Opleiding Duurzaam Gebouw : De technieken … › sites › default › files › user...2015/02/05...

Leefmilieu Brussel

Opleiding Duurzaam Gebouw : De technieken (warmte, ventilatie, SWW): ontwerp en regeling

Warmteproductiesystemen: principes en uitdagingen

Raphaël Capart

ICEDD asbl

2

Doelstellingen van de presentatie

● Een overzicht geven van de meest efficiënte “klassieke”

warmteproductiesystemen die overwogen kunnen worden voor

performante energiegebouwen

● Voor elk systeem komt het volgende aan bod:

► Het werkingsprincipe

► De verwachte prestaties

► De voorwaarden die een optimale werking garanderen

► De knelpunten bij installatie en exploitatie

Het doel is bepaalde belangrijke werkingsprincipes van een

warmteproductiesysteem te begrijpen. Dit geeft een goede basis om de

juiste keuzes te maken in de ontwerpfase

Niet alle mogelijke productiemiddelen komen dus even uitgebreid aan

bod in deze presentatie.

3

1. Inleiding, uitdagingen en voorafgaande noties

2. Condensatieketels

2.1. Principes

2.2. Prestaties

2.3. Zorgen voor een optimale werking

3. Directe elektrische verwarming

3.1. Notie primaire energie

3.2. Types van elektrische verwarming

3.3. Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie

4. Verwarming op basis van biomassa

4.1. Milieuaspect

4.2. Verwarmingsketels op biomassa

4.3. Kachels op biomassa

Plan van de uiteenzetting

1. Inleiding, uitdagingen, voorafgaande noties

4

Qt: Verliezen door transmissie

Ql: Verliezen door ventilatie

Qs: Zonnewinst

Qi: Interne winst

Be: Netto-energiebehoefte

Psys: Verliezen systemen

Efinale: Eindverbruik

Eprim: Primair verbruik

De thermische stromen van een gebouw

Bron : Plate-forme Maison Passive a.s.b.l.

5

+ verbruik van de hulpinrichtingen

De centraleverwarmingsinstallatie


PRODUCTIE DISTRIBUTIE EMISSIE en REGELING OPSLAG

Verliezen naar

omgeving Verliezen naar

omgeving

Minder grote verliezen

Brandstof

Warmte die de

radiator afgeeft Verliezen naar

buitenmuren

Warmtewisselaar

Verbrandingskamer

Verliezen bij productie Verliezen bij opslag

Verliezen bij distributie Verliezen bij emissie en regeling

Lucht

Verliezen naar

omgeving

Bron : Brochure PAE2

6

Type van installatie

Rendementen in %

(htotaall = hproductie x hdistributie x hemissie x hregeling)

hproductie hdistributie hemissie hregeling htotaal

Overgedimensioneerde oude

ketel, lange distributielus

75 .. 80 %

80 .. 85 %

90 .. 95 %

85 .. 90 %

46 .. 58 %

Goed gedimensioneerde oude

ketel, korte distributielus

80 .. 85 %

90 .. 95 %

95 %

90 %

62 .. 69 %

Hoogrendementketel, korte

distributielus, aan achterkant

geïsoleerde radiatoren, regeling

met buitenvoeler, thermostatische

kranen, ...

90 .. 93 %

95 %

95 .. 98 %

95 %

77 .. 82 %

Rendement van een verwarmingsinstallatie


Bron : energie+

7



2.1. Principes

2.2. Prestaties







4.1. Milieuaspect




2.1 Condensatieketels - principes

● Verbranding:

● Principe:

► Waterdamp condenseren

=> recuperatie van de latente

warmte

● Hoe?

► De rookgassen laten afkoelen

tot onder de dauwtemperatuur

8

Gas: CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O

Andere: CxHy + n O2 -> x CO2 + y/2 H2O

Stoom of vloeistof?

Modulerende

gasbrander Vertrek

water

retour

“hoge temperatuur”

retour

“lage temperatuur”

Condensopvangbak

Riool

Warmtewisselaar

condensor

roestvrij staal

Bron : energie+

2.1 Condensatieketels - principes

● COW versus CBW

► CBW: calorische bovenwaarde = hoeveelheid energie die de

brandstof bevat indien men alle waterdamp laat condenseren

► COW: calorische onderwaarde = hoeveelheid energie die de

brandstof bevat indien men niet alle waterdamp laat condenseren

CBW = COW + latente verdampingswarmte

9

Welk potentieel?

Brandstof COW CBW CBW/COW

Aardgas H 9.88 kWh/m³N 10,94 kWh/m³N 1,11

Aardgas L 8.83 kWh/m³N 9.79 kWh/m³N 1,11

Stookolie 11.88 kWh/kg 12.67 kWh/kg 1,06 Verbranding van 1 m³ aardgas

Waterdamp 1 kwh

Warmte

10 kwh C

O

W

C

B

W

10

5%

104%

>100%!?

2%

11% 11%

88% 92%

12% 8%

Verliezen door verdamping

Merkbare warmteverliezen

Standaardketel Condensatie-ketel

Nuttige belasting

COW

CBW

94% CBW

79% CBW

83% CBW

Lage-temperatuur-

ketel

Rendement > 100% ?!

2.2 Condensatieketels - prestaties

Voorbeeld voor een gasketel

Bron : energie+

2.2 Condensatieketels - prestaties

● Verwachte rendementen:

● Vergeleken met andere ketels:

8 … 20% besparing op het jaarlijks verbruik

● Bij de keuze van een verwarmingsketel: vergelijk de

rendementen die de fabrikanten opgeven bij 30%

belasting

11

Welk potentieel?

hcomb = 100 … 108% hjaarlijks = 97 … 105 %

● Met het retourwater (bij zo laag mogelijke

temperatuur)

► Verwarmingselement met lage temperatuur (zie presentatie over emissiesystemen)

► KIimaatregeling

► Warme retour vermijden

► Efficiënte warmtewisselaar

● Dankzij de verbranding bevorderende lucht

12

Afkoeling van verbrandingsgassen

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking

13

Behoud van een zo laag mogelijke retourtemperatuur

• Dauwpunt:

• gas ~ 55 °C

• Stookolie ~ 47,5°C

• Doorlopende verbetering

van het rendement:

hoe meer de

verbrandingsgassen zijn

afgekoeld, hoe hoger het

rendement

Opgelet: zelfs met een efficiënte warmtewisselaar zal de temperatuur

van de verbrandingsgassen ongeveer 5 °C hoger liggen dan die van

het retourwater,


Temperatuur van de rookgassen [°C]

Rendem

ent

op b

asis

van O

VW

[%

]

Bron : energie+

14

Belang van klimaatregeling

Installatie gedimensioneerd op

een regime 90/70

Condensatie gedurende een groot deel van het verwarmingsseizoen


Condensatiezone

gas Condensatiezone

stookolie

Buitentemperatuur [°C]

Fre

quen

tie (

uur)

T°

verw

arm

ings

circ

uit (

°C)

T° buiten[°C]

Bron : energie+

Bron : energie+

15

Belang van klimaatregeling

Installatie gedimensioneerd op

een regime 70/50

Condensatie gedurende de hele verwarmingsperiode voor een ketel

op gas


Condensatiezone gas

Condensatiezone stookolie

Buitentemperatuur [°C]

Fre

quen

tie (

uur)

T°

verw

arm

ings

circ

uit (

°C)

T° buiten[°C] Bron : energie+

Bron : energie+

● De regeling van de klimaatregelaar:

► is uniek

► hangt af van de isolatie van het

gebouw en van de overdimensionering van het

verwarmingslichaam

● In het ideale geval gebeurt de regeling niet:

► door de verwarmingsinstallateur

► naar aanleiding van klachten (een gebrek aan comfort kan

andere oorzaken hebben)

… maar door een persoon die in het gebouw woont of door de

onderhoudsdienst, die een overzicht bijhoudt van de

regelingen. 16

Parametrering van de klimaatregeling


Buitentemperatuur

Temperatuur van het

verwarmingswater


17

Vermijd warme retour!


Te vermijden

Bron : energie+

● Voor verwarmingsketels “met een klein

watervolume” leggen de fabrikanten vaak een

minimumdebiet op dat gegarandeerd moet worden

door een by-pass of een evenwichtsfles

18

Vermijd warme retour wanneer mogelijk


Bron : ICEDD

19

Regeling om warme retour door een evenwichtsfles te vermijden

● Circulatiepomp

verwarmingsketel met

variabele snelheid

geregeld volgens het

verschil T1-T2

● Indien T1-T2 > 1…2°C

QS > QP

geen warme retour

in de fles


Bron : ICEDD

20

Integratie van een circuit met een hogere temperatuur, bv.

productie van SWW


gasbrander Vertrek water

Waterretour bij hoge temperatuur

Condensopvangbak

Warmtewisselaar /

condensor

roestvrij staal Waterretour bij hoge temperatuur

Gastoevoer

Rookgasafvoer

Radiatorcircuits Productie SWW

Retour “hoge temperatuur”

Retour

“Lage temperatuur”

KW

WW

Bron : energie+

Bron : energie+

21

Geïntegreerd circuit voor de productie van SWW


Retour lage temperatuur indien warmtewisselaar

goed gedimensioneerd is

31 woningen

KW

KW

Bron : Matriciel

Bron : Matriciel

22

Belang van vermogensmodulatie

● Hoger verbrandingsrendement

(kleine vlam in grote warmtewisselaar)

● Hoog seizoensrendement

(minder stilstand)

● Mogelijk modulatiebereik:

10/20 -> 100%

● Overdimensionering minder kritiek


Gasbrander met

verbrandingscontrole

Gasbrander met

verbrandingscontrole

Daling

rookgas-

temperatuur

Klassieke

pulsbrander

Atmosferische

gasbrander

Toename

luchtoverschot

Vermogen brander

Bron : energie+

Bron : energie+

23

Gesloten verwarmingsketels

● Voordelen:

► Betere veiligheid indien luchtaanzuiging buiten

(beperkt risico’s van slechte verbranding en productie

van giftige CO)

► Betere controle op luchtoverschotten

(indien een geïntegreerde ventilator aanwezig is)

► Mogelijkheid van vermogensmodulatie

(indien een geïntegreerde modulerende ventilator aanwezig is)

Verbrandingsrendement is soms beter

Beperkte stilstandverliezen


Bron : Viessmann

24

Verbuizing van de schoorsteen

● Waterdicht en corrosiebestendig

● Aansluiting op luchtgat mogelijk


Bron : GS waermesysteme GmbH Bron : Detandt-Simon

25

Afvoer van condenswater

● In de riool

● Het condenswater is

zuur

► Bij een stookolieketel is

neutralisatie noodzakelijk

► Kunststof leidingen

8

6

7

10

9

12

11

4

5

1

2

3

13

0

14 pH

basisch

zuur

Stromend water

Ammoniak

Zeewater

Gedistilleerd water

Zuiver regenwater

Regenwater

Azijn

Vruchtensap

Sterk zuur

Condenswater gas

Condenswater stookolie


● De verbrandingslucht wordt

voorverwarmd door de

rookgassen te koelen na hun

doorgang door de

warmtewisselaar met het

verwarmingswater

● Volgens bepaalde fabrikanten

zorgen deze ketels voor een

“permanente condensatie”

zonder koude retour aangezien

de lucht die de verbranding

bevordert altijd vrij koud is in het

verwarmingsseizoen (gemiddeld

6,5°C in Brussel)

● De concentrische leidingen van

de gesloten ketel vervullen deze

rol al voor een stuk.

26

Condensatie van rookgassen dankzij verbranding bevorderende lucht


Afvoerbuis,

Dubbelwandige buis LAS

Opening verse lucht/afvoergas

Temperatuur afvoergassen ongeveer 45°C

Verwarmingscircuit retour

Verwarmingscircuit aanvoer

Aansluiting

veiligheidsvoorziening

Zelfaanpassende

regeling

Vuurhaard met

ingevoegde

verwarmings-

oppervlakken

Brander stookolie

blauwe vlam /

gasbrander

Warmterecuperatie

ongeveer 50-60°C

Warmtewisselaar voor

recuperatie van de

restwarmte

Vak voor neutralisatie met

natuurlijke korrels (geen

behandeling nodig

Afvoer voor condenswater

Verwarmingscircuit aanvoer

Pomp van de verwarmingsketel

Rookgasextractor

Terugslagklep

Verwarmingscircuit retour

Bron : energie+

27



2.1. Principes

2.2. Prestaties







4.1. Milieuaspect




28

3.1 Noties van primaire energie

● Een productierendement van 100%! …

… op eindenergie

● Maar een rendement van 40% voor energietransformatie!

Uniquement pour besoins très faibles et/ou

appoints locaux, de courte durée

Vecteur

énergétique

Coût

(€/kWh)

Électricité 0,235

Gaz 0,079

Mazout 0,084

On retrouve un facteur équivalent pour

coût du kWh entre l’électricité et les

combustibles

Primaire energie Transformatie Bruikbare energie

Nucleaire

verbranding

(uranium)

Fossiele

verbranding

(gas/stookolie)

De verliezen voor de transformatie in elektriciteit

Dit zijn de verliezen in de elektriciteitscentrales.

Elektriciteit Verliezen bij transformatie = 1,5 kWh

In de vorm van verloren warmte

2,5 kWh

in de vorm

van primaire

energie

= energie

afgenomen

aan de

planeet

1kWh

in de vorm

van

elektriciteit

= energie

verbruikt in

de woning

Gelijke factor voor kostprijs kWh

elektriciteit en brandstoffen

Uitsluitend voor zeer lage behoeften en/of lokale

aanvulling, van korte duur

Energie-

vector

Kostprijs

(€/kWh)

Elektriciteit

Stookolie

Gas

Elektriciteit


3.2 Types van elektrische verwarming

● Elektrische convectoren:

► Bij voorkeur met elektronische regeling

● Radiatoren met accumulatie:

► Te vermijden, want veel verliezen bij regeling, zelfs met

buitenvoeler

29

Elektrische

weerstanden

Accumulatiekern

Isolatie

Laad-

thermo-

staat

Muur-

bevestiging

met afstand-

stuk Manuele

oplaadregeling

Geïntegreerde kamerthermostaat

(optie)

Vermiculietpanelen

Ventilator voor

warmteafgifte

Extra

weerstand

Dynamische

veiligheidsbypass

Bron : energie+

Bron : energie+

● Stralingsverwarming

► Vloerverwarming: te vermijden want hoge inertie

► Stralingspanelen

► Infraroodradiator: bv. bijverwarming in een badkamer:

onmiddellijk gevoel van comfort bij een lagere

luchttemperatuur

● Batterij op de toevoer van het ventilatiesysteem

► Te overwegen als bijverwarming in passieve en zeer

lage-energiegebouwen, voor de koudere periodes

30

3.2 Types van elektrische verwarming

Bron : energie+

Bron : energie+

Bron : energie+

● Huidige prestaties van de panelen:

► Tussen 120 en 200 Wp/m²

► In Brussel wordt ongeveer 850 kWh geproduceerd voor 1 kWp

geïnstalleerd in de beste omstandigheden (geen schaduw, zuidoriëntatie,

helling 35°)

1 m² panelen produceert tussen 102 en 170 kWh/jaar

3.3 Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie?

31

Bron : BIM

Bron : BIM

3.3 Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie?

32

Eengezinswoning Zeer klein appartementsgebouw

Passief Zeer lage

energie Passief Zeer lage energie

Verwarmde oppervlakte 200 m² 100 m²

NEB verwarming 3000 kWh 6000 kWh 1500 kWh 3000 kWh

Emissierendement / regeling 93%

Verbruik directe elektrische

verwarming 3226 kWh 6452 kWh 1613 kWh 3226 kWh

Benodigde oppervlakte om

verwarmingsverbruik te dekken 19 … 32 m² 38 … 64 m²

9 … 16

m²/appartement

19 … 32

m²/appartement

Opgelet voor

limiet van 5 kWp

Alleen het verbruik voor verwarming wordt hier bekeken!

Vergeet het SWW niet (indien geproduceerd door elektriciteit),

de ventilatie, de verlichting, de elektrische huishoudtoestellen,

…

Te overwegen Hangt af van aantal

verdiepingen/gebouw

33



2.1. Principes

2.2. Prestaties







4.1. Milieuaspect


4.3. kachels op biomassa


4.1. Milieuaspect

34

Een zeer goede CO2-balans

Op voorwaarde dat het gebruikte hout wordt

vernieuwd!

Bodem: water, mineralen, …

Lucht: O2, CO2, water, …

Mineralen

As

Fotosynthese

Verbranding

Bron : Valbiom, Le chauffage au bois pour les particuliers

35

Lokale vervuilende uitstoot is een probleem in de stad

Vergelijking van de uitstoot van vervuilende stoffen teruggebracht tot de eenheid inkomende energie in kleine

installaties van de huishoudelijke sector

(bron : European Environment Agency, EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook)

4.1. Milieuaspect

36

Lokale vervuilende uitstoot is een probleem in de stad

Vergelijking van de uitstoot van vervuilende stoffen teruggebracht tot de eenheid inkomende energie in kleine

installaties van de huishoudelijke sector

(bron : European Environment Agency, EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook)

4.1. Milieuaspect

37

4.1. Milieuaspect

Hypothèses : remplacement de 5% des chaudières au gaz par des

chaudières à pellets respectant le label allemand « der blaue Engel »

Selon une estimation de l’IBGE :

+35% de PM10 +20% de COV +57% de dioxine +10% de HAP

• Meilleur respect des objectifs de réduction d’émission

de CO2 et d’utilisation de SER

mais

• Augmentation de PM10 -> non respect des normes de

concentration

• Augmentation des COV et dioxine

• Augmentation des suies qui seront réglementées dans

le futur

Impact santé


38

De opslag van de brandstof neemt veel plaats in

Bevoorrading in de stad kan moeilijker en duurder blijken

Bron : Okofen Bron : Valbiom, Le chauffage au bois pour les particuliers

4.2 Verwarmingsketels op biomassa

39

Verwarmingsketel op hout: blokken

1. Primaire luchttoevoer

2. Secundaire luchttoevoer

• Beter gecontroleerde

verbranding

• Doorlopende

verbranding

• Schonere en volledigere verbranding • minder as

• minder uitstoot van vervuilende stoffen

• Beter rendement (~85%)

Stijgende

verbranding Horizontale

verbranding

Omgekeerde

verbranding

Bron : Protocole de collecte des donnée pour la certification de bâtiments résidentiels existants en Wallonie


40

Ketel op hout: blokken

Nadelen

► Veel onderhoud

› elke dag vullen

› as verwijderen

► Gebruik van een buffervat is aanbevolen

om werking bij nominaal vermogen te garanderen

► Beschikbare vermogens niet echt afgestemd op

energie-efficiënte eengezinswoningen

Bron : Schmid

Bron : KWB


41

Ketel op hout: pellets

Zeer goed productierendement (>90%)

• Gecontroleerde lucht- en

pellettoevoer

• Vermogensmodulatie

mogelijk

• Er bestaan modellen met een laag vermogen

(modulatiebereik 2 … 8 kW)

op maat van een energie-efficiënte eengezinswoning

• Er bestaan modellen met condensatie, maar het rendement

daarvan is ons niet bekend

Bron : Van Loo & al. 2002


42

Ketel op hout: pellets

Gebruikscomfort vergelijkbaar met dat van

klassieke kachels

• Automatische • brandstoftoevoer

• trekregeling

• asverwijdering

• schoonmaak

• regeling

• Goede autonomie

Nadelen

► De installaties zijn minder compact (opslag van pellets, enz.)

► kostprijs

Bron : Okofen


43

Houtkachel

Risico’s Te hoog vermogen/oververhitting:

Beperkt regelbaar (rendement neemt af bij afwijking van nominale werking)

Vermogen afgegeven in een enkele kamer

Minimaal vermogen van modellen op de markt blijft hoog in verhouding tot de

behoefte van energie-efficiënte woningen

Slechte trek door luchtdichtheid van gebouw (+ systeem C)

Aandachtspunten:

Kies een gesloten vuurhaard

Kies een houtkachel met een laag

vermogen op maat van het verlies van

het gebouw

Buitenluchtaanvoer

Rendementen: 70 … 90 %

Bron : Rika

4.3 Kachels op biomassa

● Gecontroleerde aanvoer van pellets en lucht

► Goede verbranding rendement ~ 90%

► Modulatie mogelijk

● Regelbaar met programmeerbare

kamerthermostaat

● Risico van te hoog vermogen/oververhitting

► Vermogen afgegeven in een enkele kamer

44

Kachel op pellets

Aandachtspunten:

Kies voor een gesloten model

Kies voor een model met een laag

vermogen op maat van de behoeften van

de bediende ruimte

Er bestaan kachels met een laag

vermogen: 1 tot 4 kW

Buitenluchtaanvoer Bron: Calimax

Te onthouden uit de uiteenzetting

● Het aspect “lage temperatuur” is cruciaal voor

condensatieketels:

► Keuze en dimensionering van het emissiesysteem

► Glijdende temperatuurregeling en parametrering

► Hydraulisch schema

● Het gebruik van directe elektrische verwarming moet zoveel

mogelijk worden vermeden, behalve voor zeer specifieke

toepassingen die beperkt zijn in de tijd

● Verwarming door biomassa is interessant vanuit ecologisch

oogpunt, maar opgelet voor:

► de logistiek van de bevoorrading en de opslag

► de moeilijkheid van het vinden van het juiste vermogen

► de beperkte regelingsmogelijkheden

45

Interessante tools, internetsites, enz.:

● www.energieplus-lesite.be

● www.cstc.be

● http://www.leefmilieu.brussels/

● http://energie.wallonie.be

● WTCB, “TV 235 – de condensatieketel”, 2008

● Valbiom, “Le chauffage au bois pour les

particuliers”, 2004

46

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



http://www.cstc.be/

http://www.leefmilieu.brussels/

http://energie.wallonie.be/

Referenties Gids Duurzame Gebouwen

http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be/

● Fiche G_ENE08: De optimale productie- en opslagwijze voor

verwarming en sanitair warm water kiezen

● Fiche G_ENE10: Verwarming, koeling en sanitaire warm

water: efficiënte installaties garanderen

47

http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be/

Contact

Raphaël CAPART

Energie-auditeur

ICEDD asbl

: 081 25 04 80

E-mail: [email protected]

48

Opleiding Duurzaam Gebouw : De technieken … › sites › default › files › user...2015/02/05...

Documents

Transcript of Opleiding Duurzaam Gebouw : De technieken … › sites › default › files › user...2015/02/05...