De warmtepomp in woningverwarming

De warmtepomp in woningverwarming

Een duurzame vorm van woningverwarming Ing. Geeraart Franck Campus De Nayer Onderzoeksgroep duurzame energie

1

DUURZAME ENERGIE

Wat is duurzame energie?  als het verbruik van deze bron, het toekomstig verbruik ervan niet beperkt

2

Geeraart Franck Geert Matthys

TRIAS ENERGETICA

3

Dus … 1. Eerst goed isoleren en luchtdicht bouwen (de warmtebehoefte beperken) 2. Dan duurzame energietechnieken maximaal benutten 3. Als laatste fossiele brandstoffen gebruiken (aan maximaal rendement)

4


Enkele instalaties

5

programma     

Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen  Verticale bodemwarmtewisselaar  Horizontale bodemwarmtewisselaar  Grondwater  Lucht  combi systeem  Lage Temperatuur Verwarming  Economische analise  Subsiedies

6


6

koelkast = warmtepomp

Een koelkast heeft een koude en een warme zijde. Bij een koelkast zijn we geïnteresseerd in de koude zijde (verdamper). Bij een warmtepomp zijn we geïnteresseerd in de warme zijde (condensor).

7

Wat doet een WP ? Een warmtepomp levert 3 à 4 keer meer warmte dan een elektrische radiator/convector (= elektrische weerstand), voor hetzelfde elektriciteitsverbruik (met een COP = 3 à 4). Elektrische weerstand : COP = 1 Warmtepomp : COP = 3 à 4 Ongeveer 75% van de afgegeven warmte wordt op lage temperatuur aan de omgeving onttrokken en naar bruikbare temperatuur ‘opgepompt’. Hiervoor dient een compressor aangedreven te worden (koelcyclus).

8


Werkingsprincipe - Koelmiddel circuleert in een gesloten circuit. - Men laat dit verdampen onder lage druk (koeleffect). - Een compressor brengt het gasvormige koelmiddel naar hoge druk. - Onder hoge druk laat men het koelmiddel condenseren (warmteafgifte). - Een expansieventiel brengt het vloeibaar koelmiddel terug van hoge naar lage druk.

9

Werkingsprincipe

Hoge druk gasvormig

Lage druk gasvormig Hier wordt warmte opgenomen op lage temperatuur Lage druk vloeibaar

VERDAMPER

CONDENSOR

Hier wordt warmte afgegeven op hoge temperatuur Hoge druk vloeibaar

10


Werkingsprincipe

11

Werkingsprincipe Warmte wordt onttrokken uit : - ondergrond - grondwater - buitenlucht -…

(COP = 4 = 100/25)

Verwarmingssysteem 12




13

13

COP/SPF  COP (Coef. Of Performance) = ogenblikkelijk, eigenschap van toestel (vgl verbrandingsrendement van ketel) (wordt bepaald in test-labo)  SPF (Seasonal Performance Factor) = over periode, eigenschap van installatie (vgl seizoensrendement van ketel-installatie) (wordt gedurende een jaar opgemeten aan de installatie)  PER (Primary Enery Ratio) = Primair energieverbruik, eigenschap van installatie

14


COP/SPF Condensor (QH)

Nuttig _ vermogen Benodigde _ elektrische _ vermogen Nuttige _ energie SPF  Electrische _ energie

COP 

Tbron en Tafgifte dicht bij elkaar : COP = hoog Tbron en Tafgifte ver uit elkaar : COP = laag

Compressor (W)

Verdamper (QL)

15

COP/SPF

16


COP/SPF

17

COP/SPF COP-testcondities (EN 14511) WP-type

Brontemp.

Afgifte-temp.

Lucht/Lucht

7°C

20°C

Lucht/Water

7°C

35°C

Water/Water

10°C

35°C

Bodem/Water

0°C

35°C

Dx/Water

-5°C

35°C

Dx/Dx

-5°C

35°C

CETIAT

Bvb : COP 10/35 = 4,50

18




19

19

Verbranding versus warmtepomp Verbranding : hoogwaardige energie wordt gedegradeerd tot warme lucht van 20°C

De warmtepomp ‘verpompt’ warmte op lage T (bvb 10°C) uit de omgeving naar een bruikbare temperatuur (bvb 35°C)  Extra energie nodig (elektriciteit) Footer | 20 20


Verbranding versusminimaliseren warmtepomp Verbruik

temperatuur

hoogte

waterreservoir

h

h0

omgeving

T

T0

omgeving

woning

21

21

Verbranding versus warmtepomp T [K]

Pricipe Ketel

ketel hoge potentiële energie

woning

T

T0


omgeving

22

22

Verbranding versus warmtepomp T [K] Pricipe Warmtepomp

woning T omgeving T0

23

23

Verbranding versus warmtepomp

24


24



25

25

Vergelijk ketel – WP :

Vergelijking ketel -WP

Aangepast uit ISSO Handboek Installatietechniek

kWh brandstof

100 kWh warmte nodig

gratis

26


Uit Code van Goede Praktijk voor warmtepompinstallatie in woningen

Vergelijking ketel -WP PER SPF

Elektrische bijverwarming

SWW-boiler

Condensor Verdamper

BRON

COP

AFGIFTE 27

COPtest  SPF  PER voor woningen Voor 1kWh primaire energie die ik verbruik, krijg ik aan warmte : Cond gasketel : max 0,99 kWh Lucht/Water WP : +/- 1,3 kWh (+30%) Water/Water WP : +/- 1,6 kWh (+60%) Bodem/Water WP : +/- 1,7 kWh (+70%)

28


CO2-besparing

29



30


30

Bronnen van warmte

Horizontale grondwarmtewisselaar

Vertikale sonde

Lucht Grondwater

31

Vertikale grondwarmtewisselaar Voordelen beperkt grondbeslag bijna overal toepasbaar onbeperkt beschikbaar weinig variatie in brontemperatuur - relatief hoge brontemperatuur - gesloten systeem -

Nadelen - daling brontemperatuur gedurende stookseizoen - lekdichtheid nodig ivm glycol in systeem 32


Waar haalt vertikale BWW zijn warmte ?

33

Ondergrond : gebouw-koeling & bodemregeneratie Door in de zomer het gebouw te koelen met een bodemWW, regenereert men tevens de ondergrond

34


Bodem-regeneratie via passieve koeling

35

Dimensionering bodemwarmtewisselaars Aspecten die aan bod komen :

 Maximaal vermogen  Maximale energie (equiv. vollasturen x max. vermogen)  Hoeveelheid regeneratiewarmte  Bodemsoort  Vulling van het boorgat (bij vertikale)  Laagst toegelaten temperatuur na 20jaar  Type bodemwarmtewisselaar  Opstellingsvorm  Onderlinge afstand 36


Dimensionering voor vertikale bodemWW

m : per boor-meter 37

Dimensionering van vertikale bodemwarmtewisselaars Voorbeeld: een woning van 12kW (200m² vloer-opp.) (stel COP=3, dus 8kW wordt uit de ondergrond onttrokken)  Vertikale bodemwarmtewisselaars :  zand, watervoerend : 50 W/m nodig aantal boormeter : 180m (bv. 3 boringen van 60m)  klei of leem, vochtig : 30 W/m nodig aantal boormeter : 300m (bv. 6 boringen van 50m)

38


Uit Putboringen Verheyden bvba

VERTIKALE bodem-warmtewisselaar als warmtebron

39



40


40

Horizontale grondwarmtewisselaar

-

-

Voordelen bijna overal toepasbaar onbeperkt beschikbaar gesloten systeem

Nadelen ruim grondbeslag variërende brontemperatuur opletten voor uitputting van de bodem daling brontemperatuur gedurende stookseizoen lekdichtheid nodig ivm glycol in systeem

41

Dimensionering van horizontale bodemWW

42


Dimensionering van horizontale bodemWW Voorbeeld: een woning van 12kW (200m² vloer-opp.) (stel COP=3, dus 8kW wordt uit de ondergrond onttrokken)  Horizontale bodemwarmtewisselaars :  droge zandgrond : 15 W/m² nodige bodemopp buiten : 533m² (met 1066m buis PE25 erin)  Natte leemgrond : 30 W/m² nodige bodemopp buiten : 266m² (met 532m buis PE25 erin)

43

HORIZONTALE bodem-warmtewisselaar Dimensionering van horizontale Horizontale grondwarmtewisselaar

bodemWW

44


45

Horizontale BWW

46


Temp.-verloop in horizontale BWW

47

DX / DX warmtepomp Condensor = vloerverwarming Verdamper = horizontale bodemWW Het koelmiddel verdampt in de horizontale bodemwarmtewisselaar (koperen buis) Het koelmiddel condenseert in de vloerverwarming (koperen buis) Eén compressor per kring (bvb gelijkvloers, SWW, badkamer : 3 compressoren) 48


DX / DX warmtepomp

49



50


50

Grondwater als bron -

-

Voordelen beperkt grondbeslag constante brontemperatuur relatief hoge brontemperatuur onuitputbaar Nadelen goede waterkwaliteit niet overal beschikbaar niet overal beschikbaar op haalbare diepte hogere investeringskost open systeem energie nodig voor oppompen water milieuvergunning nodig gegarandeerde scheiding koelmiddel – grondwater boring, terugvoerput en afdichting vragen extra aandacht grondige geohydraulische kennis vereist

51

Grondwater als bron Opletten voor : - grondwater-filter - verstopping verdamper (waterzijdig) - capaciteit van de bron kan dalen met de jaren - elektrisch verbruik van de grondwaterpomp (1kW ?) - opletten dat geen lucht aan grondwater kan

52


Grondwater als bron

53



54


54

Buitenlucht -

-

Voordelen beperkt grondbeslag bijna overal toepasbaar onbeperkt beschikbaar onuitputbaar lage investeringskost Nadelen ontdooien noodzakelijk hulpverwarmingssyteem noodzakelijk zeer sterk wisselende brontemperatuur periodiek zeer lage brontemperaturen mogelijk

55

Lucht / Lucht warmtepomp = omkeerbare ‘split’ air-conditioner

56


Lucht / Lucht : koelen - verwarmen Koeling (zomer)

Verwarming (winter)

‘Split air-conditioner’

Lucht / Lucht warmtepomp

Aandacht : geen premie voor warmtepompen die actief kunnen koelen (‘actief’: als compressor draait).

57

Schema : Lucht / Water

58


Lucht / Water WP Buiten-unit : verdamper (met ventilator) en compressor Binnenunit : condensor die zijn warmte afgeeft aan een waterafgifte systeem

59

Lucht / Water ‘mono-block’ Geen binnen-unit : directe aansluiting van het verwarmings-systeem aan de buitenunit.

60


Buitenlucht als bron

COP daalt als brontemp zakt

Vermogen daalt als brontemp zakt

61

Buitenlucht als bron

62




63

63

Combi : ketel + buitenlucht WP (ook koeling)

64


Combi : condenserende aardgasketel + buitenluchtWP

Buiten-unit (van de buitenlucht-warmtepomp)

Binnen-unit (van de buitenluchtwarmtepomp) met aardgasketel

Onder een bepaalde buiten-temperatuur stookt de ketel bij. (Dit is ook mogelijk op bestaande installaties) 65

Ventilatie-lucht als bron “mechanische pulsie & extractie met ingebouwde warmtewisselaar en warmtepomp”

Voordelen - geen grondbeslag - hoge brontemperatuur - constante brontemperatuur

Nadelen - geluidsproductie moet beperkt worden - beperkt beschikbaar (laag-energie-woning) - alleen toepasbaar bij bepaal ventilatiesystemen

66


WP-boiler Heeft klein vermogen aangezien continue werking (24h/24h). Doorgaans met bijstook (elektr.) daar piek-opwekking niet kan.

lucht 20°C

lucht 10°C

Pro: efficiënte benutting van afgevoerde warmte Contra : piek-opwekking niet mogelijk

67

Andere mogelijke bronnen

Akoelen van oppervlaktewater

Afkoelen van rioolen

Mest Industriële rest-warmte

68




69

69

Het belang van een Lage-TemperatuurAfgiftesysteem

Theoretisch maximale COP (Carnot)

COP stijgt als afgiftetemperatuur daalt !

Carnot 

T T

hoog

hoog

 T laag

70


Warmte afgeven in het gebouw 

Op zo laag mogelijke temperatuur  Energiebesparend, want minder productie en distributieverlies  COP stijgt



LTV systemen (temperatuur < 55°C)  Luchtverwarming (lucht van 30-50°C)  Overgedimensioneerde radiatoren (45-55°C)  Vloerverwarming (35 °C)  Wandverwarming (35 °C)

71

Muur & plafond verwarming Plafondverwarming is zeer geschikt voor passieve koeling in de zomer

72


Betonkernactivering

Verwarmen met regime +/- 24°C (is zeer goed voor COP van WP !)

Koelen met regime +/-17°C (mogelijk passief te koelen met ondergrond-koelte)

73

Haalbaarheid Kan deze woning verwarmd worden met een WP ? Woningen met grote warmteverliezen kunnen NIET verwarmd worden met een laag-temeratuur-verwarmings-syteem ! (vloerverwarming ~ 40 W/m²)

Warmteverliesberekening !

74


Passieve koeling

- Bij geothermische WP-installaties kan de grondkoelte in de zomer door het afgiftesysteem gestuurd worden via een bypass-warmtewisselaar over de WP. - Enige verbruik zijn de circulatiepompen (primair en secundair) - Is ‘topkoeling’ (geen airco) - Hierdoor wordt de ondergrond ge-’regenereerd’ 75


Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen  Verticale bodemwarmtewisselaar  Horizontale bodemwarmtewisselaar  Grondwater  Lucht  combi systeem

 Lage Temperatuur Verwarming  Economische analise  Subsiedies 76


76

Economische analyse in november 2005

1ste

77

Economische analyse in april 2010 Totale jaarlijkse kosten van zes CV-installaties 3500,00

3186 €/j €/j

2290 €/jaar

2205 €/jaar

2241 €/jaar

2228 €/j €/j

2296 €/jaar €

3000,00

€/jaar

2500,00

1533

2000,00 1500,00

1120

1397

1459

1500

189

203

325

1059

923

871

799

(Niet-condenserend)

(Condenserend)

(Horizontaal)

Stookolie

Aardgas

406

162

317 1000,00 500,00

1222

1182

1190

0,00 (Vertikaal) Bodem

CV

Grondw ater

Lucht

Warmtepomp

Verbruikskosten

Werkingskosten

Investeringskosten

78


Economische analyse in april 2010 Totale jaarlijkse kosten van zes CV-installaties 3500,00

3161

3000,00 2625

2533

2509

2495

2534

€/jaar

2500,00 2000,00 1533 1500,00

1059

1190

1120 923

1000,00 500,00

406

1500

1459

1397

1222

317

871

325

203

189

1182

799

162

0,00 (Niet-condenserend)

(Condenserend)

Stookolie

Aardgas

(Horizontaal)

(Vertikaal) Bodem

CV

Grondw ater

Lucht

Warmtepomp

Verbruikskosten Investeringskosten

Werkingskosten Totaal

79

Economische analyse Was voor een nieuwbouwwoning (129 m², 8 kW) - gerekend met brandstofprijzen van vandaag ! De voorsprong voor de warmtepomp vergroot indien ik reken met : - toekomstige brandstofprijzen (duurder) - renovatiewoning (meer verbruikskost, de gele vakken worden groter)

80



Werkingsprincipe COP / SPF Verbranding versus warmtepomp Vergelijking PER ketel en warmtepomp De verschillende types warmtepompen  Verticale bodemwarmtewisselaar  Horizontale bodemwarmtewisselaar  Grondwater  Lucht  combi systeem

 Lage Temperatuur Verwarming  Economische analise  Subsiedies 81

81

Fiscale voordelen particulieren • 40% met maximum van 2.770 euro/jaar • Nieuwbouw : enkel geothermische WP • Vervanging CV : alle types • Vanaf 2009 : overdraagbaarheid gedurende vier jaar

82


Premie Vlaamse netbeheerders • Actieplannen netbeheerders • Vernieuwbouw : COP-eisen/type • Nieuwbouw : vanaf 2009 => E-peil

83

Premie Vlaamse netbeheerders • V.B. Iverlek/Eandis Nieuwbouwwoning: E80 – E61: 400 euro + 30 euro x (E80 – E- peil van de woning) E60 – E41: 1000 euro + 40 euro x (E60 – E- peil van de woning) E40 – E0: 1800 euro + 50 euro x (E40 – E- peil van de woning) Nieuwbouwappartement E80 - E61: 200 euro + 10 euro x (E80 – E- peil van het appartement) E60 – E41: 400 euro + 20 euro x (E60 – E- peil van het appartement) E40 – E0 : 800 euro + 30 euro x (E40 – E- peil van het appartement)

84


Code van de goede praktijk

www.ideg.info: PDF (gratis) www.ODE.be: boekvorm

85

Interessante video’s op internet :  www.verwarmenmetairco.be  Advies van ‘architect Paul’ : http://www.batiportal.be/default.aspx?_vs=0_N&lev=50240410& part=V08267I0700sELO

86


Meer info …  -

www.ideg.info (warmtepompmatrix) Code goede praktijk (140 blz PDF) Excel dimensioneringstool Bestek tekst …

 www.warmtepompplatform.be

87

ODE Brochures … Gratis, 40 blz PDF download :

www.energiesparen.be www.ode.be www.ideg.info Bestaat ook in versie : - Bio-energie - Fotovoltaïsch - Warmte uit zonlicht - Windenergie -… 88


Einde

Dank voor uw aandacht …

Ing. Geeraart Franck Campus De Nayer Onderzoeksgroep duurzame energie

89


De warmtepomp in woningverwarming

Recommend Documents