. 10. · 3 1. Zonne-energie 2....

Leefmilieu Brussel

Opleiding Duurzaam Gebouw:

Hernieuwbare energiesystemen (HEN): ontwerp en afstelling

Thermische zonne-energie

Stéphane Barbier

Pulsis

2

Doelstelling(en) van de presentatie

● De thermische zonnetechnologie begrijpen

● Haalbaarheid

● Dimensioneringsprincipes in de residentiële en

multi-residentiële sector

● Input van gegevens in de EPB-software

● Aandachtspunten voor regeling en onderhoud

3

1. Zonne-energie

2. Technologie

3. Haalbaarheid

4. Dimensionering

5. Financiële rentabiliteit

6. Elementen voor het bestek

7. EPB

8. Getrokken lessen

9. Onderhoud

Plan van de uiteenzetting

4

1. Zonne-energie

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Jan Fév Mars Avr Mai Juin Juil Août Sep Oct Nov Déc

kW

h

Globale zonnestraling op een oppervlakte van 1 m², met een hellingsgraad van 45°, voor een Gemiddeld Standaardjaar in België +/- 1000 kWh/m²

Bron: energieplus-lesite.be



5

Bron: solarpraxis.com

● De jaarlijkse zonnestraling in België bedraagt gemiddeld

1.000 kWh/m2

1. Zonne-energie

Bewolkte hemel Verstrooide wolken, zon

Vooral diffuse straling Vooral directe straling

Zonnestraling W/m²

6

1. Toepassingen van thermische zonne-energie

Bron: stiebel-electron

● (Voor)verwarming zwembadwater (20-30°C)

● (Voor)verwarming sanitair water (30-60°C)

● Ondersteuning verwarming kamers (20-70°C)

● Proceswarmte (80°-150°C)

● Koeling / klimaatregeling op zonne-energie

(vacuümcollectoren = warmtebron > 80°C)

7

2. Technologie (thermische zonne-energie)

Bron: Viessmann

Drukhoudend systeem met glycol

Drainback- systeem

De zonnecellen zetten de zonnestraling om in warmte met behulp van een

absorber (een zwart lichaam met een zeer hoog absorptievermogen en een zeer

laag stralingsvermogen). De absorber draagt de warmte over op een

warmtegeleidende vloeistof (gewoonlijk glycolhoudend water) die door elk van de

collectoren loopt.

De warmtegeleidende vloeistof, die door het primaire circuit vloeit, vervoert de

zonne-energie dus van de zonnecellen naar het opslagvat (of de opslagvaten).

Onder druk

Met afvoer

8



•Ondoorschijnende absorbers

Zonder isolatie of doorschijnend deksel.

Het rendement is dus in het algemeen minder goed,

maar kan volstaan voor zomerse toepassingen met

lage temperatuur (die de buitentemperatuur benadert)

● Typische toepassing: zwembad

● Voordeel: lage kostprijs

● Nadeel: laag rendement, gebruik in de zomer

● Kostprijs: < € 100/m²

Niet-beglaasde collectoren

Kunststof absorber

Absorber in roestvrij staal

9



• Beglaasde vlakke collectoren

Deze collectoren worden het meest gebruikt in huishoudelijke

toepassingen. Het paneel is geïsoleerd om de thermische verliezen te

beperken.

● Typische toepassing: SWW, bijverwarming, zwembad

● Voordeel: prijs-/kwaliteitverhouding

● Nadeel: rendementsverlies in de winter (lage buitentemperatuur)

● Kostprijs: € 200-400/m²


Vlakke collectoren

Standaard vlakke collectoren

1. Kast

2. Afdichting

3. Transparant deksel

4. Warmte-isolatie

5. Absorberende plaat

6. Buizen

10


2. Technologie (thermische zonne-energie) • Vacuümbuiscollectoren

Bron: energieplus-lesite

Deze collectoren zijn geïsoleerd door het vacuüm.

Vacuümbuiscollectoren hebben doorgaans een lager optisch

rendement (dat overeenkomt met het rendement van de productie van

warm water met een temperatuur gelijk aan de omgevingstemperatuur),

maar betere warmte-isolatiecoëfficiënten dan vlakke collectoren.

● Typische toepassing: SWW, Verwarming,

hogetemperatuurprocessen

● Voordeel: minder verliezen dankzij performante isolatie

● Nadeel: Gevoeligheid voor oververhitting

● Kostprijs: € 400-800/m²

Vacuümdichte inox-dop

Glazen buis met hoge transparantie

Houderclip

Ingang/uitgang

warmtegeleidende

vloeistof Selectieve

absorberschroef

Glasbodem

11

Bron: Viessmann

1

4

2

3

5 6


Een thermisch zonne-energiesysteem

bestaat uit de volgende onderdelen:

1. Zonnecollector

2. Warmwaterboiler

3. Regeleenheid

4. Pompstation

5. Bijverwarming (verwarmingsketel)

6. Expansievat

12


• Rendement van de zonnecollectoren R

end

em

ent

Temperatuurverschil tussen de collector en het omgevende milieu [°C]

Vlakke collector

Vacuümcollector

Zwembadabsorber 0 – 20 °C Zwembadverwarming

20 – 100 °C Warm water en verwarming

> 100 °C Proceswarmte


13 Bron: energieplus-lesite.be

• Opslagvat Thermosiphon


Externe

warmtewisselaar

Interne

warmtewisselaar

Interne

warmtewisselaar, vat

met laagvorming

Eenvoudig

Spiraalslang binnenin

Thermosifon

14

Bron: Tisun


Voordeel van de boiler met laagvorming: de

zonne-installatie werkt zelfs bij lage temperatuur

en verwarmt de onderkant van het opslagvat

voor.

15

Bron: blog.elyotherm.fr


● Van nature in lage hoeveelheden aanwezig

in stadswater

● Zeer snelle ontwikkeling >35°C

● Ontwikkeling in stilstaand water

● Vernietiging bij T°> 50 tot 60°C

• Legionairsziekte

Temperatuur

van het water

Vernietiging

Overleving

Ontwikkeling

Maximale

ontwikkeling

16


• Zonneregeling: principe


Verschil

bij start

Verschil

bij stop

Pomp aan Pomp uit

Uur van de dag

Collectorveld

Bediening

Accumulator

17



Bron: Viessmann

● Werkingsprincipe:

Enkele boiler met temperatuurbehoud in het bovenste deel van het vat door

bijverwarming (hier door een verwarmingsketel). Opgelet met de convectiestromen

in het vat.

► Beperkt volume voor zonne-opslag (vaak alleen het onderste deel van het vat,

aangezien de rest al is opgewarmd door de bijverwarming).

Bron: Viessmann

Bron: Ballons solaires à forte

stratification (zonneboilers met

sterke laagvorming), Institut

National Sciences Appliquées

Lyon.

Temperatuur

Met

Zonder

18



Bron: Viessmann


Toevoeging van een zonneboiler:

► Beter rendement door kleinere invloed van stromen in eerste vat en groter

opslagvolume voor zonne-energie.

► Opgelet voor het risico van de legionairsziekte

19



Bron: Viessmann


Toevoeging van een warmtewisselaar (intern of extern bij het opslagvat)

(= opslag van dood water)

► Groter risico van legionairsziekte en langere levensduur van het opslagvat,

lagere kostprijs van het opslagvat.

► Rendementsverlies omdat de watertemperatuur onder in het vat stijgt

(warmtewisselaar)

20



Bron: Viessmann


Grote installaties (meerdere zonneboilers):

► Theoretisch optimaal rendement

21


• Verplichte veiligheidselementen

Bron: Viessmann

► Norm DIN EN 12975/12976

Mag bij werking open blijven

Spoelen en ontluchten met solair vul- station, spoelen verwijdert vaste deeltjes (vaste deeltjes reageren met Tyfocor)

Ontluchter steeds gesloten, alleen openen bij inbedrijfstelling

Installatievuldruk en voordruk van expansievat aanpassen, eventueel voor- schakelvat monteren

Alleen voor bijvullen of voor drukverhoging

Zonnecollector

Opvangvat

Expansievat

Solare handvulpomp Vularmatuur

Luchtafscheider

Boilertemperatuursensor

Collector- temperatuur- sensor

Zonne- regeling

Flexibele aansluitleiding

Solar- Diovicon

Bivalente warmwaterboiler

Ontluchter

22

Bron: Viessmann

3. Haalbaarheid van een installatie

● Dak ► Oriëntatie, helling

► Nuttige oppervlakte, ingenomen ruimte, obstakels, …

► Vervanging afdichting, …

► Stabiliteit

• Stookplaats

► Gecombineerde productie?

► Ouderdom van de ketels?

► Regeling!

• Verbinding dak - stookplaats

► Technische kokers?

► Technisch lokaal op het dak?

• Opslag & distributie SWW

► Opslagtanks

► Distributielus (lengte, diameter, isolatie)

23 Bron: energieplus-lesite.be

4. Dimensionering

• Oriëntatie en helling

Oriëntatie Zuid

Oriëntatie 30° t.o.v. het zuiden

Oriëntatie 30° t.o.v. het zuiden

Helling van de collectoren [°]

Pro

du

cti

vit

eit

zo

nn

esyste

men

[kW

h/m

².ja

ar°

]

24

4. Dimensionering


Systeem met sanitair warm water Sanitair warm water met bijverwarming

Verbruik van sanitair warm

water

Warmtevraag

Nuttige aanvoer van het zonnesysteem

Zonnestraling (in de zone van de collectoren)

Beschikbaar potentieel voor klimaatregeling

25

Bron: BIM

● Verbruiksratio SWW (analyse van de behoeften) (zeer variabel & minder nauwkeurig dan een meting)

► Onthaalcentra personen met een handicap: 80 l/j/pers. op 60°C

► Ziekenhuizen 65 l/j/bed op 60°C

► Rusthuizen 50 l/j/bed op 60°C

► Rust- en verzorgingstehuizen 85 l/j/bed op 60°C

► Grote appartementsgebouwen 35 l/j/pers. op 60°C

► Sociale woningen: 25 l/j/pers. op 60°C

4. Dimensionering

26

Bron: WTCB

Centrale verwarming in een appartementsgebouw: piekdebieten en dimensionering

● NBN EN 806-3: Eisen voor drinkwaterinstallaties in gebouwen

● Studie: in het kader van het project TETRA SWW (publicatie WTCB, vergelijking normen en metingen van het reële verbruik in een aantal gebouwen)

4. Dimensionering

27

Bron: Cenergie

Voor de grote installaties is een nauwkeurige dimensionering op basis van metingen in situ een absolute vereiste.

4. Dimensionering

28

Bron: groene-energiewinkel.nl

4. Dimensionering

•Eengezinswoning

29


Bron: IBGE

Capteurs34%

Structures capteurs

9%Montage capteurs

11%

Stockage chaleur10%

Conduites15%

Régulation4%

Reste3%

Etude14%

Gemiddelde “geïnstalleerde” kosten (> 20 m² vlak): €750

– 1.250/m2 excl. btw zonder studiekosten)

• Voorbeeld: appartementsgebouw

Collectoren

Studie

Rest

Regeling

Leidingen

Warmteopslag Montage collectoren

Structuren

collectoren

30

Bron: Cenergie

- Mede-eigendom van 80 appartementen

- 90 m² zonnecollectoren en 6.000 liter opslag

€ 111.393 incl. btw (€ 1.392/appartement)

- Energiepremie D1 - SWW: € 2.500 per wooneenheid +

€ 200/m² boven de 4 m² per eenheid, max. 50% van de

investering: € 55.697

- Netto-investering: € 55.697 (€ 696/appartement)



31

Bron: Cenergie

Economische balans

Kostprijs van het zonnesysteem 111.393 EUR excl. btw

Operationele kosten per jaar 434 EUR excl. btw

Subsidies 55.696 EUR excl. btw

Netto-investering na subsidies 55.696 EUR excl. btw

Netto-investering na subsidies & belastingvermindering 55.696 EUR excl. btw

Besparing op de brandstoffactuur in jaar 1 5.380 EUR excl. btw

Kostprijs per kWh bespaarde brandstof zonder subsidies 0,046 EUR/kWh excl. btw

Kostprijs per kWh bespaarde brandstof na subsidies 0,023 EUR/kWh excl. btw

Eenvoudige terugverdientijd (na subsidies) 10,3 jaar

Netto Actuele Waarde (NAW) 79.274 EUR

Interne Rentevoet (IRV) 14,1 %



32


Bron: Cenergie

Economisch optimum van grote systemen

Nuttige zonnefractie (nettobesparing brandstof):

20 tot 40%

33


• De rendabiliteit in de residentiële sector

► Zonneproductie: 200 tot 300 kWh gegenereerd per m² panelen en per jaar.

Voor een typische installatie van 4 m² komt dit neer op 800 tot 1200 kWh.

► Meerkosten vergeleken met een klassieke installatie: € 5.000 – € 7.000,

maar aanzienlijke steun (premie).

► Jaarlijkse besparing: tussen 100 en 150 m³ gas bespaard per jaar voor een

gezin (€ 70 tot € 100 rekening houdend met de huidige prijs van het aardgas).

► Besparing over de hele levensduur van de installatie: Energieprijs en

jaarlijkse besparing over 25 of 30 jaar, of meer (geraamde levensduur van de

installatie).

► Terugverdientijd: Een tiental jaar, rekening houdend met de premies, maar

besparingen over 25, 30 jaar of meer

34


• De rendabiliteit in multiresidentiële gebouwen

► Excel-rekentool, te downloaden op de website van LB

► Functie: predimensionering van zonthermische boilers voor

warmwaterproductie

► Toepassing: productie van SWW voor tertiaire gebouwen, onthaalstructuren

en collectieve woningen (>300 m³/jaar)

► Doelstelling: de haalbaarheid van de installatie op technisch, economisch en

milieuvlak beoordelen

► Resultaten ordes van grootte

› oppervlakte van collectoren, opslagvolume,

› investeringskosten, energiebesparing,

› vermeden CO2-emissies

► Gebruikers: architect, studiebureau, EPB-adviseur, installateur,

gebouwbeheerder, energieverantwoordelijke, bouwheer, syndicus, …

Zonthermische Quickscan

35


Gebruiksbeperkingen:

● Niet aangepast aan de dimensionering van zonneboilers van < 20 m²

● Niet voorzien voor andere toepassingen dan SWW-productie

► Voorverwarming zwembadwater

► Ondersteuning van verwarming

► Ondersteunde zonnekoeling

► …

Specifieke dimensioneringssoftware: T*sol, Polysun,…

● Houdt geen rekening met de technische beperkingen van het gebouw

► Schaduw op het collectorveld

► Toegankelijkheid van de technische lokalen

► Beschikbare ruimte voor opslag

► …

• De rendabiliteit in multiresidentiële gebouwen

Zonthermische Quickscan

36

6. Elementen uit bestekken

• Aandachtspunten:

● Stabiliteitselementen (windvang van panelen, ballast, … uit te

voeren volgens de normen)

● Schaduwstudie (rekening houden met de reële impact van

schaduw op de gekozen plek)

● Evaluatie van de behoeften (Dimensionering van het systeem)

● Rendement van de installatie, levensduur (kwaliteitsmateriaal)

● Gegarandeerd zonneresultaat (voor grote installaties, houdt de

installatie in van meters en monitoring)

● Gecertificeerd installateur!

• Typebestek: BIM http://documentation.bruxellesenvironnement.be/documents/Energie_Guide_CdCTypeGRS_NL.PDF

http://documentation.bruxellesenvironnement.be/documents/Energie_Guide_CdCTypeGRS_NL.PDF

37

7. EPB

Bron: Waals Gewest “Faire

mieux que les exigences

réglementaires ”(Beter doen

dan reglementair vereist )

Impact van hernieuwbare energie op het Ew-peil, energieverbruik van

de woning in nieuwbouw of zware renovatie

● 12 Ew-punten voor 2-, 3-,4-gevelwoningen

● Tot 20 Ew-punten voor appartementen

Het gebruik van thermische zonne-energie voor SWW (5 m², volle zon,

helling van 35°) doet het Ew-peil voor 2-, 3- of 4-gevelwoningen in het

algemeen dalen met 12 punten .

Het gebruik van fotovoltaïsche zonne-energie (2 kWp, ongeveer 16 m², volle

zon, helling van 35°) doet dit peil dalen met 15 punten.

In appartementen is de impact nog groter: daling met 20 punten voor

thermische zonne-energie en met 30 punten voor fotovoltaïsche zonne-

energie.

HERNIEUWBARE ENERGIEBRONNEN

38

8. Getrokken lessen

Bron: Ines - TeleSuiWeb

► Waarde gemeten voor de residentiële sector tussen 200 en 300 kWh/m².jaar.

► Voor collectieve woningen kan de productiviteit hoger liggen dan 400 tot 500 kWh/m².jaar, met een

“seizoensgebonden overdimensionering” voor bepaalde installaties.

● Voor individuele zonneboilers toont de extrapolatie naar België (in het geval van

Brussel) van de gegevens van PVGis, INES, EnergizAir en persoonlijke monitoring,

een reële productiviteit (boilerverliezen inbegrepen) van 129 tot 200 kWh/m²jaar, of

tussen 10 en 16% rendement op de zonnestraling.

● In 2007 voert het Nationaal Instituut

voor Zonne-energie (Institut National

de l’Energie Solaire - INES) een

systeem ("TélésuiWeb") in voor

goedkopere monitoring van zonne-

installaties.

● In 2013 werden 415 installaties

gemonitord door dit systeem,

waardoor de bespaarde energie

volgens het type van installatie kon

worden weergegeven (cf. grafiek).

B

es

pa

ard

e e

ne

rgie

(k

Wh

/m².

jaa

r)

Bespaarde energie

Vermeden

broeikasgasemissies

Individuele

zonneboiler Collectieve

woningen

Andere

collectieve

Ve

rme

de

n e

mis

sie

s (

kg

CO

2/m

².ja

ar

39

Bron: Apere

● De rendabiliteit van de individuele zonneboiler is veel beter bij een hoog verbruik.

Volgens de gehanteerde hypothesen bedraagt deze 17 jaar voor de grote

verbruikers van SWW (180 liter), en vrijwel niets voor de kleine gebruikers van

SWW.

8. Getrokken lessen

Verbruik van sanitair warm water:

Totale uitgaven met of zonder thermische zonne-installatie

zonder TZ zonder TZ

zonder TZ

met TZ

met TZ met TZ

jaar

€ in

cl. b

tw

40

8. Getrokken lessen

Bron: Cenergie en 3E

● (Vaak) aangetroffen problemen

► Geen follow-up/monitoring

► Onderdelen niet specifiek ontworpen voor zonnesystemen (= gevaar!)

► Slechte dimensionering (expansievat, enz.)

► Parametrering van de regeling

► Hydraulische balancering (collectieve installaties)

► Overdimensionering (groot rendementsverlies)

► Thermosifon op de glycol- en SWW-circuits

► Thermosifon opslagvat

► Temperatuurvoeler afgekoppeld/slecht aangesloten (nachtelijke circulatie, …)

► Te weinig vloeistof (niet-gedetecteerde lekken)

► Isolatie van beschadigde leidingen

► Problemen met schaduwval, oriëntatie

● Conclusie: gecertificeerd installateur is nodig

41

9. Onderhoud

• Onderhoud

● MAANDELIJKS:

► Follow-up energieverbruik (meterstanden)

► Controle van de druk in het circuit (eventueel)

► Controle van de beschermingsanode van het buffervat (eventueel)

● DRIEMAANDELIJKS

► Controle van de pompen en circulatoren

► Visuele inspectie van de collectoren

► Controle van de GETTER van de vacuümzonnepanelen (eventueel)

► Controle van de veiligheidsklep

► Ontluchters (klep gesloten voor automatische ontluchters!)

● JAARLIJKS

► Controle van de elektriciteitskast

► Kwaliteit van de vloeistof (refractometer en PH)

► Reiniging en ontsmetting van de reservoirs (volgens risico van legionairsziekte)

► Controle van de plaatwarmtewisselaars (drukvallen, …)

► Druk van het expansievat

► Mate van isolatie van de leidingen

► IJking en bevestiging van de temperatuurvoelers

► Controle van de terugslagkleppen

Bron: outilsoslaires.com

42

• Onderhoud

● Huishoudelijke installaties: cfr. “check-up van een zonnesysteem” Ateliers de la rue Voot

● Collectieve installaties: cfr. gids “grote thermische zonnesystemen” BIM

9. Onderhoud

43

Interessante tools, websites, enz.: ● Websites

► BIM thermische zonne-energie:

http://195.244.174.34/Templates/Professionnels/informer.aspx?id=32603&langtype=2067

Apere: www.apere.org en www.smartguide.be (gids van hernieuwbare energiebronnen)

► BIM Gids duurzame gebouwen: http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be

› G_ENE08 De optimale productie- en opslagwijze voor verwarming en sanitair warm water kiezen

› G_ENE11 Installaties voor de opwekking van hernieuwbare elektriciteit integreren

► Cursussen (in het Frans) over dit thema: http://www.solairethermique.guidenr.fr/cours_solaire-

thermique.php

► www.energieplus-lesite.be

► http://www.solaire-diffusion.eu

● Tools

► Zonthermische Quickscan (cfr. website BIM)

► Visuele inspectie van de collectoren

► http://www.solaire-diffusion.eu/outils-solaires/Dimensionering-logiciels-en-ligne.html

● WTCB

► TV 212: Leidraad voor de installatie van zonneboilers (tegen betaling)

● Certificatie van de installateurs

► Qualiwall www.qualiwall.be

► REScert www.rescert.be

http://195.244.174.34/Templates/Professionnels/informer.aspx?id=32603&langtype=2067

http://www.apere.org/

http://www.smartguide.be/

http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be/nl/index.html?IDC=3

http://www.solairethermique.guidenr.fr/cours_solaire-thermique.php



http://www.energieplus-lesite.be/



http://www.solaire-diffusion.eu/



http://www.qualiwall.be/

http://www.rescert.be/

44

Referenties Gids Duurzame Gebouwen en andere bronnen:

● Gids Duurzame Gebouwen: http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be

[ENE08] De optimale productie- en opslagwijze voor verwarming en sanitair warm water kiezen

[ENE11] Installaties voor de opwekking van hernieuwbare elektriciteit integreren

http://guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be/fr/accueil?IDC=3

http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be/

45

Te onthouden uit de uiteenzetting

● Grote energiewinsten

● Belang van een juiste dimensionering

● Belang van kwaliteitsmaterialen en van een

gecertificeerd installateur

● Interessante premies

● Follow-up en onderhoud van installaties is

absoluut noodzakelijk

46

Contact

Stéphane Barbier

Ingenieur HVAC

Pulsis

Gegevens

: 0486 82 23 24

E-mail: [email protected]

Opleiding Duurzaam Gebouw - Bruxelles Environnement · 2015. 12. 10. · 3 1. Zonne-energie 2....

Documents

Transcript of Opleiding Duurzaam Gebouw - Bruxelles Environnement · 2015. 12. 10. · 3 1. Zonne-energie 2....