Algemene verspreiding
contractnr.051988 ANRE-DEMONSTRATIEPROJECT KWO bij ETAP te Malle
Eindrapport N.Robeyn en J. Van Bael
Studie uitgevoerd in opdracht van ANRE
2006/ETE/R/ VITO Maart 2006
1
SAMENVATTING
In het kader van de bevordering van nieuwe energietechnologieën heeft de Vlaamse overheid een subsidie toegekend van 35% van de investeringskosten van de koudewarmteopslag (KWO) installatie bij ETAP te Malle. Etap had beslist om bij de uitbreiding van hun kantoor- en demonstratieruimten gebruik te maken van energiezuinige koelsystemen. Daar KWO een alternatieve en energiezuinige techniek is ter vervanging van de elektriciteitsverslindende koelmachines, werd beslist deze techniek toe te passen. De koeling van het nieuwe “Lichtpaviljoen” wordt volledig gedekt door deze techniek. Dit rapport beschrijft de periode 01/01/2003 tot 31/12/2005. Tijdens deze periode werd er in het totaal 126.721 m³ grondwater verpompt waarvan 43.071 m³ voor het laden en 83.650 m³ voor het ontladen. Op energetisch vlak komt dit overeen met 280.478 kWhth warmtelevering en 322.813 kWhth koudelevering. Het totaal elektrisch verbruik gedurende deze meetperiode is 22.570 kWh. Wanneer koeling apart wordt beschouwd (KWO is vooral bedoeld als alternatief voor koelmachines) komt men op 12.186 kWhe voor het leveren van 322.813 kWhth ofwel een SPF (Seasonal Performance Factor) van 27 om in termen van koelmachines te spreken. Vergeleken met de referentietoestand (koelen met compressiekoelmachine en verwarmen met aardgasketel) is er over de meetperiode van 3 jaar een primaire energiebesparing van 1.117 GJ ofwel 19 %. Wat betreft de CO2-emissie is er een vermindering van 74 ton ofwel 22 % minder t.o.v. de referentietoestand. De meerkost voor het toepassen van koude-warmteopslagtechniek kan terugverdiend worden door vermeden energiekosten alsook de vermeden kosten van een koelmachine met zijn specifiek onderhoud en de vermeden vermogenvergoeding. Wanneer dit alles in rekening wordt gebracht, geeft dit een terugverdientijd van 14,7 jaar zonder subsidies en 5,6 jaar inclusief subsidies.
1
INHOUD 1
SAMENVATTING ................................................................................................................................... 1
2
INLEIDING .............................................................................................................................................. 3
3
TECHNISCHE BESCHRIJVING VAN DE INSTALLATIE .............................................................. 4
4
METINGEN EN REGISTRAITE VAN DE ENERGIESTROMEN .................................................... 7
5
TECHNISCHE EVALUATIE ................................................................................................................. 8 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
6
GRONDWATERSYSTEEM ..................................................................................................................... 8 DEBIET LADEN / ONTLADEN ............................................................................................................. 10 ENERGIE LADEN / ONTLADEN ........................................................................................................... 12 VERBRUIKTE ENERGIE ..................................................................................................................... 16 GASVERBRUIK ................................................................................................................................. 17
PRIMAIRE ENERGIEBESPARING EN CO2-REDUCTIE .............................................................. 18 6.1 6.2
PRIMAIRE ENERGIEBESPARING ......................................................................................................... 18 CO2-REDUCTIE ................................................................................................................................ 19
7
ECONOMISCHE EVALUATIE ........................................................................................................... 20
8
MENING VAN DE EIGENAAR ........................................................................................................... 22
9
BESLUIT ................................................................................................................................................. 25
BIJLAGE 1: SAMENVATTING RESULTATEN ........................................................................................ 26
2
2
INLEIDING
Etap is een bedrijf dat functionele verlichting ontwikkelt, fabriceert en commercialiseert. Etap heeft een nieuw lichtpaviljoen gebouwd om de expertise met betrekking tot algemene verlichtingstechniek, veiligheidsverlichting en verlichtingstoepassingen met moderne middelen uit te bouwen en te tonen aan de klanten. Het lichtpaviljoen centraliseert alle ruimten om proefopstellingen voor eigen gebruik te bouwen ten behoeve van nieuwe productontwikkelingen en om de klanten in aangepaste simulatieruimten te tonen welke lichttechnische- en energetische resultaten er verwacht kunnen worden in hun specifieke omgeving. Het nieuwe lichtpaviljoen werd geïntegreerd in het bestaande gebouw dat hierdoor uitgebreid werd met 3000 m² vloeroppervlakte. Voor de koeling en verwarming van dit lichtpaviljoen is geopteerd voor koude-warmteopslag in watervoerende lagen met een vermogen van 570 kWth. De koude van het KWO systeem wordt gebruikt voor de koeling van het nieuwe lichtpaviljoen en voor de koeling van het hoofdgebouw. In het lichtpaviljoen is geen bijkomende koelinstallatie voorzien. Het hoofdgebouw wordt gekoeld met Airco I en Airco II. Dit zijn 2 luchtbehandelingsgroepen, die gekoeld worden via de KWO. Bij het laden van koude in de winter wordt buitenlucht gebruikt. De ventilatoren worden geregeld op 100% vermogen. Afhankelijk van de warmtevraag in het lichtpaviljoen, wordt de opgewarmde lucht (gedeeltelijk) gebruikt in het lichtpaviljoen of afgeblazen in de buitenomgeving. De regeling gebeurt met een luchtkleppensysteem dat van 0% tot 100% kan geregeld worden. De naverwarming van de pulsielucht voor het lichtpaviljoen gebeurt met een aardgasketel (100 kW) geïnstalleerd in de kelder van het lichtpaviljoen. De verwarming van het hoofdgebouw gebeurt met verschillende ketels. Deze warmteproductie wordt niet opgemeten gezien het KWO-systeem geen aandeel heeft in de warmtevraag van dit gebouw. De totale ingeschatte investeringskost voor KWO bedroeg 341.746,01 €. Etap heeft een subsidie van 35% zijnde 119.611,15 € bekomen. VITO voerde in opdracht van de Afdeling Natuurlijke Rijkdommen en Energie (ANRE) van de Vlaamse Gemeenschap een evaluatie van dit demonstratieproject uit. Het demonstratieproject werd goedgekeurd in september 1999 en het aanvangsverslag werd opgemaakt in april 2000. Bedoeling was te starten met de metingen in juni 2000. Echter pas vanaf april 2002 was er de mogelijkheid om de juiste datagegevens uit het registratiesysteem te verkrijgen. De installateur van het regelsysteem heeft vrij veel tijd nodig gehad om alles zoals gevraagd in het lastenboek ook effectief weer te geven in excel. Dit rapport handelt over de periode van januari 2003 tot december 2005. Gedurende een meetperiode van drie jaar werden de energiestromen opgemeten en geregistreerd. Op basis van deze gegevens werden de technische prestaties van de technologie, de bereikte energiebesparing, de vermindering van de CO2-emissie en de rentabiliteit geëvalueerd.
3
3
TECHNISCHE BESCHRIJVING VAN DE INSTALLATIE
Een principeschema van de installatie wordt weergegeven in figuur 1. Het grondwatersysteem wordt geregeld door middel van een eigen Centrale Verwerkings Eenheid (CVE), geplaatst in de technische ruimte. Deze CVE is softwarematig, via een netwerkkabel, verbonden met het Gebouw Beheer Systeem (GBS) van het lichtpaviljoen en met het GBS van de AIRCO I en II. De koudeopslag kent twee hoofdbedrijfssituaties, te weten: -
laden in de winter;
-
ontladen in de zomer.
Laden De koude benodigd voor het laden wordt onttrokken aan de buitenlucht door middel van een koel-/verwarmingsbatterij in een luchtbehandelingskast van het lichtpaviljoen. De koude wordt geladen indien de temperatuur van het gekoelde water, gemeten door het GBS van het lichtpaviljoen, een ingestelde waarde onderschrijdt (5 °C). Het GBS van het lichtpaviljoen geeft een vrijgave signaal aan de CVE van het grondwatersysteem. Indien de temperatuur van het gekoelde water een ingestelde waarde overschrijdt (7 °C), wordt door het GBS het vrijgave signaal ingetrokken. Het grondwatersysteem start op nadat het vrijgave signaal voor laden is ontvangen van het GBS. Het grondwater wordt uit de warme bron onttrokken met een maximaal debiet van 45 m³/h. Na afkoeling in de warmtewisselaar wordt het grondwater in de koude bron geïnfiltreerd. Het grondwaterdebiet wordt 1:1 geregeld op basis van het gekoeld waterdebiet van het lichtpaviljoen. Het grondwatersysteem gaat buiten bedrijf indien het vrijgave signaal door het GBS van het lichtpaviljoen is ingetrokken. Ontladen Indien het lichtpaviljoen of AIRCO I en II van koude moet worden voorzien, wordt zowel door het GBS van het lichtpaviljoen en de AIRCO’s een vrijgave signaal afgegeven aan de CVE van het grondwatersysteem waarna het grondwatersysteem wordt opgestart. Het grondwater wordt uit de koude bron onttrokken met een maximaal debiet van 90 m³/h. Na afgifte van de koude aan de warmtewisselaars wordt het grondwater in de warme bron geïnfiltreerd. Het debiet van het grondwatersysteem wordt 1:1 geregeld op basis van de door de CVE van het grondwatersysteem gesommeerde gewenste debieten van het lichtpaviljoen en de AIRCO’s. De debietverdeling van het grondwater over de twee warmtewisselaars vindt
4
plaats middels regelventielen. Deze regelventielen moeten er voor zorgen dat het grondwaterdebiet over de warmtewisselaars gelijk is aan de door het lichtpaviljoen en de AIRCO’s gewenste debieten. Bij het intrekken van zowel het vrijgave signaal van het lichtpaviljoen als van de AIRCO's, wordt het grondwatersysteem buiten bedrijf gesteld.
5
Figuur 1: schematische voorstelling van de installatie
6
4
METINGEN EN REGISTRAITE VAN DE ENERGIESTROMEN
Voor de energieregistratie van dit demonstratieproject werden onderstaande meters voorzien. Parameter KWO-koeling lichtpaviljoen KWO-koeling hoofdgebouw KWO-verwarming lichtpaviljoen grondwaterverplaatsing zomer grondwaterverplaatsing winter temperatuur warme bron temperatuur koude bron elektriciteitsverbruik KWO gasverbruik ketel lichtpaviljoen gemiddelde klepstand gemiddelde buitentemperatuur gemiddelde relatieve vochtigheid
Meter caloriemeter (Etap) caloriemeter (Etap) caloriemeter (Etap) debietmeter (Etap) debietmeter (Etap) temperatuursensor (Etap) temperatuursensor (Etap) elektriciteitsmeter (VITO) aardgasmeter (VITO) uitgestuurde spanning klep (Etap) temperatuursensor (Etap) vochtigheidssensor (Etap)
Eenheid kWh kWh kWh m³ m³ °C °C kWh m³ 0-10 V °C %RV
De meeste meters werden reeds voorzien door Etap. Enkel de elektriciteitsmeter voor het KWO-systeem en de gasmeter voor de ketel van het lichtpaviljoen werden door VITO aangekocht. Om de geleverde warmte van KWO aan het lichtpaviljoen op te meten, was het de bedoeling om met behulp van puntmetingen (luchtsnelheidsmetingen en luchttemperaturen) een verband te leggen tussen het uitgestuurde analoge signaal voor de klepstand en de nuttig geleverde warmte aan het lichtpaviljoen. Via continue meting van het uitgestuurde analoge signaal voor de klepstand kan dan bepaald worden welk aandeel van de geleverde KWOwarmte nuttig gebruikt wordt voor voorverwarming van de pulsielucht in het lichtpaviljoen. Deze meting kan echter niet gebeuren daar er een gebouwzijdige wijziging is gebeurd zodat er geen 1-1 relatie meer is!!! Het juiste aandeel van warmte dat naar het lichtpaviljoen gaat, kan dus niet geregistreerd worden! De bovenstaande gegevens worden elk half uur geregistreerd in het dataloggingssysteem van Etap (leverancier: Johnson Control). Maandelijks worden de gegevens per e-mail doorgestuurd naar VITO. De datafile is leesbaar in Excel.
7
5
TECHNISCHE EVALUATIE
Bij de toepassing van de KWO-technologie ligt de focus op koeling. Energieverslindende compressiekoeling wordt bij deze technologie zoveel mogelijk vervangen door energiezuinige koeling. Dit is mogelijk doordat grondwater van nature uit een temperatuur heeft van om en bij de 12°C en dat dit grondwater relatief makkelijk kan opgepompt worden voor energie-uitwisseling. Het gebruik (geen verbruik) van grondwater voor koeldoeleinden wordt “ontladen” genoemd. Grondwater wordt dan opgepompt uit de koude bron, en na warmtewisseling wordt de gebouwwarmte in de warme bron geïnjecteerd. Het systeem wordt aanzien als een gigantische koudebuffer, vandaar de termen “laden” en “ontladen” van koude. De resultaten beschreven in dit rapport hebben betrekking op 2003, 2004 en 2005.
5.1 Grondwatersysteem In figuur 2 wordt op uurbasis het gevraagde grondwaterdebiet en de buitentemperatuur weergegeven gedurende een volledig jaar (2004). 35
60
30 50 25
40
15 30 10
5
Grondwaterdebiet [m³/h]
Buitentemperatuur [°C]
20
20
0 10
Buitentemperatuur [°C]
30/12/2004
16/12/2004
2/12/2004
18/11/2004
4/11/2004
7/10/2004
21/10/2004
23/09/2004
9/09/2004
26/08/2004
12/08/2004
29/07/2004
15/07/2004
1/07/2004
3/06/2004
17/06/2004
20/05/2004
6/05/2004
22/04/2004
8/04/2004
25/03/2004
11/03/2004
26/02/2004
12/02/2004
29/01/2004
1/01/2004
-10
15/01/2004
-5
0
Grondwaterdebiet [m³/h]
Figuur 2: debiet en temperatuur gedurende 2004 Het primaire circuit van het koude-warmteopslagsysteem (grondwatercircuit) volgt nauwgezet de koudevraag van het gebouwcircuit. Er is dan ook duidelijk een verband te zien tussen de buitentemperatuur en het grondwaterdebiet.
8
Figuur 3 geeft het verloop weer van de brontemperaturen (warme en koude bron) gedurende 2004. Er is een duidelijke stijging van de koude brontemperatuur te merken tijdens de zomerperiode. De temperatuur loopt langzaam maar zeker op van ongeveer 8°C in juni tot ongeveer 11°C eind september. Dit geeft aan dat op het einde van de koelperiode het grondwatersysteem nog steeds operationeel is en koude aanreikt onder de natuurlijke grondwatertemperatuur (zijnde 12°C). Tijdens de winterperiode wordt er warmte onttrokken van ± 13°C uit de warme bron om aan 7°C geïnjecteerd te worden in de koude bron. Er is ook duidelijk te merken dat er een wijziging is gebeurd aan de instellingen. In het najaar van 2004 wordt er merkelijk kouder geïnjecteerd dan tijdens de eerste maanden van het jaar.
25
Temperatuur [°C]
20
15
10
5
T koude bron
30/12/2004
16/12/2004
2/12/2004
4/11/2004
18/11/2004
21/10/2004
7/10/2004
23/09/2004
9/09/2004
26/08/2004
12/08/2004
29/07/2004
15/07/2004
1/07/2004
3/06/2004
17/06/2004
20/05/2004
6/05/2004
22/04/2004
8/04/2004
25/03/2004
11/03/2004
26/02/2004
12/02/2004
29/01/2004
1/01/2004
15/01/2004
0
T warme bron
Figuur 3: Evolutie van de brontemperaturen in 2004
Figuur 4 geeft een beeld van de energielevering door het KWO-systeem, ontlading van de koude bron enerzijds en laden van de koude bron anderzijds. In de winterperiode is er een eerder constante vermogenlevering aan gemiddeld 40 kW (koude laden in koude bron). In de zomerperiode fluctueert het geleverde vermogen veel sterker in functie van de thermische belasting van het gebouw.
9
350
300
Vermogen [kW]
250
200
150
100
50
Koude laden
30/12/2004
16/12/2004
2/12/2004
4/11/2004
18/11/2004
21/10/2004
7/10/2004
9/09/2004
23/09/2004
26/08/2004
12/08/2004
29/07/2004
1/07/2004
15/07/2004
17/06/2004
3/06/2004
6/05/2004
20/05/2004
22/04/2004
8/04/2004
25/03/2004
11/03/2004
26/02/2004
12/02/2004
29/01/2004
1/01/2004
15/01/2004
0
Koude ontladen
Figuur 4: Thermische energie-overdracht naar grondwatersysteem
5.2 Debiet laden / ontladen Het debiet per maand (zowel laden als ontladen) over de meetperiode wordt weergegeven in figuur 5. Gedurende de meetperiode van 3 jaar is in het totaal 43.071 m³ geladen en 83.650 m³ ontladen. Figuur 6 geeft een overzicht van de debieten per jaar gedurende de meetperiode. Door gebouwzijdige veranderingen t.o.v. het processchema, is het niet mogelijk om na te gaan welk luchtdebiet er tijdens het laden effectief gebruikt wordt voor het opwarmen van het gebouw. Uit de data blijkt dat er over de meetperiode 3613 uren geladen wordt tussen 06.00 en 18.00 uur zijnde de uren waartussen de kantoorgebouwen dienen verwarmd te worden. In het totaal werd er gedurende de meetperiode 7822 uren geladen. Op basis van deze gegevens mag er van uitgegaan worden dat ongeveer 46% van de voorverwarmde lucht ook effectief wordt benut.
10
10.000
9.000
8.000
7.000
Debiet [m³]
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
Debiet ontladen [m³]
dec/05
okt/05
nov/05
sep/05
jul/05
aug/05
jun/05
apr/05
mei/05
mrt/05
jan/05
feb/05
dec/04
okt/04
nov/04
sep/04
jul/04
aug/04
jun/04
apr/04
mei/04
mrt/04
jan/04
feb/04
dec/03
okt/03
nov/03
sep/03
jul/03
aug/03
jun/03
apr/03
mei/03
mrt/03
jan/03
feb/03
0
Debiet laden [m³]
Figuur 5: Totale debieten laden en ontladen gedurende de meetperiode 35.000
30.000
Debiet [m³]
25.000
20.000
15.000
10.000
5.000
0 2003
2004 Debiet ontladen [m³]
2005
Debiet laden [m³]
Figuur 6: Totale debieten laden en ontladen per jaar gedurende de meetperiodemeetperiode
11
5.3 Energie laden / ontladen De hoeveelheden thermische energie per maand, die geleverd zijn door de KWO over de meetperiode, zijn weergegeven in figuur 7. 40
35
30
Energie [MWh]
25
20
15
10
5
Energie ontladen [kWh]
dec/05
okt/05
nov/05
sep/05
jul/05
aug/05
jun/05
apr/05
mei/05
mrt/05
jan/05
feb/05
dec/04
okt/04
nov/04
sep/04
jul/04
aug/04
jun/04
apr/04
mei/04
mrt/04
jan/04
feb/04
dec/03
okt/03
nov/03
sep/03
jul/03
aug/03
jun/03
apr/03
mei/03
mrt/03
jan/03
feb/03
0
Energie laden [kWh]
Figuur 7: Geleverde energie tijdens laden/ontladen over de meetperiode
Tijdens de totale meetperiode is er in het totaal 280.478 kWhth koude geladen en 322.813 kWhth ontladen. Wanneer de warmtebalans bekeken wordt over de verschillende zomer- en winterperiodes kan er besloten worden dat dit gedurende de meetperiode bijna in evenwicht is en er maar iets minder koude geladen wordt dan ontladen. Enkel tijdens de laatste winterperiode (winter 05) lijkt er beduidend minder koude geladen te worden. Doordat de winterperiode van 2005 ook de eerste (winter)maanden van 2006 bevat kan er nog geen volledig beeld gevormd worden. Een mogelijke oorzaak van het iets minder koude laden in 2005 is de lagere injectietemperatuur van de koude bron t.o.v. 2003. Figuur 8 geeft een beeld van de temperatuur in de koude bron tijdens het laden in zowel 2003 als 2005. Er valt op te merken dat door gewijzigde instelparameters er in 2003 nog koude geladen werd aan 7°C, en dat dit in 2005 rond 4 à 5°C is.. Doordat er bij lagere temperaturen geladen wordt, zullen 2 tegengestelde effecten spelen. De totale laadperiode zal verkleinen, en de bodem zal een lagere temperatuur krijgen aan de koude bron. Uit de gegevens kan er besloten worden dat het verkleinen van de laadtijd een groter invloed heeft dan de lagere temperatuur aan de koude bron. Er kan netto minder geladen worden. Het is belangrijk om een goed evenwicht
12
te vinden tussen voldoende koude temperaturen laden en zorgen dat de hoeveelheid koude die geladen wordt toereikend is om de volgende zomerperiode voldoende koude ter beschikking te hebben. Dit is zeker een aandachtspunt dat moet blijven opgevolgd worden om toekomstige problemen te vermijden.
13
24/12/2005 25/12/2005 26/12/2005 27/12/2005 28/12/2005 29/12/2005 30/12/2005 31/12/2005
24/12/2003
25/12/2003
26/12/2003
27/12/2003
28/12/2003
29/12/2003
30/12/2003
31/12/2003
18/12/2005
17/12/2005
16/12/2005
15/12/2005
14/12/2005
13/12/2005
12/12/2005
11/12/2005
10/12/2005
9/12/2005
8/12/2005
7/12/2005
6/12/2005
5/12/2005
4/12/2005
3/12/2005
2/12/2005
1/12/2005
23/12/2005
0
22/12/2005
2
23/12/2003
4
21/12/2005
6
22/12/2003
8
21/12/2003
10
20/12/2005
12
19/12/2005
December 2003
20/12/2003
T koude bron
19/12/2003
18/12/2003
17/12/2003
16/12/2003
15/12/2003
14/12/2003
13/12/2003
12/12/2003
11/12/2003
10/12/2003
9/12/2003
8/12/2003
7/12/2003
6/12/2003
5/12/2003
4/12/2003
3/12/2003
2/12/2003
1/12/2003
Temperatuur [°C] temperatuur [°C]
December 2005
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
T koude bron
Figuur 8: Injectietemperatuur van de koude bron tijdens het laden (2003 en 2005).
14
Tabel 1 geeft een overzicht van de warmtebalans over de verschillende seizoenen (winter/zomer). De winter van 2005 is bijgevolg nog niet volledig omdat de eerste maanden van 2006 nog ontbreken om een volledige winterperiode te verkrijgen. In figuur 9 wordt de warmtebalans over de meetperiode weergegeven per zomer- en winterperiode. Warmtebalans per seizoen Koude laden [kWh] Zomer 03 Winter 03 Zomer 04 Winter 04 Zomer 05 Winter 05
Koude ontladen [kWh] 109.500
101.462 103.713 99.095 109.600 20.520 Tabel 1: Warmtebalans zomer-/winterperiodes
120.000
100.000
Energie [kWh]
80.000
60.000
40.000
20.000
0 2003
2004 Koude ontladen (zomerperiode)
2005 Koude laden (winterperiode)
Figuur 9: Warmtebalans zomer-/ winterperiodes over de meetperiode
15
5.4 Verbruikte energie Figuur 10 geeft het elektriciteitsverbruik voor het KWO-systeem weer gedurende de meetperiode. 1400
1200
Elektriciteitsverbruik [kWh]
1000
800
600
400
200
Elektriciteitsverbruik ontladen
dec/05
okt/05
nov/05
sep/05
jul/05
aug/05
jun/05
apr/05
mei/05
mrt/05
jan/05
feb/05
dec/04
okt/04
nov/04
sep/04
jul/04
aug/04
jun/04
apr/04
mei/04
mrt/04
jan/04
feb/04
dec/03
okt/03
nov/03
sep/03
jul/03
aug/03
jun/03
apr/03
mei/03
mrt/03
jan/03
feb/03
0
Elektriciteitsverbruik laden
Figuur 10: Elektriciteitsverbruik van KWO gedurende de meetperiode Over de totale meetperiode is er een totaal van 22,5 MWhe elektrische energie verbruikt door de bronpompen. Laden nam hiervan 10,4 MWhe voor zijn rekening, terwijl het ontladen 12,2 MWhe verbruikte. Voor het leveren van 322,8 MWhth koude was dus 12,2 MWhe elektrische energie vereist. In termen van een koelmachine komt dit neer op een SPF van 27. In de totale meetperiode is er 280,5 MWhth warmte geleverd. Hiervan wordt slechts 46% nuttig gebruikt, wat overeenkomt met 129,0 MWhth. Wanneer de berekening gemaakt wordt, komt dit neer op een SPF van 12. Tabel 2 geeft een overzicht van de SPF-factor per jaar voor zowel laden als ontladen. SPF-factor 2003 2004 2005 Totale meetperiode
Koude laden 13 12 12 12
Koude ontladen 28 22 31 27
Tabel 2: SPF-factor voor koude laden en ontladen over de meetperiode
16
5.5 Gasverbruik Het gasverbruik tijdens de meetperiode wordt weergegeven in Figuur 11 12000
10000
Gasverbruik m³/maand
8000
6000
4000
2000
dec/05
okt/05
nov/05
sep/05
jul/05
aug/05
jun/05
apr/05
mei/05
mrt/05
jan/05
feb/05
dec/04
okt/04
nov/04
sep/04
jul/04
aug/04
jun/04
apr/04
mei/04
mrt/04
jan/04
feb/04
dec/03
okt/03
nov/03
sep/03
jul/03
aug/03
jun/03
apr/03
mei/03
mrt/03
jan/03
feb/03
0
Gasverbruik m³
Figuur 11: Gasverbruik per maand gedurende de meetperiode
Een totaal van 135.122 m³ gas is verbruikt tijdens de meetperiode. Uitgaande van 33,5 MJ/m³ (verrijkt Slochteren) en een rendement van de gasketel van 85% geeft dit een totaal van 3.847 GJ ofwel 1.069 MWhth geleverde warmte. Tijdens de meetperiode is 46% van de energie bij het laden ook gebruikt als voorverwarming wat neerkomt op 129.020 kWhth of 464 GJ (zie hiervoor 4.2). Tijdens de meetperiode werd dus 11 % van de warmtevraag geleverd door het KWO-systeem.
17
6
PRIMAIRE ENERGIEBESPARING EN CO2-REDUCTIE 6.1 Primaire energiebesparing
Om de primaire energiebesparing te kunnen bepalen is het nodig om de KWO-installatie te vergelijken met een referentie-installatie. Hiervoor wordt vergeleken met een klassieke watergekoelde koelmachine een SPF van 3,5 en een HR+-gasketel met een jaarrendement van 85%. Voor de omrekening naar primaire energie wordt gerekend met een rendement van de elektriciteitscentrale van 44 %.
Elektriciteitsverbruik Primair elektrisch energieverbruik Gasverbruik Totaal primair energieverbruik Reductie primaire energie Besparing
KWO + ketel (installatie Etap) 22,5 MWhe
Gasketel + KM (referentie-installatie) 92,2 MWhe
184 GJ
755 GJ
4.527 GJ
5.073 GJ
4.711 GJ
5.828 GJ
- 1.117 GJ - 19 %
Tabel 3: Primaire energiebesparing over de meetperiode Door toepassing van de KWO-techniek werd er 1.117 GJ minder primaire energie verbruikt gedurende de voorbije drie jaar. Dit komt overeen met een jaarlijkse besparing van ongeveer 372 GJ of 19% van de nodige primaire energie van de referentie-installatie. Tabel 3 geeft een overzicht van de verschillende energieverbruiken. Omdat het hoofddoel van de KWO-installatie het leveren van koude is, zal de koeling apart bekeken worden. Tabel 4 geeft een overzicht van de verschillende energieverbruiken enkel voor wat betreft koeling. Er is een duidelijk grotere procentuele besparing wat betreft primair energieverbruik. Het aandeel van de KWO in de verwarming is dan ook beperkt. (11% zie 5.5)
Elektriciteitsverbruik Primair elektrisch energieverbruik Reductie primaire energie Besparing
KWO (installatie Etap) 22,5 MWhe
KM (referentie-installatie) 92,2 MWhe
184 GJ
755 GJ
- 571 GJ - 76 %
Tabel 4: Primaire energiebesparing enkel voor koeling over de meetperiode
18
6.2 CO2-reductie Voor de bepaling van de CO2-emissie wordt uitgegaan van een uitstoot van 624 g CO2 per kWhe en 55 g CO2 per MJth. Onderstaande tabel geeft een totaal-overzicht na drie jaar werking.
Elektriciteitsverbruik Gasverbruik CO2-uitstoot CO2-reductie Besparing
KWO + ketel (installatie Etap) 14 ton CO2 249 ton CO2 263 ton CO2 - 74 ton CO2 - 22 %
Gasketel + KM (referentie-installatie) 58 ton CO2 279 ton CO2 337 ton CO2
Tabel 5: CO2-reductie tijdens de meetperiode Tabel 5 geeft een overzicht van de CO2-emissie over de meetperiode. Door toepassing van de KWO-techniek werd de CO2-reductie met ruim 74 ton verminderd over de voorbije 3 jaar. Op jaarbasis geeft dit een besparing van ongeveer 25 ton of 22 %.
19
7
ECONOMISCHE EVALUATIE
In het kader van de bevordering van nieuwe energietechnologieën heeft de Vlaamse overheid een subsidie toegekend van 35% van de investeringskosten van de koudewarmteopslag (KWO) installatie bij ETAP te Malle. De totale investeringskost voor de KWO-installatie bedroeg 341.746,01 €. Etap heeft een subsidie van 35% zijnde 119.611,15 € bekomen. De energiebesparing wordt bepaald door de koeling te vergelijken met mechanische koeling via een koelmachine. Voor de koelmachine is een investering voorzien van 148.000 € (Vermogen 570 kWth). De warmte gerecupereerd bij het koude laden wordt door de ketel bijgeleverd. Er dienen hiervoor geen extra investeringen gedaan te worden. Voor de aardgasprijs wordt het tarief C gebruikt met een kostprijs van 2,81 cEURO/kWh en de elektriciteitsprijs wordt 7,5 cEURO/kWhe gebruikt. Enkel de variabele kosten voor aardgas en elektriciteit worden in rekening gebracht. Alle vermelde bedragen zijn exclusief BTW. Bij de evaluatie is er rekening gehouden met een vermeden onderhoudskost, geschat op 2.500 €/jaar, en een vermeden vermogenvergoeding van 7.500 €/jaar. Tabel 6 toont de economische evaluatie van het project. Investeringen (€) KWO-installatie Totaal Vermeden investering koelmachine (€) Subsidie Energiebesparing (€/jaar) Aardgasbesparing Elektriciteitsbesparing Subtotaal Vermeden onderhoudskost en vermogenvergoeding (€/jaar) Totaal Terugverdientijd (exclusief subsidie) (jaar) Terugverdientijd (inclusief subsidie) (jaar)
341.746 341.746 -148.000 -119.611 1.425 1.742 3.167 10.000
13.167 14,7 5,6
Tabel 6: Economische evaluatie demonstratieproject bij Etap, Malle
20
Door toepassing van deze energiezuinige technieken wordt een aardgasbesparing van 50.596 kWhprim/meetjaar of 1.425 €/jaar bereikt en een elektriciteitsbesparing van 23.232 kWh/jaar of 1.742 €/jaar. De totale energiebesparing bedraagt 3.167 €/jaar. Samen met de vermeden onderhoudskost en vermogenvergoeding geeft dit een jaarlijkse besparing van 13.167 €/jaar. Wanneer de terugverdientijd berekend wordt, bedraagt deze 14,7 jaar zonder subsidie. Indien de subsidie mee in rekening gebracht wordt, dan bedraagt de terugverdientijd 5,6 jaar.
21
8
MENING VAN DE EIGENAAR
Situering van het project: ETAP ontwikkelt, fabriceert en commercialiseert functionele verlichting, meer bepaald algemene-, specifieke- en noodverlichting; voornamelijk voor de werkomgeving in industrie en utiliteit. Het resulterende product is functioneel en van hoge kwaliteit, gesteund op de actuele stand van de verlichtingskunde, ontwikkeld en geproduceerd met up to date materiaal en -technologische middelen, rekening houdend met het verlangen van de klant, met voldoende mogelijkheid tot achterwaartse integratie en met een zo hoog mogelijke toegevoegde waarde. Hiervoor heeft ETAP een visie ontwikkeld die gedragen wordt door optimalisatie van fysiologische-, ergonomische- en comfortaspecten, met bovendien zeer veel aandacht voor het esthetische uitzicht en de gebruikskost. Het nieuwe "Lichtpaviljoen" dat gebouwd werd, is in de eerste plaats bedoeld om haar expertise met betrekking tot algemene verlichtingstechniek, noodverlichting en verlichtingstoepassingen met moderne middelen uit te bouwen en te tonen aan haar klanten. Het "Lichtpaviljoen" centraliseert alle ruimten die bedoeld zijn om licht te beleven in hiervoor speciaal ontwikkelde ruimten, om proefopstellingen voor eigen gebruik te bouwen ten behoeve van nieuwe productontwikkelingen en om de klanten in aangepaste simulatieruimten te tonen welke lichttechnische- en energetische resultaten er verwacht kunnen worden in hun specifieke omgeving. Het nieuw gebouwde lichtpaviljoen werd geïntegreerd in het bestaande gebouw dat hierdoor uitgebreid werd met circa 3000 m² vloeroppervlak. Procesbeschrijving: Voor de koeling van de ruimtes wordt gebruik gemaakt van een seizoenmatig koudeopslagsysteem. Het principe van een seizoenmatig koudeopslagsysteem is dat in de zomer wordt gekoeld met winterkoude. Hiertoe wordt in de winter grondwater onttrokken aan een zogenaamde warme bron en na afkoeling aan de buitenlucht, met een temperatuur van de 7ºC in een zogenaamde koude bron geïnfiltreerd. In de zomer keert het systeem om en wordt er gekoeld grondwater onttrokken aan de koude bron en na afgifte van koude aan het gebouw, geïnfiltreerd in de warme bron. Het seizoenmatige koudeopslagsysteem werd zo uitgelegd dat deze in de gehele koudevraag van de ruimtes kan voorzien, dit zowel voor het nieuwe lichtpaviljoen als voor het bestaande kantoorgebouw. De grootte van het grondwatersysteem is bepaald aan de hand van de totale koudevraag betreffende het "Lichtpaviljoen" en de bestaande AIRCO's I en II in het kantoorgebouw. De aansluiting van de koudevragers op het grondwatersysteem vond gefaseerd plaats. Als eerste werden de luchtbehandelingskasten van het lichtpaviljoen aangesloten. Op een later tijdstip werden AIRCO I en II van de bestaande gebouwen aangesloten. Beide systemen hebben een eigen warmtewisselaar, die zorg draagt voor de scheiding tussen het grondwater en het
22
gekoelde water. In de winter wordt alleen luchtbehandelingskasten van het lichtpaviljoen.
geladen
met
behulp
van
de
Motivatie en doelstellingen: ETAP is een bedrijf dat hoogwaardige verlichtingsarmaturen en noodverlichting ontwikkelt, fabriceert en commercialiseert. Eén van de belangrijke kenmerken van deze armaturen, buiten hun optische en esthetische eigenschappen, is dat ze zeer zuinig omspringen met energie. Dit wordt bereikt door: De juiste optimale vorm aan de reflectoren te geven. Een aluminiumkwaliteit te gebruiken met de hoogste reflectie-eigenschappen die vandaag op de markt is. Gesofistikeerde diffusoren te ontwerpen. De armaturen op de juiste plaats in te planten. Bovendien werden en worden er meerdere lichtregelsystemen ontwikkeld waarmee men behoorlijke besparingen kan realiseren op de energiefactuur. Elke dag wordt er gewerkt aan systemen die er moeten voor zorgen dat wij in de toekomst verlichtingsinstallaties hebben die een nog betere kwaliteit van verlichting garanderen met een nog lager energieverbruik. Men kan alle lichttechnische en energetische eigenschappen van een verlichtingsarmatuur en van een volledige verlichtingsinstallatie vastleggen met cijfers en grafieken, maar er is toch een sterke behoefte om dit zodanig voor te stellen aan de klanten, dat zij effectief kunnen ervaren dat een bepaald armatuur andere eigenschappen heeft dan een ander armatuur en dat zij kunnen ervaren wat het effect is van verschillende verlichtingsinstallaties. Om dit te kunnen realiseren hadden wij behoefte aan nieuwe showrooms en demoruimten. En hiervoor hebben wij ons lichtpaviljoen gebouwd. Technische historiek: Wij vinden het voor ons zelf vanzelfsprekend dat wanneer je alle dagen bezig bent met het ontwerpen van producten die het energieverbruik moeten beperken, dat je dan dezelfde filosofie doortrekt naar de gebouwen die je opricht. Gebouwen die bedoeld zijn om juist die producten voor te stellen. Wij zijn dus op zoek gegaan naar een technologie die, in eerste instantie voor het koelen van het gebouw, voldeed aan die maatstaven. We hebben gezocht in de vakliteratuur en via Internet en we hebben geleerd dat er een bepaalde technologie was die voldeed aan die criteria en die al in Europa gebruikt werd en waarvan er zelfs toen reeds een proefproject opgestart was in België, en het is die technologie die we uiteindelijk gebruikt hebben in ons nieuw gebouw. We zijn eerst gaan praten met VITO; de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek, over de mogelijkheden van deze techniek in onze omgeving en VITO heeft dan een
23
"haalbaarheidsstudie" gemaakt waaruit bleek dat de ondergrond geschikt was; dat er voldoende grondwater beschikbaar was; over welke vermogens we per jaar zouden kunnen beschikken; wat de invloed zou zijn op de stand van het grondwater; enz.. en we zijn dan op zoek gegaan naar een studiebureau dat reeds ervaring had opgedaan met deze technologie, zodanig dat er een gedetailleerd lastenboek kon opgemaakt worden. Evaluatie: Na 5 jaar gebruik kunnen hebben we voldoende ervaring opgebouwd om de installatie en het gebruik te evalueren. Er is voor de "kantoorgebruiker" geen enkel verschil merkbaar tussen een traditionele koeling en een KWO installatie. De gerealiseerde energiewinsten voldoen aan de vooropgestelde verwachtingen. Een KWO-installatie vereist iets meer opvolging dan een traditionele koelmachine, vooral omdat er ook gedurende de winter, bij voorkeur tijdens vorstperiodes, de bronnen terug moeten geladen worden met koude-energie. Na de iets moeilijkere opstart tengevolge van software-problemen zijn er tot op vandaag geen mankementen opgetreden aan het gedeelte KWO. De herstellingen van defecten die er uitgevoerd moesten worden situeerden zich allemaal aan het conventionele airco-gedeelte dat identiek zou uitgevoerd geworden zijn indien er een traditionele koelmachine zou gebruikt geweest zijn.
John Kazandjian Afdelingshoofd Engineering ETAP nv
24
9
BESLUIT
Het toepassen van de koude-warmteopslagtechniek (KWO) leidt bij Etap tot volgende besluiten (evaluatie over 3 jaar, 01/2003 tem 12/2005):
Over de ganse periode was er een totale koelvraag van 322.813 kWh en een totale warmtevraag van 280.478 kWh voor de gebouwen; In totaal werd 83.650 m3 grondwater verplaatst van de koude naar de warme bron (ontladen); In totaal werd 43.071 m3 grondwater verplaatst van de warme naar de koude bron (laden), hiermee werd 11 % van de warmtevraag gedekt door het KWO-systeem; Toepassing van KWO gaf een totale jaarlijkse reductie van het primair energieverbruik met 1.117 GJ (voor koeling én verwarming); Vertaald naar de CO2-uitstoot betekent dit een reductie met 74 ton per jaar; Globaal betekent dit een besparing van 19 % op het energieverbruik en 22 % op CO2-emissie;
Na een moeilijke start in de periode 2000 – 2002 (juiste datagegevens uit registratiesysteem halen), heeft de KWO-installatie bij Etap te Malle over de meetperiode toch een belangrijke hoeveelheid energiebesparing kunnen realiseren. De installatie biedt het grootste deel van de koude aan met een zeer hoog rendement (KF/SPF = 27 versus KF = 3,5 voor klassieke koelmachine). Bij het laden van koude in de winter wordt de warmte toch gedeeltelijk nuttig gebruikt als voorverwarming voor de luchtbehandelingskasten van het lichtpaviljoen. Wanneer het economische luik bekeken wordt van de installatie, kan er besloten worden dat het toepassen van koude-warmteopslagtechniek een zekere meerkost met zich meebrengt. Deze zal echter terug verdiend kunnen worden door vermeden energiekosten alsook de vermeden kosten van een koelmachine met zijn specifiek onderhoud en de vermeden vermogenvergoeding. Dit alles in rekening gebracht geeft een terugverdientijd van 15 jaar zonder subsidies, en 5,7 jaar inclusief subsidies.
25
BIJLAGE 1: SAMENVATTING RESULTATEN M aan d ja n /0 3 fe b /0 3 m rt/0 3 a p r/0 3 m e i/0 3 ju n /0 3 ju l/0 3 a u g /0 3 s e p /0 3 o k t/0 3 n o v /0 3 d e c /0 3 ja n /0 4 fe b /0 4 m rt/0 4 a p r/0 4 m e i/0 4 ju n /0 4 ju l/0 4 a u g /0 4 s e p /0 4 o k t/0 4 n o v /0 4 d e c /0 4 ja n /0 5 fe b /0 5 m rt/0 5 a p r/0 5 m e i/0 5 ju n /0 5 ju l/0 5 a u g /0 5 s e p /0 5 o k t/0 5 n o v /0 5 d e c /0 5 T o ta a l
E n e rg ie la d e n E n e rg ie o n tla d e n D e b ie t la d e n D e b ie t o n tla d e n E le k la d e n E le k o n tla d e n G a s v e rb ru ik C O P p e r m a a n d C O P p e r m a a n d [k W h ] [k W h ] [m ³] [m ³] [k W h ] [k W h ] [m ³] la d e n o n tla d e n 1 8 .9 9 7 0 5 .6 8 9 0 852 62 7 .5 7 8 22 0 3 1 .4 7 1 0 4 .5 6 6 0 856 12 6 .5 8 7 37 0 4 .4 8 5 0 808 0 184 22 4 .1 7 4 24 0 4 .3 9 6 3 .4 0 0 763 600 148 120 3 .2 4 4 30 28 0 2 .9 0 0 0 520 1 102 1 .6 5 3 0 28 26 2 9 .8 0 0 13 6 .4 8 0 5 880 342 5 34 17 2 2 .3 0 0 9 5 .8 1 0 9 812 325 2 27 365 3 6 .8 0 0 106 8 .7 3 0 33 1 .2 7 8 420 11 29 395 1 3 .7 0 0 107 3 .5 0 0 69 441 1 .4 8 6 6 31 3 .0 8 3 600 743 520 176 116 4 .4 9 3 18 5 2 .7 9 1 0 347 0 116 24 4 .4 4 1 24 0 2 4 .6 0 1 0 3 .3 0 3 0 784 1 6 .2 4 0 31 0 2 4 .2 5 3 0 3 .4 9 9 0 824 2 7 .3 9 0 29 0 2 4 .6 5 2 200 4 .5 5 4 60 797 25 5 .7 2 0 31 8 1 6 .7 1 4 2 .2 0 0 3 .4 5 3 630 581 132 6 .2 3 2 29 17 4 .1 3 1 7 .6 0 0 1 .1 8 5 2 .4 0 0 192 358 3 .4 7 8 22 21 476 8 .2 0 0 183 3 .4 0 0 25 507 2 .1 6 5 19 16 0 2 4 .3 0 0 1 8 .6 9 0 1 1 .2 5 2 1 .0 7 6 0 19 0 1 5 .1 1 3 1 2 .8 3 0 2 415 684 0 36 1 2 8 .1 0 0 1 7 .4 2 0 2 1 .0 0 3 628 1 28 0 1 7 .3 0 0 1 6 .2 5 0 1 842 1 .5 3 4 0 21 971 700 104 240 40 163 2 .8 3 6 24 4 8 .7 6 0 0 185 0 440 20 5 .1 5 5 20 0 2 4 .5 6 5 0 3 .0 0 1 0 968 7 7 .2 3 5 25 0 2 4 .7 2 9 0 3 .1 3 1 0 685 3 6 .8 3 7 36 0 2 4 .2 3 5 0 3 .0 6 3 0 896 7 7 .6 3 3 27 0 1 3 .6 0 7 2 .4 0 0 1 .7 6 6 510 530 90 5 .9 1 2 26 27 1 .1 7 9 1 .4 0 0 293 350 96 88 3 .2 1 7 12 16 1 .0 5 0 9 .3 0 0 195 1 .5 4 0 61 230 2 .4 6 4 17 40 2 2 3 .3 0 0 3 6 .1 3 0 11 750 930 0 31 2 1 9 .2 0 0 4 3 .8 5 0 1 543 813 2 35 2 2 0 .8 0 0 3 4 .8 0 0 2 702 1 .2 8 2 1 30 1 2 3 .6 0 0 3 5 .5 0 0 4 745 1 .6 8 9 0 32 1 8 .6 0 0 3 2 .5 5 0 8 347 2 .7 1 7 0 25 6 .8 7 7 1 .0 0 0 697 340 404 53 6 .8 8 2 17 19 1 3 .6 4 4 0 1 .2 9 0 0 580 32 9 .6 3 2 24 0 2 8 0 .4 7 8 3 2 2 .8 1 3 4 3 .0 7 1 8 3 .6 5 0 1 0 .3 8 4 1 2 .1 8 6 1 3 5 .1 2 2
26
