Economische haalbaarheid van warmtepompboilers en vraaggestuurde ventilatie in lage-energiegebouwen

Economische haalbaarheid van warmtepompboilers en vraaggestuurde ventilatie in lage-energiegebouwen. Alexander De Cuyper

Promotoren: prof. dr. ir. Arnold Janssens, prof. dr. ir. Michel De Paepe Begeleider: Jelle Laverge Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: architectuur

Vakgroep Architectuur en Stedenbouw Voorzitter: prof. dr. Pieter Uyttenhove Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding Voorzitter: prof. dr. ir. Jan Vierendeels Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2011-2012

VOORWOORD Indien men vandaag een gebouw wenst op te richten, wordt men onvermijdelijk met het thema energiezuinigheid geconfronteerd. Dit is zonder twijfel een positieve evolutie, maar niet alle aspecten worden altijd even transparant aan de consument overgebracht. Zo kan men zich bij verschillende installaties de vraag stellen of deze wel rendabel zijn. Ze besparen uiteraard energie, maar het is niet steeds duidelijk of dit voldoende is om de investering te gaan compenseren. Sommige technieken krijgen ook wel eens een optimistische terugverdiendtijd opgeplakt die het resultaat is van allerlei subsidies en kunstgrepen. In dit onderzoek wordt dan ook getracht een realistische terugverdientijd te bepalen voor een nieuw systeem op de Belgische markt, de warmtepomp op de extractielucht van de ventilatie. Deze techniek beoogt de energiezuinigheid van een gebouw met mechanische afvoerventilatie of systeem C te verbeteren door een deel van de ventilatieverliezen te recupereren. Dit thema heeft tot een onderzoek geleid waarin allerlei actoren een bijdrage gehad hebben. Ik wil dan ook in eerste instantie mijn promotor prof. dr. ir. Arnold Janssens en co-promotor prof. dr. ir. Michel De Paepe en bedanken om dit alles in goede banen te leiden. Ook naar mijn begeleider ir.arch. Jelle Laverge gaat hiervoor mijn dank uit, alsook voor zijn continue inzet om steeds klaar te staan met goede raad indien er een vraag rees. Ook wil ik Olivier De Cock en Dieter Dhaeze bedanken voor de uitwisseling van gegevens en informatie die noodzakelijk waren om van deze thesis een waarheidsgetrouw document te maken. Verder gaat mijn dank uit naar alle personen die in het bedrijfsleven staan en niettemin tijd vonden om mij bij te staan in dit onderzoek. Zo zijn er Stefan Verbrugge en Anthonie Vandamme van het bedrijf Duco. Zij hebben mij zowel informatie doorgestuurd en uitgenodigd voor besprekingen als hun eigen onderzoek naar deze materie in de praktijk gedemonstreerd. Daarnaast wil ik Ivan Pollet en Clint Coulier van Renson bedanken die mij actief geholpen in de zoektocht naar een relevante case om de meting op uit te voeren, ook al bleek deze uiteindelijk niet haalbaar. Hierin werd ik tevens bijgestaan door de firma Dimplex, die mij bij installateur Johan Smolders introduceerde, welke mij de mogelijkheid gaf in een woning de meting uit te voeren. Mijn dank gaat ook uit naar Pedro Pattijn en Matthias Zuliani van Ingenium voor het delen van ideeën en gedachten omtrent de toepassing van de installatie. Ook mijn broer Ruben De Cuyper wil ik bedanken voor alle hulp bij de lange zoektocht naar elektrische boilers, evenals alle mensen die hun installatie ter beschikking stelden voor de metingen. Zonder hen zou de link met de realiteit ontbreken. Naar mijn ouders gaat mijn dank uit om het voor mij mogelijk te maken de studies aan te vatten en mij er ook vijf jaar lang in te steunen. Zonder hen was dit alles niet mogelijk geweest. In dit kader wil ik ook mijn medestudenten en vrienden bedanken voor alle steun en vriendschap tijdens de opleiding, en in het bijzonder tijdens dit laatste jaar. Tenslotte wens ik iedereen te bedanken die op een of andere manier bijgedragen heeft tot de totstandkoming van deze thesis en ik onbewust vergeten vermelden ben. Alexander De Cuyper, 4 juni 2012

TOELATING TOT BRUIKLEEN "De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef." "The author gives permission to make this master dissertation available for consultation and to copy parts of this master dissertation for personal use. In the case of any other use, the limitations of the copyright have to be respected, in particular with regard to the obligation to state expressly the source when quoting results from this master dissertation." Alexander De Cuyper, 4 juni 2012

ECONOMISCHE HAALBAARHEID VAN WARMTEPOMPBOILERS EN VRAAGGESTUURDE VENTILATIE IN LAGE-ENERGIEGEBOUWEN. door Alexander De Cuyper Promotoren: prof. dr. ir. Arnold Janssens, prof. dr. ir. Michel De Paepe Begeleider: Jelle Laverge Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: architectuur Vakgroep Architectuur en Stedenbouw Voorzitter: prof. dr. Pieter Uyttenhove Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding Voorzitter: prof. dr. ir. Jan Vierendeels Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2011-2012

SAMENVATTING Vandaag is ventileren in nieuwe gebouwen een noodzaak geworden om de binnenluchtkwaliteit te kunnen garanderen. Deze ventilatie brengt echter warmteverliezen met zich mee die kunnen oplopen tot wel 50% van de totale vraag. Bij het mechanisch afvoerventilatiesysteem of systeem C is er niet onmiddellijk een systeem voor handen om deze warmte te recupereren. De oplossing zou evenwel kunnen bestaan uit een warmtepomp die werkt op de extractielucht van de ventilatie. Dit is de ELWP of warmtepompboiler. Dit onderzoek beoogt een economische haalbaarheidsanalyse uit te voeren door de terugverdientijd in verschillende situaties te becijferen. Zo kan het toestel voor sanitair warm water of ruimteverwarming gebruikt worden. Om de besparingen in kaart te brengen, wordt zowel gebruik gemaakt van metingen als van simulaties in het softwarepakket TRNSYS. De metingen en simulaties leren dat de ELWP, indien gebruikt voor sanitair warm water, een matige tot goede rendabiliteit toont ten opzichte van een elektrische boiler. Terugverdientijden variëren van 9 jaar tot de levensduur voor woningen en van slechts 1 tot 2 jaar voor grotere functies als zorgtehuizen. De lage gasprijs zorgt er echter voor dat het systeem t.o.v. een gasgestookte boiler weinig rendabel is. Wanneer de ELWP gebruikt wordt voor ruimteverwarming, bekomt men voor de woning een vrij goede prestatie met een terugverdientijd van 5 tot 8 jaar t.o.v. een gewone luchtwater warmtepomp. In geval van grotere functies als zorgtehuizen en scholen, wordt ook weer een verbetering waargenomen, met als resultaat een interval van 2 tot 3 jaar. Een ELWP voor zowel ruimteverwarming als sanitair warm water gebruiken, brengt geen noemenswaardige verbeteringen aan. In al deze scenario's werden vaste ventilatiedebieten gebruikt. Indien men in de woning over vraaggestuurde ventilatie beschikt, stijgen de terugverdientijden drastisch. Enkel voor ruimteverwarming lijkt het systeem dan soms nog haalbaar, met een terugverdientijd van 6 jaar tot de levensduur. Men kan dus stellen dat de ELWP voor ruimteverwarming (meestal) een goede investering is, maar dat men zich voor sanitair warm water toch beter een gasboiler aanschaft. TREFWOORDEN:

warmtepompboiler, recuperatie extractielucht, metingen, simulaties, verbruiksprofielen

Economical analysis of the exhaust air heat pump and demand controlled ventilation in well insulated buildings. Alexander De Cuyper Supervisors: Arnold Janssens, Michel De Paepe, Jelle Laverge Abstract This paper presents the results of an economical feasibility research concentrated on the exhaust air heat pump or EAHP, a device designed to recover (part) of the energy losses caused by a mechanical exhaust ventilation system. The aim is to determine the payback time relative to other systems such as the electric or gas water heater for domestic hot water or the air-to-water heat pump for space heating in single family dwellings, nursery homes and schools. In order to achieve a realistic estimation, simulations in the TRNSYS-software package are combined with measurements on installed EAHP's in single family houses. Keywords Exhaust air heat pump, ventilation air recovery, simulation, in situ testing, consumption profiles

I. INTRODUCTION Due to the increasing air tightness of modern day buildings, ventilation has become a necessity in order to maintain an acceptable level of indoor air quality. This however leads to substantial energy losses. When using a balanced mechanical ventilation system, this energy can easily be recovered by using an air-to-air heat exchanger. With mechanical exhaust ventilation, this method is not an option since there is no practical way to bring incoming and outgoing airflows together. The absence of canals for the incoming airflow can however be useful in certain situations, such as the renovation buildings. As a solution for the high energy losses associated with this system, a exhaust air heat pump or EAHP could be installed. This device uses the heat present in the outgoing air flow to deliver hot water for space heating or sanitary use. It is the scope of this research to investigate the feasibility of this system. First, the energy savings the system causes are investigated. These are measured in single family houses and simulated by the TRNSYS simulation software for single family houses, nursery homes and school. These last two function are studied more concisely since their goal is primarily to show if larger scaled functions can offer certain advantages. The reference for the savings is an electric or gas powered storage tank for domestic hot water and an air-to-water

heat pump for space heating. Different scenarios are investigated, such as using only indoor air or mixing it with outdoor air in order to achieve a greater capacity. After determining the energy savings, the economical profitability is calculated, formed by the costs of the investment and the savings when using the EAHP. These factors determine the payback time for the installation. II. ENERGY SAVINGS RESULTS FOR MEASUREMENTS The first step in the research consists of measurements, performed on two EAHP's in single family houses. The device used only indoor air to heat domestic hot water. During a couple of weeks, the energy usage was monitored. As a reference, the EAHP was turned off during a part of this period. In this mode, only an electric heater would supply the required energy. By doing this, the Seasonal Performance Factor or SPF for the heat pump could be determined by comparing the different periods. Measurements in the first house, in Tongeren, Belgium, delivered little promising results with an SPF of only 1,6 or 37,5% energy savings. The heat pump operated at a water temperature of 62°C. In order to compensate for the energy costs for generating the electricity, the SPF should at least be 2,5 and the savings 60%. The results of the measurement however should be handled carefully, since a comparison of the usage profiles for the different periods showed that there was less use of domestic hot water when the heat pump was turned off. This was probably caused by the awareness of the inhabitants that a mode with higher energy consumption was active. To prevent this situation from happening again, the inhabitants of the second house, in Maldegem, Belgium, were not informed about the settings of the EAHP. Here, different water operating temperatures for the heat pump were also measured. In the case of a lower working temperature, an internal electric heater would provide the supplementary energy to heat the water to 60°C. The results showed that the best setting with the highest savings is achieved by letting the heat pump operate at 62°C so that the electric heater can

be ignored. In this case, the SPF reached a value of 2,19, corresponding with 54,3% energy savings. This is better than in the house in Tongeren, but still not good enough. Measuring the air temperature right before and after the heat pump showed the average decrease was 8 to 9°C. Since only indoor air is used, this number could theoretically be lifted higher, causing a better performance.

Another important parameter is the Coefficient of Performance for the heat pump. Data supplied by different manufacturers was used and corrected with values from testing [2]. The resulting COP is shown in Figure 3. 8.00

Twater (°C)

7.00 6.00

III. ENERGY SAVINGS RESULTS FOR TRNSYSSIMULATIONS

35

5.00

40

4.00

45

3.00

A. Simulation model In order to investigate the use of the EAHP in a wide variety of situations, simulations in the TRNSYSsoftware package were performed. In order to achieve realistic results, a number of parameters were studied first. An important input for dwellings is the domestic hot water usage profile. Since the aim was a realistic outcome, no peak-profiles were used. These tend to overestimate the water use so that a large enough water tank could be installed. Instead, another set of measurements was performed on 12 electric boiler tanks in single family houses. Out of these, the profile with the highest correlation to the average was used. The daily domestic hot water demand at 60°C was 79 litres. A typical day is shown in Figure 1. The two most extreme profiles, with 30 and 135 litres a day, are also used in the simulations. These help establish a realistic scope. For nursery homes, a profile extracted from other research [1] was used, shown in Figure 2. The daily use is 5950 litres. The sanitary hot water demand for the school is considered to be negligible. 50

Litres

40 30 20 10 0

Figure 1 Daily sanitary hot water use in a single family house. 1200

Litres

1000 800

600 400

2.00

50

1.00

55

0.00 -10

0

10

Tair (°C)

20

30

Figure 3: COP for the heat pump.

With these parameters, a TRNSYS-model could be constructed. For the buildings, different approaches were used. The nursing home and the school were modeled by calculating the heat losses due to heat transmission, ventilation and infiltration, dependant on only the varying outdoor air temperature and simplified internal heat gains. Indoor temperatures were fixed on 23 and 21°C, respectively. For the school, an occupancy pattern based on typical school hours was used. The nursing home was continuously occupied. For the single family house, a more detailed approach was used. A TRNBuild-model was imported out of other research [3]. This model provides a more exact heating demand and indoor air temperature. This indoor temperature is important for the EAHP since it is the source for its energy. For nursing homes and schools, fixed ventilation flow were used. In dwellings, fixed and demand controlled ventilation profiles were investigated. The demand controlled or DC profile was extracted as the one with the best correlation to 100 profiles out of other research [4]. Different types of sensors were used, including CO2-, RH- and presencecontrol. The occupancy pattern was extracted from this demand controlled ventilation profile. The fixed air flows in the house, the nursing home and the school, are 178, 13617 and 31588 m³/h, respectively. All buildings are well insulated with annual heating demands of 9273, 888911 and 191574 kWh, respectively. The heating demand for the school is but a fraction of the one for the nursing home because the school isn't continuously occupied.

200 0

Figure 2 Daily sanitary hot water use in a nursing home.

Since no accurate model was available in the TRNSYSlibrary, a heat pump was modeled by defining the recovered energy as the product of the mass, the heat capacity and the realized decrease or increase in

temperature. The decrease in air temperature was fixed on 11,23°C, with an exception for the situation where only indoor air is used and a decrease of up to 15°C is allowed. Combined with the variable air flow over the heat pump, variable power is delivered to the water stream. This stream is heated to the requested temperature. For space heating in dwellings and nursing homes this is 40°C, for schools 45°C. This last function has a higher heating demand due to the amount of required ventilation. When the EHAP is used for sanitary hot water, the standard temperature is 62°C. Temperatures of 45, 50 and 55°C are also looked into because these can cause a higher COP. An internal electric heater is used to supplementary heat the tank to 60°C. The hot water flow from the heat pump transfers its energy to a hot water storage tank through an internal heat exchanger. At the end, the water flows out of the heat exchanger and back to the heat pump at lower temperature. Tanks are used for sanitary hot water and for space heating. The TRNSYS-library has a standard model that can accomodate this, the 'type 60d Detailed Fluid Storage Tank', which also calculates the internal temperature gradient for the tank. In the case of the sanitary hot water tank, water is extracted when there is a demand and the tank is filled with fresh city water, at low temperature. Water inside the tank is heated to 60°C. For space heating, another tank is used. Here, the water is sent into the central heating system when there is a heating demand and returns at a slightly lower temperature. Water in the tank is heated to 35°C, and for schools to 40°C. With this model, a number of situations can be simulated. B. Simulation results When the EAHP is used in dwellings for domestic hot water, the best results are achieved when the device works only with indoor air and at a temperature of 62°C, without assistance from the electric heat exchanger. Since the air flow is limited, the delivered power is so as well. To insure a continuous supply, the tank is quite large, with a content of 300 litres. For the different usage profiles, the savings with reference to an electric boiler amount to 56 to 62%. When used with DC ventilation, mixing with outdoor air is necessary and the figure drops to about 20%. Use of the EAHP for space heating in dwellings gives savings of 11% opposed to an air-to-water heat pump. Here the mix with outdoor air is also made since the required power is too high. With DC ventilation, this figure drops to about 6%. These relative figures for space heating seem quite low, but in absolute terms they are higher than the domestic hot water savings since the demand for space heating is much greater. Keeping in mind that for this house the total energy demand consists of about 15% for domestic hot water and 85% for space heating, these results seem to confirm earlier research [5],

which showed that the total amount of consumed energy for space heating and domestic hot water could be reduced by 9 to 21% by using an EAHP for space heating or domestic hot water. For the house, a last simulation focused on using the EAHP for space heating and secondary for domestic hot water when there is no space heating demand. Compared to the EAHP for space heating alone, this delivers additional energy savings of 12%. In nursing homes and schools, the EAHP shows better results for space heating. Here, savings of up to 24% are achieved in reference to an air-to-water heat pump. The cause for this is good correlation between ventilation and heating demand due to the continuous or programmed occupation. Analysis shows that the air mixture The EAHP for sanitary hot water shows with maximum savings of 65% about the same results as the system in dwellings. Because of the good usage of the exhaust air for space heating, it seems to have little use to combine this with sanitary hot water as was done in dwellings. The supplementary savings are indeed limited to 3%. IV. ECONOMICAL ANALYSIS A. Parameters In order to achieve a realistic estimate for the payback period, different parameters are implemented. A study of the Belgian market shows that an EAHP for domestic hot water costs about €3200. When used in dwellings for space heating, the cost is calculated by raising these for normal air-to-water heat pumps with a sum of €500 to accommodate for the extra canals and such. Costs for airto-water heat pumps were extracted from other research [6]. Since these are available for different sizes, they were used to extrapolate the cost for the EAHP to larger functions. The air-to-water heat pump itself costs €9900 for the house, €92000 for the nursing home and €120000 for the school. Not only the investment costs are important, the energy costs also have a large impact on the profitability. Prices of €0,269/kWh for electricity and €0,099/kWh for gas were used in dwellings. For nursing homes and schools, the prices were slightly lower, with €0,217/kWh for electricity and €0,065/kWh for gas. These prices don't stay constant, but they evolve. In order to properly reflect economic reality in this research, yearly price evolutions of 0%, 2,34% (equals inflation) and 9% were taken into account. This future perspective also needs to be applied to the investment costs. Since the money is spent, no interests are generated on a bank account. To incorporate this, the investment cost is increased each year by 1%, 3%

or 6%. The combination of these parameters can lead to an optimistic, a neutral and a pessimistic scenario for the payback period. This time interval was calculated with a gas heated boiler or an electric boiler as a reference for the EAHP for sanitary hot water. For gas, an efficiency of 90% was considered, and for electricity 100%. For the EAHP for space heating, the reference was an air-to-water heat pump. The payback period is defined as the moment in time when the total costs, consumption and evolutions included for the EAHP becomes lower than these for the reference scenario. B. Payback period Different results for the payback period, based on the simulation results, are shown in Figures 4 and 5. The combined use of the EAHP for sanitary hot water and space heating isn't displayed, since this didn't seem to have an advantage cost wise over use for space heating alone. In the figures, the black interval indicates the pessimistic to optimistic payback period. The dark grey ring in the middle indicates the most likely one. Light grey colored expansions show the influence of other domestic hot water profiles. Since 20 years is the realistic lifetime of the EAHP, the payback period should be shorter.

Dwelling <> Electr.

payback period here. When using the device with DC ventilation, the payback period rises drastically and the device usually isn't profitable. Results for use with space heating are much better and seem to be positive even in the case of DC ventilation. This seems so confirm market trends in Sweden [7], where the EAHP has almost completely taken over the market share of the air-to-water heat pump. For all results, the EAHP also shows a better performance when used in large scaled functions. This isn't only a consequence of the better correlation between ventilation and energy demand, but it is also caused by the fact that investment costs in these functions are small compared to the yearly consumption. IV. CONCLUSION The EAHP primarily seems to be a good investment when replacing a normal air-to-water heat pump for space heating. Results when using it for sanitary hot water are moderate to good compared to an electric boiler, but when replacing a gas heated boiler, the system shows little profitability. Measurements on installed systems showed a poor performance opposed to electric boilers as well. When different sized functions are considered, the bigger the function or building is, the shorter the payback period appears to be.

Dwelling DC <> Electr.

ACKNOWLEDGEMENTS

Nursing <> Electr.

The author would like to acknowledge the suggestions of the supervisors for this paper and the many manufacturers who provided information and counsel.

Dwelling <> Gas Dwelling DC <> Gas

REFERENCES

Nursing <> Gas

0

5

10

15

20

[1]

Years

Figure 4: Payback period EAHP for sanitary hot water.

[2]

Dwelling <> HP [3]

Dwelling DC <> HP Nursing <> HP School <> HP

[4]

0

5

10

15

20

Years

[5]

Figure 5: Payback Period EAHP for space heating.

The figures show that when used for sanitary hot water, the EAHP is only profitable when replacing an electric heater. Gas prices are so low compared to electricity that a gas heated boiler is usually the best investment. Only the optimistic estimation seams to generate a reasonable

[6] [7]

Van der Leun, C.J., Warmtapwaterverbruik in de dienstensector: Deelrapport IV: Bejaardentehuizen. NOVEM, 1992. De Cock, O. and D. Dhaeze, Technische haalbaarheid van een warmtepomp en vraaggestuurde ventilatie in lageenergiegebouwen. Universiteit Gent, Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding, 2012. Vande Kerckhove, B., Zomercomfort in passief-huizen: gevoeligheidsanalyse aan de hand van multi-zone energiesimulaties. Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2011. Laverge, J., et al., Energy saving potential and repercussions on indoor air quality of demand controlled residential ventilation strategies. Building and Environment, 2011. 46(7): p. 1497-1503. Hekmat, D., H.E. Feustel, and M.P. Modera, Impacts of Ventilation Strategies on Energy-Consumption and Indoor AirQuality in Single-Family Residences. Energy and Buildings, 1986. 9(3): p. 239-251. Strobbe, T., Studie warmtepomp (stageverslag). Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2010. Berntsson, T., Heat sources - technology, economy and environment. International Journal of Refrigeration-Revue Internationale Du Froid, 2002. 25(4): p. 428-438.

INHOUDSOPGAVE 1

2

Inleiding ......................................................................................................................... 1 1.1

Situering .................................................................................................................. 1

1.2

Onderzoek ............................................................................................................... 1

1.3

Methodologie .......................................................................................................... 2

Literatuurstudie ............................................................................................................. 3 2.1

Relevante parameters voor hedendaagse gebouwen ............................................... 3

2.1.1

Energiezuinigheid ............................................................................................. 3

2.1.2

Binnenluchtkwaliteit ......................................................................................... 3

2.1.3

Verwarmingsvraag ........................................................................................... 4

2.1.4

Sanitair warm water verbruik ........................................................................... 5

2.2

Performantie van mechanische ventilatie ................................................................ 9

2.2.1

Algemeen ......................................................................................................... 9

2.2.2

Ventilatieverliezen ............................................................................................ 9

2.3 Toepassing van warmteterugwinning bij ventilatie met een warmtepomp op extractielucht ................................................................................................................... 12 2.3.1

Situering ......................................................................................................... 12

2.3.2

Te benutten energie ........................................................................................ 13

2.3.3

Gebruik van de gerecupereerde energie .......................................................... 14

2.3.4

Te realiseren rendement ................................................................................. 16

2.3.5

Ecologische overwegingen .............................................................................. 23

2.4

2.4.1

Nood aan vraagsturing ................................................................................... 24

2.4.2

Systemen voor vraagsturing en hun invloed op het energieverbruik ................ 25

2.4.3

Luchtkwaliteit versus warmtewinsten ............................................................. 29

2.5

Economische aspecten........................................................................................... 30

2.5.1

Op de markt beschikbare ELWP's .................................................................... 30

2.5.2

Subsidies voor de ELWP................................................................................... 32

2.5.3

Analytische tools voor een rendabiliteitsanalyse ............................................. 33

2.6 3

Optimalisatie door vraagsturing ............................................................................. 24

Situering onderzoek ............................................................................................... 34

Metingen ...................................................................................................................... 36

4

3.1

Methodologie ........................................................................................................ 36

3.2

Metingen in situ ..................................................................................................... 37

3.2.1

Woning Tongeren ........................................................................................... 37

3.2.2

Woning Maldegem ......................................................................................... 39

TRNSYS-simulatie ......................................................................................................... 42 4.1

Introductie ............................................................................................................. 42

4.2

Evaluatie van de invoerparameters ........................................................................ 42

4.2.1

Gebouwen ...................................................................................................... 42

4.2.2

Ventilatie ........................................................................................................ 43

4.2.3

Vraag naar sanitair warm water ..................................................................... 44

4.2.4

Temperatuursverloop van de binnenlucht ....................................................... 49

4.2.5

Vraag naar ruimteverwarming........................................................................ 49

4.2.6

Temperatuursverloop van het stadswater ....................................................... 50

4.2.7

COP-verloop voor de warmtepomp ................................................................. 51

4.3

4.3.1

Scenario's ....................................................................................................... 53

4.3.2

Opbouw van het TRNSYS-model ...................................................................... 56

4.4

5

Scenario's en opbouw van het model .................................................................... 53

Resultaten van de simulatie ................................................................................... 61

4.4.1

Weergavekarakteristieken voor de resultaten ................................................. 61

4.4.2

Resultaten voor woningen .............................................................................. 61

4.4.3

Resultaten voor zorgtehuizen.......................................................................... 71

4.4.4

Resultaten voor scholen .................................................................................. 75

4.4.5

Vergelijkende analyse resultaten .................................................................... 76

4.4.6

Overzicht van de resultaten voor verdere analyse ........................................... 79

Economische analyse van de resultaten ...................................................................... 80 5.1

Parameters voor de economische analyse ............................................................. 80

5.1.1

Kostprijzen voor de verschillende opstellingen ................................................ 80

5.1.2

Energieprijzen ................................................................................................. 81

5.1.3

Evolutie van de energieprijzen ........................................................................ 82

5.1.4

Rente .............................................................................................................. 83

5.2

Economische rendabiliteit...................................................................................... 83

5.2.1

Werkwijze ....................................................................................................... 83

6

5.2.2

Analyse voor woningen ................................................................................... 85

5.2.3

Analyse voor zorgtehuizen .............................................................................. 88

5.2.4

Analyse voor scholen....................................................................................... 90

5.2.5

Vergelijkende analyse ..................................................................................... 91

Conclusie ...................................................................................................................... 95

Bijlagen ............................................................................................................................... 98 Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik................................................... 99 Bijlage B: Plannen van de gebouwen ........................................................................... 124 Bijlage C: Ventilatievereisten en warmteverliezen ....................................................... 125 Bijlage D: Resultaten formule COP .............................................................................. 132 Bijlage E: Opstelling in de TRNSYS Simulation Studio ................................................... 133 Bijlage F: Investeringskosten en verbruik ..................................................................... 134 Bijlage G: Referentiesystemen voor de COP ................................................................. 136 Bijlage H: Technische fiche vloerverwarmingsnet ........................................................ 138 Bijlage I: Technische fiches warmtepompboilers.......................................................... 139 Bibliografie ........................................................................................................................ 161

NOMENCLATUUR Afkortingen CFK

Chloorfluorkoolstofverbinding

COP

Coefficient of performance

EPB

Energieprestatie en Binnenklimaat

ELWP

Extractielucht warmtepomp

EW

Elektrische weerstand

i

(achtervoegsel) Werking op enkel binnenlucht

IEA

International Energy Agency

LCA

Levenscyclusanalyse

NPV

Net present value

PER

Primary energy ratio

RH

Relative Humidity

RVW of R

Ruimteverwarming

SFP

Specific fan power

SWW of S

Sanitair warm water

VA

Vast ventilatiedebiet

VR

Vraaggestuurd ventilatiedebiet

WP

Warmtepomp

Symbolen A

m²

Oppervlakte

c

J/(kg*K)

Soortelijke warmte

C

€

Energieprijs

e

-

Jaarlijks groeipercentage energieprijzen

E

kWh

Jaarlijks energetisch verbruik

I

€

Investeringskost

K

€

Totale kosten

m

kg

Massa

n

1/h

Infiltratie- en/of ventilatievoud

n50

1/h

Aantal wisselingen per uur van het interne luchtvolume van een gebouw bij een drukverschil van 50 Pa

P

W

Vermogen

Q

J

Energie

r

-

Jaarlijkse rente

t

-

Verdisconteringsfactor

U

W/(m²*K)

Warmtedoorgangscoëfficiënt

Um

W/(m²*K)

Globale warmtedoorgangscoëfficiënt

V

m³

Volume

X

€

Oorspronkelijke waarde

Y

€

Waarde met opgenomen rente

°C

Buitenluchttemperatuur

°C

Binnenluchttemperatuur

°C of K

Temperatuursverschil

W

Warmteverliezen

1 Inleiding 1.1 Situering Woningen vandaag worden steeds beter geïsoleerd en luchtdichter om ze te kunnen afschermen van de weersinvloeden. Deze luchtdichtheid brengt echter de natuurlijke ventilatie van de woning in het gedrang, waardoor de nood naar mechanisch ventileren ontstaat. Hierbij wordt de vervuilde binnenlucht afgezogen en wordt er verse buitenlucht binnengebracht. Deze methode brengt echter het nadeel met zich mee dat een deel van de opgewarmde lucht verwijderd wordt. De lucht die binnengebracht wordt is namelijk koud en moet opnieuw verwarmd worden. Aldus krijgt men belangrijke warmteverliezen. Bij een balansventilatiesysteem of systeem D heeft men dit eenvoudig opgelost. Aangezien zowel de inkomende als de afgevoerde lucht door kanalen getransporteerd wordt, laat men deze kort kruisen zodat in een warmtewisselaar de warmte van de afvoerlucht naar de inkomende lucht overgedragen wordt. Zo kunnen de verliezen sterk beperkt worden. Het andere mechanisch ventilatiesysteem, het systeem C, beschikt echter enkel over kanalen voor de afvoer. Aanvoer gebeurt via roosters in de ramen die de (koude) verse lucht rechtstreeks de ruimte in sturen. Een warmtewisselaar tussen aan- en afvoer plaatsen is dus niet mogelijk. Hierdoor gaat het systeem C met aanzienlijke verliezen gepaard, waardoor dit in België bijvoorbeeld niet in passiefwoningen toegepast mag worden. Nochtans kent dit systeem een aantal voordelen. Zo kan het gebrek aan toevoerkanalen in bepaalde situaties zeer handig zijn. Dit is bijvoorbeeld het geval bij een renovatie. Hierbij is het namelijk niet eenvoudig alle nodige kanalen in de bestaande muren te verwerken. De ramen worden echter meestal wel vervangen, wat de plaatsing van toevoerroosters en een systeem C eenvoudiger maakt. Ook bij staalbouw waar men de constructie zichtbaar wenst te laten en alle technieken in opbouw moeten gebeuren is dit het geval. Vanuit esthetisch oogpunt zal men dan snel tot een systeem C overgaan. De afvoerventilatie kent bovendien nog bijkomende voordelen ten opzichte van balansventilatie, zoals het gebrek aan filters. Bij een systeem D moeten deze halfjaarlijks vervangen worden, terwijl dit bij een systeem C niet nodig is. Zowel vanuit gebruiksgemak als vanuit de kostenbesparing kan men hier een voordeel in zien. Het kan dus zeker nuttig zijn om ook van het systeem C een volwaardig toepasbaar ventilatiesysteem te maken, maar hiervoor moet men de warmteverliezen beperken. Dit is mogelijk door een warmtepomp op de extractielucht aan te sluiten. Deze kan de warmte uit de lucht trekken en die vervolgens aanwenden om water mee op te warmen. Dit water kan dan aangewend worden als sanitair warm water of om de ruimte opnieuw mee te verwarmen. Op deze manier zou men dus mogelijk de verliezen kunnen beperken.

1.2 Onderzoek Het doel van deze paper is dus te onderzoeken of de extractielucht warmtepomp of ELWP toegepast op het systeem C haalbaar is. Dit toestel wordt vaak als 'warmtepompboiler' benoemd, maar in wat volgt zal voornamelijk 'ELWP' gebruikt worden daar dit een meer algemene benaming is. De haalbaarheid zal voornamelijk als een economische rendabiliteit uitgewerkt worden. Het is met andere woorden de bedoeling na te gaan of de opbrengsten de kosten van het systeem

1

verantwoorden. Een analyse van de technische haalbaarheid werd simultaan uitgevoerd in een onderzoek van Olivier De Cock en Dieter Dhaeze [1]. Voor meer informatie daarover wordt de lezer dan ook naar dat onderzoek doorverwezen. In deze analyse wordt uitgegaan van gebouwen met vrij lage warmteverliezen, met name lage energiegebouwen. In eerste instantie moet men namelijk steeds de verliezen op passieve wijze aanpakken, door bijvoorbeeld meer te isoleren. Pas daarna komen de technieken in beeld. Dit onderzoek spitst zich toe op deze laatste door na te gaan hoeveel men kan besparen door de ELWP in te zetten voor het opwarmen van sanitair warm water en/of het verwarmen van de ruimtes. Deze opties worden afzonderlijk en samen onderzocht om te bepalen welke combinatie het grootste voordeel oplevert. Er zal voornamelijk warmte in de ventilatielucht aanwezig zijn op het moment dat er zich personen in de ruimte bevinden. Wanneer de ruimte verwarmd moet worden, kan men de energie uit de lucht hier onmiddellijk en continu voor gebruiken. Hoewel de vraag naar sanitair warm water minder constant is, biedt deze dan weer het voordeel dat men ook buiten het stookseizoen van de warmteterugwinning gebruikmaken. Dit onderzoek moet dus uitwijzen wat de meest optimale aanwending van de gerecupereerde warmte is. Het profiel van recupereren en aanwenden van de warmte wordt echter ook door andere parameters beïnvloed. Een eengezinswoning zal typisch een vrij grillig bezettings- en verbruiksprofiel vertonen. Hierdoor zal de gerecupereerde warmte niet steeds optimaal ingezet kunnen worden. Grotere functies kunnen hier een schaalvoordeel bieden. Door de omvang zal er namelijk steeds vraag en aanbod beschikbaar zijn. Het onderzoek focust zich in de eerste plaats op woningen, maar daarnaast zullen ook scholen en zorgtehuizen bondig onderzocht worden om de invloed van dit schaalvoordeel in kaart te brengen. Op deze manier wordt getracht een zo volledig mogelijk beeld te schetsen.

1.3 Methodologie In het onderzoek wordt gebruik gemaakt van zowel simulaties in een computerprogramma als van metingen op gerealiseerde opstellingen. Een meting staat namelijk nauw in verband met de realiteit, maar hierbij is het niet steeds mogelijk alle parameters naar wensen te laten variëren. Software biedt deze mogelijkheden dan weer wel maar een toetsing aan de realiteit is wenselijk. De methodes vullen elkaar dus aan en worden daarom beide toegepast. Om eerst een duidelijk beeld over het systeem te krijgen, wordt in een literatuurstudie onderzoek gedaan naar de resultaten uit verschillende studies betreffende ELWP's. Om de problematiek beter te kunnen plaatsen wordt ook kort ingegaan op de verliezen die ontstaan bij ventileren, zowel continu als vraaggestuurd. Ook de verschillende parameters die de warmteterugwinning kunnen beïnvloeden komen aan bod vermits deze cruciaal zijn in een simulatie. Vervolgens worden de metingen in situ besproken. Deze werden door de auteur op twee woningen met ELWP uitgevoerd. Daarnaast vonden simulaties in het computerprogramma TRNSYS plaats. Door middel van een analyse van de verschillende parameters uit de literatuurstudie en enkele aanvullende metingen om het sanitair warm waterverbruik van gezinnen in kaart te brengen is getracht deze zo goed mogelijk aan de realiteit te laten beantwoorden. Met de resultaten uit de metingen en de simulaties wordt ten slotte een economische analyse uitgevoerd. Deze gaat de rendabiliteit van het systeem na, rekening houdend met actuele prijzen en prijsevoluties.

2

2 Literatuurstudie 2.1 Relevante parameters voor hedendaagse gebouwen 2.1.1 Energiezuinigheid In de regelgeving worden verschillende parameters gebruikt om de energiezuinigheid van een gebouw mee aan te duiden en te begrenzen [2]. De meest bekende grootheid, het E-peil, geeft de energieprestatie van een gebouw met de vaste installaties weer in standaardomstandigheden. Hoe lager het E-peil is, hoe minder energie het gebouw verbruikt. De waarde hangt af van allerlei factoren als compactheid, isolatie, luchtdichtheid, ventilatie, verwarming... Voor nieuwe woongebouwen, scholen en kantoren wordt vanaf 2012 een maximaal E-peil van E70 gedefinieerd. Belangrijk bij de berekening is dat het E-peil per wooneenheid bekeken wordt en dus niet altijd het hele gebouw in rekening brengt. Een andere grootheid, het K-peil, doet dit wel. Deze is afhankelijk van de warmteisolatie, dus de U-waardes, en de compactheid van het gebouw. Het K-peil wordt vanaf 2012 begrensd tot K40 voor woongebouwen, scholen en kantoren. De overeenkomstige energievraag voor ruimteconditionering mag dan maximaal 70 kWh/m² bedragen. Afhankelijk van het verbruik komt men in een nieuwe energiezuinige bouwcategorie terecht met bijhorende subsidies, zoals de lage energiewoning met een maximaal verbruik voor verwarming (en koeling) van 30 kWh/m². Dit komt neer op een E-peil lager dan E40 en een K-peil lager dan K25. De volgende stap, de passiefwoning, vereist al een maximaal verbruik van 15 kWh/m². Belangrijk hierbij is dat de passiefnorm volgens Belgische wetgeving slechts bereikt kan worden met een ventilatiesysteem D. Dit laatste heeft naar warmteverliezen toe dan ook een beter rendement dan het C systeem (zie paragraaf 2.2). Toepassing van de warmtepomp op extractielucht of ELWP bij het ventilatiesysteem C zou hier verandering in kunnen brengen, maar aangezien de techniek vrij nieuw is, wordt deze (nog) niet aanvaard voor de passiefstandaard. Het rendement van een ELWP zal in wat volgt dan ook voornamelijk in lageenergiegebouwen onderzocht worden.

2.1.2 Binnenluchtkwaliteit Door de toenemende luchtdichtheid van woningen is het belangrijk te ventileren om de luchtkwaliteit binnenin op peil te houden. Volgens de Europese norm [3] wordt deze gedefinieerd aan de hand van het gehalte CO2 in de binnenlucht. Op basis hiervan werden vier klassen naar Indoor Air Quality of IDA-klassen opgesteld, die refereren naar het concentratieverschil in CO2 tussen binnen en buiten. Dit is weergegeven in Tabel 1. Om een voldoende lage concentratie en dus een voldoende hoge luchtkwaliteit te bekomen is het nodig te ventileren. Er werden dan ook minimale debieten opgesteld die gevolgd dienen te worden bij dimensionering van de ventilatie. Het is op basis van het doorgestuurde debiet aan warme lucht dat de warmtepomp een al dan niet hoog rendement zal halen, dus dit is cruciaal bij de analyse ervan. Het absolute minimumdebiet voor een aanvaardbare luchtkwaliteit in ruimtes bestemd voor menselijke bezetting is de ondergrens van klasse 3, namelijk 22 m3/h per persoon. Voor toepassing in bijvoorbeeld klaslokalen van scholen of in kantoren kan dergelijke waarde gehanteerd worden. Indien de ruimtes niet bestemd zijn voor menselijke

3

bezetting, is een minimumdebiet van 1,3 m3/h vereist. Als het om toiletten gaat, dient dit verhoogd te worden tot 25 m3/h per toilet. Voor woningen werden bovendien bijkomende minimumeisen gedefinieerd voor de verschillende ruimtes, zoals weergegeven in Tabel 2. In permanente verblijven zoals zorgtehuizen kan de algemene waarde van 3,6 m3/h/m2 gebruikt worden. Voor de kamers in zorgtehuizen wordt een waarde vooropgesteld die aansluit bij het minimaal debiet voor een leefruimte, namelijk 75 m³/h [4]. Het spreekt voor zich dat het benodigde ventilatievoud bij functies met een grote bezettingsgraad als scholen veel groter zal zijn dan in bijvoorbeeld woningen. De binnenlucht die over de warmtepomp gestuurd wordt, en hiermee het rendement, zal dus heel wat verschillen van de ene tot de andere functie. Binnenluchtkwaliteits- CO2-concentratieverschil tussen klasse binnen en buiten IDA 1 < 400 ppm IDA 2 400 – 600 ppm IDA 3 600 – 1000 ppm IDA 4 > 1000 ppm Tabel 1: Eisen voor luchtkwaliteit en ventilatiedebieten [5]. Ruimte

TOEVOER

Woonkamer Slaapkamer Studeerkamer Speelkamer

Algemene regel debiet

Vereiste debieten per persoon (niet-rokers) > 54 m3/h 36 – 54 m3/h 22 – 36 m3/h < 22 m3/h

Minimaal debiet

75 m3/h 3,6 m3/h per m2

25 m3/h

Keuken Badkamer 50 m3/h Was-, droogplaats 3,6 m3/h per m2 AFVOER en analoge Open keuken 75 m3/h WC 25 m3/h Tabel 2: Eisen voor luchtdebieten bij residentiële toepassingen [5].

Debiet mag beperkt worden tot 150 m3/h 72 m3/h

75 m3/h

-

2.1.3 Verwarmingsvraag 2.1.3.1

Binnencomfort

Wanneer men de verwarmingsbehoefte van een gebouw wenst te kennen, is het belangrijk te weten wat een comfortabele temperatuur voor het binnenklimaat is [5]. Hoewel dit niet altijd een absolute eis is, is het raadzaam hier rekening mee te houden vermits anders bij veel gebruikers klachten zullen te horen zijn. In de winter dient de binnentemperatuur minimaal 20 à 21°C te zijn, met een overeenkomstige relatieve vochtigheid van minimaal 30%. Aangezien het in de zomer buiten warmer is er dus een zekere gewenning aan de warmte optreedt, mag de binnentemperatuur tot 26°C oplopen, met een relatieve vochtigheid van maximaal 70%. De vereiste temperaturen variëren echter ook met de functie. Een persoon die in rust is of licht gekleed gaat zal de temperatuur al gauw als lager ervaren dan iemand die constant bezig is. Aangezien senioren bedlegerig kunnen zijn, is het

4

wenselijk de binnentemperatuur enkele graden hoger te nemen. Ook het VIPA1 raadt aan de temperatuur wat hoger te nemen, op 23°C [6].

2.1.3.2

Warmteverliezen

Om de warmteverliezen te berekenen, kan gebruikt gemaakt worden van formule (1) [5]. De vergelijking bestaat uit twee termen. De eerste term geeft de transmissieverliezen doorheen de gebouwschil weer, de tweede de ventilatie- en infiltratieverliezen. (1) Met:

Φ = warmteverliezen [W] Um = gemiddelde warmtedoorgangscoëfficiënt [W/(m²*K)] A = verliesoppervlak [m²] n = ventilatievoud + infiltratievoud [1/h] V = verplaatst volume [m3] θi = binnentemperatuur [°C] θe = buitentemperatuur [°C]

2.1.4 Sanitair warm water verbruik 2.1.4.1

Algemeen

Sanitair warm water heeft gemiddeld een impact van slechts 14% op het totale energieverbruik [7, 8]. Aangezien gebouwen echter steeds energiezuiniger worden, stijgt dit relatieve aandeel continu. Ook hier wordt duurzame opwekking dus steeds belangrijker. Om het sanitair warm water verbruik in kaart te brengen, is het nodig zowel de totale vraag op een dag te kennen als de spreiding in de vraag. De totale vraag dient hierbij uitgedrukt te worden ten opzichte van een referentietemperatuur om een algemeen beeld te krijgen. Doordat met een verbruik in liter gewerkt wordt, moet dit nog omgezet worden naar een warmteverbruik. Dit kan via formule (2) [9]. Het temperatuursverschil geeft de opwarming van het koude stadswater naar de referentietemperatuur waarbij gemeten is weer. De inkomende temperatuur van het stadswater is afhankelijk van de buitentemperatuur. De variatie ervan doorheen het jaar wordt weergegeven in Figuur 1. In de meeste berekeningen hanteert men een iets meer pessimistische waarde van 10°C om tot een voldoende dimensionering van het systeem te komen [10]. (2) Met:

Q = energie [J] m = massa van de behandelde stof [kg] c = soortelijke warmte [J/(kg*K)] (water: c = 4186 J/(kg*K)) ∆θ = gerealiseerd temperatuursverschil over de behandelde stof [K]

1

Het VIPA of Vlaams Infrastructuurfonds voor Persoonsgebonden Aangelegenheden verleent financiële steun aan welzijns- en gezondheidsvoorzieningen wanneer deze infrastructuurwerken wensen uit te voeren.

5

Figuur 1: De stadswatertemperatuur in functie van de luchttemperatuur. Opgenomen uit [8]. Zowel de totale vraag als de spreiding ervan over een dag kan sterk variëren tussen verschillende functies, gezinssamenstellingen en gedragswijzen. In simulaties zullen evenwel vaste waarden gehanteerd worden die voor een bepaalde functie als representatief kunnen dienen. Aangezien verschillende onderzoeken tot zeer uiteenlopende waarden kunnen leiden, is het noodzakelijk het meest representatieve profiel te zoeken. Het kiezen van de juiste waarde is belangrijk, want het verbruikspatroon bepaalt in zekere zin het rendement van de installatie. Een onderzoek [11] toonde aan dat dagelijkse variaties in de vraag een verwaarloosbare invloed hebben op de prestatie van een warmtepomp. Andere studies [12-14] halen echter wel degelijk de sterke impact ervan aan. Verder onderzoek lijkt hier dus noodzakelijk. Bij de bereiding van sanitair warm water moet steeds een zekere temperatuur op peil gehouden worden. In de eerste plaats is dit door het gevaar op legionella. Deze bacterie moet te allen tijde vermeden worden aangezien deze ziekteverschijnselen en soms de dood tot gevolg heeft bij menselijke slachtoffers. De bacterie kan voorkomen in water van 20 tot 50°C. Om dit te vermijden, is het dan ook belangrijk het water hoger dan 60°C te verwarmen [15]. Om dit te behouden moet het boilervat regelmatig bijgestookt worden.

2.1.4.2

Woningen

Uit Nederlandse proeven blijkt dat voor woningen gemiddeld op een verbruik gerekend kan worden van 90 liter bij 60°C voor een bezetting van 2,7 personen [10]. Een literatuurstudie binnen hetzelfde onderzoek in normen wijst uit de waarde kan oplopen tot 120 liter per dag, maar dit wordt door de auteur als overdreven afgedaan. Voor 4 personen samen zou het verbruik op 133 liter per dag of 2822,9 kWh per jaar komen. Eandis [16] haalt echter een waarde van 3750 kWh aan, wat dan overeen zou komen met 177 liter per dag voor 4 personen. Ter vergelijking zou het eerder vernoemde normonderzoek 178 liter per dag voor 4 personen definiëren. Verder onderzoek lijkt hier

6

noodzakelijk en dit zal gebeuren door middel van proeven. Als theoretische waarde lijkt het gemiddelde van de twee, zijnde 155 liter per dag voor 4 personen, een goede benadering. De verdeling van het verbruik over een dag vertoont typisch pieklasten bij een woning. Ook normen als deze van Gaskeur en de Consumentenbond gaan steeds van zo’n spreiding uit [10]. Figuur 2 toont de spreiding van het verbruik over een dag, voor een gezin van 4 personen dat 155 liter per dag aan 60°C verbruikt. Er wordt aangenomen dat er ’s nachts geen warm water verbruikt wordt. De vraag blijkt bovendien niet de hele week constant te zijn. Doordat veel mensen in het weekend thuis zijn wordt daar een afwijkend verbruik vertoond. De vraag zou op zaterdag en zondag 12,5% groter zijn dan het gemiddelde, waardoor deze op weekdagen 5% onder het gemiddelde ligt [8] In het weekend valt echter wel een grotere spreiding te verwachten, waardoor de pieklast niet zou toenemen. Deze bevindingen zullen in situ gecontroleerd worden door metingen (zie verder).

SWW verbruik in een woning 35 30

Verbruik in liter

25 20 15 10 5

0:00

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

0:00

0

Figuur 2: Dagelijks verbruikspatroon voor piekbelasting in een woning [10]. De vraag naar sanitair warm water blijkt echter niet enkel van het uur op de dag afhankelijk te zijn, maar ook van de buitentemperatuur. Zo bleek uit een onderzoek uitgevoerd op twee personen gedurende 24 dagen dat het verbruik van sanitair warm water stijgt op koude dagen [17]. Ook in ander onderzoek wordt dergelijk gedrag aangehaald [12]. Dit zijn echter allebei Amerikaanse toepassingen en de waarden zijn dus niet noodzakelijk representatief voor het Belgisch verbruik. Uit onderzoek in deze regio blijkt dan ook dat de schommeling eerder laag is [8].

2.1.4.3

Zorgtehuizen

Het warm water verbruik in zorgtehuizen zou 25 liter aan 60°C per bed per dag bedragen [4], maar er worden bij deze studie geen proeven genoemd. Ander onderzoek toont een waarde van 56 liter per bewoner per dag uit een reeks metingen [18]. Hier zou ook rekening gehouden worden met het

7

verbruik van het personeel. Een overzichtsstudie door het WTCB2 [19] bevestigt dit met waarden die schommelen tussen 39 en 76 liter per dag, met een gemiddelde van 56 liter. Ook hier zal bijgevolg de waarde van ongeveer 56 liter per dag gebruikt worden. De verdeling over een dag vertoont voornamelijk pieken rond 8 à 9 uur ’s morgens en rond 12 à 14 uur in de namiddag. Dit zijn de typische momenten waarop de bewoners gewassen worden [18]. In tegenstelling tot bij woningen, is hier ook ’s nachts een (lager) verbruik aanwezig. Normen over tappatronen zijn zeldzaam voor zorgtehuizen en hier wordt dat ook voor een meting in een typisch zorgtehuis gekozen als referentie, weergegeven in Figuur 3. Bij dergelijk groot gebouw en bijhorende bezetting is de kans op fouten of afwijkingen namelijk kleiner dan wanneer bijvoorbeeld een woning bekeken zou worden. Het zorgtehuis beschikt over 102 bedden, goed voor een totaalverbruik van ongeveer 5950 liter per dag. Eenzelfde patroon werd gevonden in zorgtehuizen met andere bezettingen.

SWW verbruik in een zorgtehuis 1200

Verbruik in liter

1000 800 600 400 200

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

Figuur 3: Dagelijks verbruikspatroon voor een typisch zorgtehuis [18].

2.1.4.4

Scholen

Voor scholen wordt aangenomen dat deze een verwaarloosbaar kleine vraag naar sanitair warm water hebben ten opzichte van hun oppervlakte. Douches op scholen worden immers zelden gebruikt en de afwasmachines in keukens hebben een intern systeem om het water op te warmen. In wat volgt zal voor scholen dan ook enkel de toepassing van warmtepompen voor ruimteverwarming geanalyseerd worden.

2

Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf.

8

2.2 Performantie van mechanische ventilatie 2.2.1 Algemeen Gebouwen worden steeds performanter en energiezuiniger, maar de hoge luchtdichtheid die hiermee gepaard gaat creëert een noodzaak naar ventilatie. Deze heeft echter vaak een grote energetische impact [7, 20-22]. Het relatieve aandeel van de ventilatieverliezen in het totale verbruik is afhankelijk van de performantie van het gebouw. Verschillende studies hebben dit aandeel onderzocht en toonden aan dat dit gemiddeld rond de 50% ligt voor relatief nieuwe gebouwen. Wanneer men nu weet dat niet-industriële gebouwen in Europese landen instaan voor 30 à 40% van het totale energieverbruik, wordt het ventilatieverbruik zeer belangrijk in een toekomst waarin alle gebouwen energetisch even performant dienen te zijn als de norm voor nieuwbouw vandaag dicteert. Deze zouden namelijk allemaal over ventilatie moeten beschikken, wat het aandeel van het ventilatieverbruik in het totale Europese energieverbruik op 20% zou brengen. Aandacht voor energiezuinige ventilatie wordt dus steeds belangrijker. Teneinde een analyse van de kosten te kunnen maken, is het belangrijk de verbruikskost, zijnde deze voor energieverbruik, te kennen. Voor mechanische ventilatie, of het nu mechanische afvoerventilatie of balansventilatie betreft, zijn de energieverliezen voornamelijk aan twee posten te wijten, de warmteverliezen en het elektriciteitsverbruik van de ventilatoren. Door warmteterugwinning is het mogelijk de eerste post te beperken, maar dit heeft doorgaans een negatieve invloed op de tweede. Aangezien de aan te sluiten warmtepomp op het systeem C ook een bijkomend elektriciteitsverbruik tot stand brengt, dient geanalyseerd te worden of dit het rendement niet te sterk beperkt.

2.2.2 Ventilatieverliezen Om de hoeveelheid warmte die potentieel teruggewonnen kan worden door een warmtepomp in te schatten, is het eerst belangrijk te onderzoeken wat het aandeel van de warmteverliezen is. Deze ontstaan doordat het ventilatiesysteem opgewarmde lucht uit de ruimte zuigt, waarna deze vervangen wordt door koele buitenlucht. Een ventilatiesysteem D biedt de mogelijkheid om de warmte uit de uitblaaslucht via een warmtewisselaar over te dragen naar de inkomende lucht om de warmteverliezen sterk te beperken. Bij een systeem C daarentegen komt de buitenlucht rechtstreeks lang de ventilatieroosters in de ramen binnen en is er dus geen mogelijkheid om deze vooraf op te warmen. De aan te sluiten warmtepomp dient dit nadeel te verhelpen. Wanneer specifieke waarden bekeken worden, blijken de verliezen aanzienlijk. In bovenstaande werd reeds aangehaald dat de verliezen samen voor ongeveer 50% van de energiekost kunnen tellen. Aangezien warmteverliezen en elektriciteitverbruik twee zeer verschillende verliesposten met andere kosten zijn, is het ook wenselijk een zicht te hebben op de afzonderlijke waarden. De warmteverliezen op zich zijn typisch al verantwoordelijk voor 30 tot 50% van de warmtevraag van een woning. Dit blijkt uit een analyse van 13 Europese landen [21]. Indien bovendien ook de verliezen door de installatie meegerekend worden, brengt dat het aandeel in de warmtevraag op 53% [7].

9

De wezenlijke impact op de warmteverliezen van ventilatie maakt warmteterugwinning zeer wenselijk. Het systeem D biedt hier met de warmtewisselaar een eenvoudige oplossing voor en kan dan ook als een referentie gezien worden. Uit een studie voor residentiële gebouwen in Europese klimaten [23] bleek door de warmteterugwinning een vermindering van de totale verwarmingsvraag van 20 tot wel 50% mogelijk, wat dus overeenkomt met 40 tot 100% van de ventilatieverliezen. Een uitgebreide analyse op een Zweeds flatgebouw [20] wees uit dat in een standaardscenario het verbruik voor ruimteverwarming van 70 naar 50 kWh/m2/jaar daalde, een vermindering met 29%. Met een daling van 43 naar 13 kWh/m2/jaar werd in een passiefscenario een nog veel sterkere reductie van 70% behaald. Deze zeer hoge waarde wordt voornamelijk veroorzaakt doordat passiefwoningen typisch weinig warmteverliezen hebben waardoor vooral de ventilatieverliezen bepalend zijn. Wanneer de rendementen op zich van warmtewisselaars bekeken worden, blijkt dat deze vrij hoog liggen. Fabrikanten geven typisch waarden op van meer dan 90 % [24-26]. Uit bovenstaande blijkt echter dat deze waarde niet altijd behaald wordt en EPB waarschuwt dan ook voor dergelijke hoge rendementen waarbij geen rekening gehouden wordt met de warmte afgegeven door de ventilatoren, lekken in de behuizing, warmte-afgifte naar de omgeving,… Een meer realistisch rendement zou dan ook tussen de 50 en de 85% liggen [27]. Een vergelijkbaar resultaat werd bekomen in onderzoek waar men de invloed van lekkages in kaart bracht [28]. Enkele oudere studies [12-14] gebruikten een warmtewisselaar met een efficiëntie van 65 tot 70%, maar vermits deze van enkele decennia geleden dateren liggen de waarden vandaag vermoedelijk iets hoger. Voor hedendaagse systemen zou men dus op een rendement van ongeveer 70 à 80% kunnen rekenen. Onderzoek moet uitwijzen of dit ook voor een ELWP een realistische waarde is. Het elektriciteitsverbruik blijkt sterk beïnvloed te worden door het type systeem alsook door de toepassing van warmteterugwinning. Daar een systeem C enkel ventilatoren nodig heeft voor afvoer van de lucht en een systeem D voor zowel aan- als afvoer, vereist dit laatste dubbel zoveel ventilatoren. Bovendien biedt de warmtewisselaar bij systeem D een bijkomende weerstand voor de lucht en vraagt deze zo meer kracht van de ventilatoren. De balansventilatie heeft dus een veel hoger elektrisch verbruik, wat ook blijkt uit waarden voor het jaarverbruik in een woning van 197 kWh bij een systeem C ten opzichte van 969 kWh bij een systeem D met warmtewisselaar [29]. Naast bijkomende ventilatoren voor aanvoer blijkt dus ook de warmteterugwinning een verdubbeling van het verbruik teweeg te brengen. Ook in ander onderzoek werd deze conclusie bekomen aangezien het ventilatorverbruik daar van 4 naar 8 kWh/m2/jaar steeg door toepassing van warmteterugwinning [20]. Toepassing van een warmtepomp op systeem C zou een nog grotere impact hebben aangezien dit het ventilatorverbruik op gelijke hoogte zou brengen als systeem D met 880 kWh/jaar [12]. Er komen evenwel veel variaties voor in testen naar ventilatorverbruik. Zo schat ander onderzoek het jaarlijks verbruik voor systeem C en D voor appartementen jaarlijks op respectievelijk 497 kWh en 723 kWh [22], een groot verschil met de hierboven gevonden waarden. Het verbruik blijkt sterk afhankelijk te zijn van de kwaliteit aangezien een variatie van 83% blijkt te bestaan tussen goede en slechte ventilatoren [30]. Ook bij toepassing van een ELWP kan men deze spreiding dus verwachten. Om het verschil in ventilatorkwaliteit duidelijk te maken, werden verschillende klasses voor ventilatoren gedefinieerd aan de hand van de SFP of Specific Fan Power, weergegeven in Tabel 3. Deze geeft het verbruik per eenheid van gerealiseerd luchtdebiet weer. In een studie [28] werd voor 13 systemen de SPF onderzocht en werd een gemiddelde van 0,32 W/(m3/h), of SFP 3 bekomen.

10

Indien geen productinformatie over een toestel voorhanden is, kan dus deze waarde gebruikt worden. SFP-klasse SFP 1 SFP 2 SFP 3 SFP 4 SFP 5 Tabel 3: Klasses van ventilatorverbruik [3, 5].

Verbruik (W/(m3/h)) < 0.14 < 0.21 < 0.35 < 0.56 > 0.56

Het verbruik is dus, zowel naar elektriciteits- als warmteverliezen toe, sterk afhankelijk van het gerealiseerde luchtdebiet. De invloed van zowel de ventilatorkwaliteit als het luchtdebiet op het verbruik is zichtbaar in Figuur 4. De buitentemperatuur heeft uiteraard ook een invloed op de warmteverliezen, wat kenbaar gemaakt is door de verschillende aantallen graaddagen. Opmerkelijk is dat het gerealiseerde debiet vaak veel hoger is dan datgene wat vereist is voor de luchtkwaliteit. Dit wordt verder behandeld in de paragraaf betreffende vraagsturing.

Figuur 4: Impact van ventilatiedebiet, ventilatorkwaliteit en buitentemperatuur op het verbruik. Opgenomen uit [21]. Uit Figuur 4 blijkt duidelijk dat zelfs met slechte ventilatoren, het elektriciteitsverbruik vele malen kleiner is dan de warmteverliezen. Indien optimale ventilatoren gebruikt worden, lijkt dit zelfs bijna verwaarloosbaar. De eerder gevonden waarden bieden een gelijkaardige conclusie. Indien we namelijk een woning van 150 m2 beschouwen, blijken de warmteverliezen door ventilatie van 150 * 40 = 6000 kWh/jaar beduidend groter dan de elektriciteitsverliezen van gemiddeld 347 kWh/jaar voor extractieventilatie indien er geen warmteterugwinning plaatsvindt. Het toepassen van een elektriciteitsverbruikende warmtepomp op de extractielucht van systeem C om de warmteverliezen te beperken kan dus zeker een zinvolle oplossing vormen. De invloed van de bijkomende weerstand op het verbruik zal namelijk nog steeds kleiner zijn dan de potentiële winsten.

11

2.3 Toepassing van warmteterugwinning bij ventilatie met een warmtepomp op extractielucht 2.3.1 Situering Wanneer de toepassingen van extractielucht warmtepompen of ELWP’s onderzocht worden, valt onmiddellijk op hoe nieuw deze techniek is. Slechts sinds enkele jaren wordt het systeem (courant) toegepast in België. Sommige spelers op de Belgische markt, zoals Viessmann, Dimplex en StiebelEltron hebben dergelijke systemen al in het aanbod. Ventilatieproducenten als Renson en Duco onderzoeken echter nog de mogelijkheden alvorens over te gaan naar implementatie en verkoop. Deze terughoudendheid is volgens ingenieursbureau Ingenium [31] toonaangevend voor de Belgische markt. Wanneer naar andere landen gekeken wordt, valt dan ook op hoe veel verder deze staan in de implementatie van de ELWP. In landen als Zweden, Duitsland en de Verenigde Staten wordt de techniek courant toegepast. Zo stond het systeem in Zweden reeds in 1999 op gelijke voet met het systeem D met warmtewisselaar [32]. In België blijft dit laatste vooralsnog de meest gebruikte techniek. In de nabije toekomst zal dit ook niet snel veranderen, vermits de passiefnorm de toepassing ervan verplicht. De voorsprong van Zweden is niet verwonderlijk aangezien het eerste commerciële gebruik daar al van in de jaren ’70 dateert. In de vroege jaren ’80 kende ELWP daar al 18.000 toepassingen [13]. In de Verenigde Staten was ter vergelijking toen nog maar één fabrikant actief. Zweden wordt dan ook vaak gezien als de koploper wanneer het over warmteterugwinning gaat. Opmerkelijk is het grote aandeel ELWP’s voor residentiële toepassingen dat daar verkocht wordt, zoals getoond in Figuur 5. Reeds in 1998 was dit de tweede populairste soort warmtepomp. Het toestel bleek dus vrij populair bij ruimteverwarming. Enkel de grondwarmtepompen deden het beter, wat te verklaren is door de hogere vermogens met een lagere kostprijs.

Figuur 5: Aantal warmtepompen verkocht voor residentiële of gelijkaardige toepassingen in 1998 in Zweden. Opgenomen uit [33].

12

Duitsland vertoont gelijkaardige cijfers, met reeds 5.000 tot 10.000 verkochte ELWP’s per jaar in 1999 [32]. Wat onmiddellijk opvalt in Figuur 5 is het lage aantal gewone lucht-water warmtepompen dat nog verkocht werd in Zweden. Door het lagere rendement blijken deze volledig verdrongen te zijn bij residentiële toepassingen. In België daarentegen blijft deze techniek totnogtoe prominent aanwezig. Het rendement is hier uiteraard wel iets beter dan in Zweden door de hogere luchttemperaturen.

2.3.2 Te benutten energie Vermits de energie uit de ventilatielucht gehaald wordt, zijn vooral het ventilatiedebiet en de temperatuur van de afvoerlucht bepalend voor de mogelijk te recupereren energie. Het ventilatiedebiet zelf kan constant zijn of variabel in de tijd. Deze variabiliteit wordt ingebouwd om energie te besparen wanneer geen grote luchtdebieten vereist zijn voor de binnenluchtkwaliteit. Dit wordt verder behandeld in het onderdeel vraagsturing. Ook de temperatuur van de energiebron speelt een belangrijke rol vermits dit voor warmtepompen de grootste variaties naar rendement toe met zich meebrengt [33]. Bij de ELWP kan men hier echter een relatief kleine impact verwachten, aangezien de binnenluchttemperatuur vrij constant is bij aanwezigheid. Er zal namelijk enkel vraag naar sanitair warm water en ruimteverwarming zijn op het moment dat de ruimte bezet is. Dit is ook het tijdstip waarop de grootste ventilatiedebieten (zouden moeten) voorkomen en de luchttemperatuur hoog gehouden wordt. Soms zal het systeem echter ook moeten werken wanneer de ruimte niet bezet is, om er bijvoorbeeld voor te zorgen dat er voldoende warm water is bij thuiskomst van de bewoners. Ook kan menging met buitenlucht vereist zijn om een voldoende hoog vermogen te halen. Een simulatie moet uitwijzen of dit een wezenlijke impact op het rendement heeft. Om de energie te becijferen die uit de ventilatielucht gehaald kan worden, is net als bij het sanitair warm water formule (2) van toepassing, zij het deze keer met een soortelijke warmte voor lucht van 710 J/(kg*K). Indien men een luchtdebiet in m³/h in rekening wenst te brengen, kan men een massadichtheid van 1,29 kg/m³ voor de lucht beschouwen. Om eenvoudig in kWh te kunnen rekenen, kan men de vergelijking omvormen en een term toevoegen om formule (3) te bekomen. Deze geeft nu de te recupereren energie in kWh per dag weer. (3) Beschikt men enkel over het luchtdebiet, dan kan men eenvoudigweg n * V vervangen door dit debiet. Het temperatuursverschil ( in- uit) geeft het gerealiseerde temperatuursverschil over de verdamper van de warmtepomp weer. Het vermogen Q in de vergelijking toont het wattage aan warmte dat men uit de lucht kan winnen. Wanneer de luchtdebieten voor verschillende functies gekend zijn, dient dus enkel nog het te realiseren temperatuursverschil gedefinieerd te worden. De ingaande temperatuur wordt bepaald door de luchttemperatuur in de ruimte en eventuele verliezen. Typische variaties worden weergegeven in Tabel 4. De Europese norm geeft ter vergelijking voor gewone lucht-water warmtepompen temperaturen van 6 tot 7°C aan. De ELWP toont hier dus een duidelijke voorsprong.

13

Ingaande temperatuur verdamper Bron 20 – 25°C IEA3 [34] 15 – 25°C [33] 12 – 20°C Europese norm [35] Tabel 4: Ingaande temperatuur bij de verdamper van de ELWP volgens verschillende bronnen. De binnentemperatuur is uiteraard ook functieafhankelijk en kent, zeker voor woningen, variaties doorheen de dag. De uitgaande temperatuur wordt bepaald door de opbouw van het toestel. Gewone lucht-water warmtepompen koelen de buitenlucht typisch tot onder het vriespunt af. Dit is noodzakelijk omdat de luchttemperatuur in de winter al vrij laag ligt. Om dit mogelijk te maken, moet de warmtepomp korte tijd omgekeerd werken om te ontdooien. Dit maakt de werking echter complexer en het rendement daalt door het bijkomende verbruik [13, 33]. Wanneer deze ingreep vermeden kan worden, is het dan ook beter dit te doen. Er dient dan wel voor gezorgd te worden dat de lucht niet tot onder het vriespunt afgekoeld wordt. Aangezien ventilatielucht typisch het ganse jaar door een vrij hoge temperatuur heeft, kan er nog steeds een substantiële temperatuursdaling gerealiseerd worden. Dit duidt meteen ook een voordeel aan van de ELWP ten opzichte van een gewone lucht-water warmtepomp vermits die wel tot onder het vriespunt moet werken om dergelijk temperatuursverschil te realiseren. Deze operatie is namelijk van cruciaal belang voor het rendement aangezien de ontrokken warmte recht evenredig is met het gerealiseerde temperatuursverschil (formule (2)). In de literatuur zijn verschillende richtwaarden te vinden voor het beperken van temperatuursdaling. De af te voeren lucht wordt typisch een aantal graden boven het vriespunt gehouden zodat de kans op bevriezen minimaal is. In sommige studies wordt een vrij conservatieve schatting van 5°C opgegeven [7, 13, 14]. Het AIVC4 geeft een iets stoutmoediger waarde voor de minimale luchttemperatuur van 3°C [36]. Het te realiseren vermogen wordt hier dus beperkt door het luchtdebiet vereist voor ventilatie. Om in een meer constante werking van de warmtepomp te voorzien, beschikken sommige ELWP’s over een bijkomende buitenunit die het luchtdebiet aanvult met buitenlucht. De warmtepomp kan op deze manier in een grotere energiebehoefte voorzien. Dit type wordt dan ook vooral gebruikt voor ruimteverwarming of de combinatie van ruimteverwarming met sanitair warm water. Het systeem dat in verdere simulaties gebruikt zal worden heeft dergelijke opbouw.

2.3.3 Gebruik van de gerecupereerde energie De gerecupereerde energie van de ELWP kan gebruikt worden voor het opwekken van warm water. Dit water kan dienen als sanitair warm water of voor ruimteverwarming. Er bestaan hiernaast ook systemen waarbij het door de warmtepomp opgewarmde water gebruikt wordt om inkomende ventilatielucht op te warmen. Vermits dit enkel bij een ventilatiesysteem D toegepast kan worden en de investeringskost ten opzichte van het rendement vrij hoog ligt [36], wordt deze optie hier niet besproken.

3

Het IEA of International Energy Agency is een internationale organisatie gericht op energetische duurzaamheid. 4 Het AIVC of Air Infiltration and Ventilation Centre is een internationale organisatie die een onderdeel vormt van het IEA en onderzoek voert naar allerlei aspecten van ventilatie.

14

Zowel gebruik voor sanitair warm water als voor ruimteverwarming kan bepaalde voordelen bieden. Zo is sanitair warm water het hele jaar door nodig. De warmtepomp kan dus ook buiten het stookseizoen actief zijn, in tegenstelling tot de situatie waar deze voor ruimteverwarming gebruikt zou worden. Sanitair warm water biedt evenwel het nadeel dat dit tot zeer hoge temperaturen van meer dan 60°C opgewarmd dient te worden om legionella te voorkomen. Het verhogen van de watertemperatuur heeft een nadelige invloed op het rendement, zoals uit volgende paragraaf zal blijken. Indien men het water voor ruimteverwarming gebruikt en vloerverwarming toepast, kan men de temperatuur sterk verlagen, met een hoger rendement tot gevolg. Bovendien is de vraag naar ruimteverwarming vrij constant doorheen het stookseizoen, wat een continue werking van de warmtepomp garandeert. Ook is de vraag naar ruimteverwarming, passiefwoningen buiten beschouwing gelaten, groter dan deze naar sanitair warm water waardoor de capaciteit van de warmtepomp ten volle benut wordt. De warmtepomp heeft echter typisch een beperkt vermogen en een grote warmtevraag zal deze niet kunnen beantwoorden indien enkel met de debieten van de ventilatielucht gewerkt wordt. Hier spreekt men dan ook van een bivalent systeem omdat er een hulsysteem ingeschakeld moet worden om de bijkomende vraag te dragen [36]. De warmtepomp wordt dan gedimensioneerd op ongeveer 20 tot 60% van de maximum warmtevraag, wat in realiteit betekent dat deze in 50 tot 95% van de vraag zal voorzien. Dit in tegenstelling tot een monovalent systeem, dat de last op zich aankan. Een bijkomende installatie vergt natuurlijk ook een bijkomende kost. Om het optimale rendement te behalen, is het dan ook wenselijk de warmtepomp zo te dimensioneren dat deze de vraag net aankan [37]. Men moet echter steeds rekening houden met variaties in debiet en temperatuur zodat een overdimensionering noodzakelijk is. Wanneer de ELWP voor sanitair warm water gebruikt wordt, komt bivalentie vaak voor. Om rendabel te zijn wordt deze soms lager dan 60°C ingesteld, waarna een hulpsysteem de bijkomende opwarming moet verzorgen [13]. In het geval van een warmtepompboiler is dit hulpsysteem bij de meeste fabrikanten wel standaard voorzien in het toestel. De ventilatielucht bevat vaak meer warmte dan nodig voor sanitair warm water, waardoor de recuperatie echter niet ten volle benut wordt [32]. Dit zal zeker het geval zijn indien de warmtepomp het water niet tot 60°C hoeft op te warmen. Om het hele jaar door een optimaal rendement te bekomen, lijkt het dan ook wenselijk de twee opties te combineren. Bepaalde onderzoeken [13], tonen echter aan dat door toepassing van beide een bijkomende besparing van slechts enkele procenten bekomen wordt ten opzichte van het scenario waar de ELWP enkel voor sanitair warm water dient. Hierdoor zou het rendement de bijkomende investering niet rechtvaardigen. Andere studies [32] tonen echter wel rendabiliteit van deze toepassing aan. Waar de ELWP begin jaren ’80 in Zweden enkel gebruikt werd voor sanitair warm water, werd bij de meeste toestellen midden jaren ’90 ook de combinatie met ruimteverwarming voorzien, een trend die veroorzaakt wordt door de het hogere rendement. Verder onderzoek lijkt hier dan ook noodzakelijk. Op de Belgische markt blijkt echter slechts één fabrikant dergelijk systeem aan te bieden (zie verder). Ook dient onderzocht te worden waar het systeem de voorkeur aan moet geven. Zo kan eerst in de vraag naar sanitair warm water voorzien worden, waarna de resterende warmte voor ruimteverwarming gebruikt wordt. Men kan ook het omgekeerde toepassen of er de voorkeur aan geven de warmte gelijk te verdelen. Laatstgenoemde oplossing lijkt naar logistiek toe echter minder interessant. In een Amerikaanse studie [38] werd onderzocht wat het hoogste rendement oplevert in Portland in de VS, met 2840 graaddagen een vergelijkbaar klimaat als België. Het bleek dat de optie die de voorkeur aan ruimteverwarming geeft veel beter presteert. Deze behaalde namelijk een bijkomende besparing van 17% ten opzichte van

15

het systeem dat de voorkeur aan sanitair warm water geeft. Deze resultaten zijn niet verwonderlijk aangezien in bovenstaande al werd aangehaald dat ruimteverwarming een constanter debiet vraagt in het stookseizoen. Buiten het stookseizoen wordt dan natuurlijk automatische alle warmte aan het sanitair warm water toegewezen. In dit geval wordt de installatie doorgaans bivalent gebruikt vermits zelden voldaan kan worden aan de totale vraag [33].

2.3.4 Te realiseren rendement 2.3.4.1

Coefficient Of Performance

Wanneer het rendement bekeken wordt, is de eerste belangrijke factor de COP of Coefficient Of Performance. Deze geeft de verhouding weer tussen de geproduceerde en de verbruikte energie via formule (4) [39]. (4)

Met:

P = geleverd of opgenomen vermogen

De COP is een ogenblikkelijke eigenschap. Deze geeft namelijk het rendement bij bepaalde randvoorwaarden weer. Door verandering van de randvoorwaarden wijzigt de COP. Een eerste factor die een invloed kan hebben op het rendement is de temperatuur van de bron. Dit is het medium waar de warmtepomp de warmte uit haalt, voor de ELWP extractielucht. Hoe hoger de temperatuur van dit medium, hoe meer warmte gerecupereerd kan worden. Door de hoge temperatuur van de bron en het dus grote te realiseren temperatuursverschil is een ELWP in dit opzicht één van de efficiëntste soort warmtepompen. De technologie is dan ook vooral nuttig in koude regio’s vermits daar het verschil met een andere warmtepomp groter zal zijn [33, 37]. Bovendien is de binnenluchttemperatuur vrij constant doorheen zomer en winter. Zoals uit vorige paragraaf bleek, dient evenwel met temperatuursvariaties rekening gehouden te worden. Om een meer volledig beeld van de performantie gedurende het gebruikte seizoen te verkrijgen, werd de SPF of Seasonal Performance factor gedefinieerd. Deze geeft de seizoensgemiddelde performantie weer. Wanneer de brontemperatuur lager is, zal namelijk een grotere hoeveelheid energie nodig zijn om eenzelfde hoeveelheid warmte op te wekken. Naast de temperatuur van de bron, is ook de temperatuur van het op te warmen medium aan de condensor van belang. Hoe hoger deze is, hoe lager het rendement zal liggen. Doordat de warmtepomp de energie uit bronnen met vrij lage temperatuur haalt, moet heel wat elektrische energie toegevoegd worden om deze naar een hoge temperatuur om te zetten. Zo worden dalingen van de gemiddelde COP (of dus SPF) van 3,7 naar 2,7 bij verhoging van de watertemperatuur van 30°C naar 60°C aangehaald [33]. Om rendabel te blijven, wordt dan ook voorgesteld de gerealiseerde temperatuur te beperken en de verdere opwarming door een hulpsysteem te laten gebeuren [7, 13]. In Tabel 5 worden de werkingstemperaturen van courante verwarmingssystemen opgelijst. Zoals eerder aangehaald, dient sanitair warm water steeds een temperatuur van 60°C aan te houden om legionellabesmetting te vermijden.

16

Toepassing Luchtverdeling

Werkingstemperatuur (°C) 30 - 50 30 - 45 40/45 - 55 50/60 - 90

Luchtverwarming Vloerverwarming Waterverdeling Radiatoren Radiatoren op hoge temperatuur (conventioneel) Vloerverwarming 30/35 Tabel 5: Werkingstemperaturen van typische verwarmingselementen [34].

Figuur 6 geeft de (theoretische) invloed weer van de lucht- en watertemperaturen op de COP bij een lucht-water warmtepomp. Vermits deze grafiek uit de jaren ’80 dateert, kan men verwachten dat de hedendaagse COP wat hoger ligt.

Figuur 6: Invloed van water en luchttemperatuur op de COP bij een lucht-water warmtepomp. Opgenomen uit [13]. Om een meer hedendaagse schatting van deze invloed te bekomen, werd informatie bij fabrikanten opgezocht. Wanneer men een bepaald werkingsregime wil aanduiden, zoals 15°C luchttemperatuur en 40°C watertemperatuur, gebeurt dit doorgaans met de benaming A15/W40. Voor enkele gewone lucht-water warmtepompen werd het verloop gevonden weergegeven in Figuur 7 en Figuur 8. Men kan voor de ELWP een gelijkaardig verloop verwachten. Grotere vermogens vertonen weinig verschillen, hoewel de grafieken voor de Viessmann-systemen (Figuur 7) toch een zekere variatie weergeven. Onderzoek naar grotere vermogens bij Daikin (Figuur 8) leverde daarentegen een bijna identieke grafiek op. De weergegeven COP geeft de relatie weer tussen het geleverde vermogen en het totale verbruikte vermogen, inclusief ventilatoren.

17

Figuur 7: COP i.f.v. water- en luchttemperatuur voor de Viessmann Vitocal 350-A. Links type 110 met vermogen van 10 kW bij A2W35, rechts type 120 met 18 kW bij A2/W35.Opgenomen uit [40]. 8.00

7.00

Watertemperatuur (°C)

6.00

30

COP

5.00

35

4.00

40

3.00

45 50

2.00

55 1.00 0.00 -20

-15

-7

-2

2

7

12

15

20

Luchttemperatuur (°C) Figuur 8: COP i.f.v. water- en luchttemperatuur voor de Daikin Altherma ERHQ011AAW1 met een vermogen van 11,32 kW .Grotere vermogens als 14,50 en 16,05 kW vertonen een gelijkaardige grafiek. De originele data is weergegeven in bijlage G [41]. Ook voor een ELWP werd dergelijke informatie teruggevonden. Het COP-verloop is weergegeven in Figuur 9. Het toestel in kwestie wordt enkel voor sanitair warm water gebruikt. De grafiek overlapt deels met deze van Daikin (Figuur 8), met gelijkaardige waarden voor de COP. Ook hier wordt voor grotere vermogens dezelfde grafiek bekomen. Men kan dus verwachten dat de kleinere vermogens voor de typische residentiële ELWP een vergelijkbaar verloop vertonen. Een synthese van beide grafieken wordt getoond in Figuur 10. De gegevenspunten waar de grafiek uit opgesteld is, zijn weergegeven in Tabel 6. Deze kan echter niet onmiddellijk in simulaties gehanteerd worden, want het betreft hier een opwarm-COP. Deze wordt gemiddeld genomen over de opwarmperiode van

18

stadswatertemperatuur naar werkingstemperatuur. Bij lage temperaturen ligt de COP typisch hoger en dus zal deze naar beneden gecorrigeerd moeten worden om een realistische werking te simuleren bij een lager temperatuursverschil van het water. 8 7

Watertemperatuur (°C)

6

COP

5

35

4

40 45

3

50 2

55

1 0 18

20

22

24

26

28

30

Luchttemperatuur (°C) Figuur 9: COP i.f.v. water- en luchttemperatuur voor de CIAT Ecociat 30V (10 kW). Grotere vermogens als de 60V (18 kW) en de 90V (32 kW) vertonen een vergelijkbare grafiek. Originele gegevens zijn opnieuw in bijlage G te vinden [42]. 8.00 7.00

Watertemperatuur (°C)

6.00

COP

5.00

30 35

4.00

40 45

3.00

50 2.00

55

1.00 0.00 -20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

Luchttemperatuur (°C) Figuur 10: Samengesteld verloop van Figuur 8 en Figuur 9.

19

Watertemperatuur 30

35

40

Luchttemperatuur

-20 2.29 1.97 1.76 -15 2.54 2.18 1.94 -7 3.08 2.63 2.34 -2 3.50 3.00 2.66 2 3.91 3.35 2.97 7 5.21 4.46 3.95 12 5.82 4.98 4.42 15 6.36 5.44 4.83 20 7.33 6.24 5.39 22 6.44 5.55 24 6.63 5.74 26 6.80 5.89 28 6.99 6.02 30 7.14 6.14 Tabel 6: COP in functie water- en luchttemperaturen [41, 42].

45

50 1.54 1.70 2.05 2.35 2.62 3.49 3.89 4.24 4.60 4.82 4.96 5.09 5.22 5.33

55 1.47 1.78 2.03 2.27 3.03 3.38 3.69 4.02 4.16 4.28 4.41 4.50 4.61

1.48 1.70 1.90 2.54 2.84 3.11 3.45 3.57 3.69 3.81 3.89 3.99

Naar gemiddeld rendement over de tijd toe kan met een groter vermogen wel een betere prestatie verwacht worden. Onderzoek toonde aan dat wanneer een ELWP voor toepassingen als hotels of zorgtehuizen gebruikt wordt, de gemiddelde COP (of dus SPF) meer dan het dubbele kan bedragen dan bij toepassing voor woningen [36]. Dit wordt veroorzaakt door een schaalvoordeel met een zeer constante vraag en aanbod. Er zullen namelijk steeds mensen aanwezig zijn die warmte produceren en anderen die sanitair warm water verbruiken. De spreiding is dan ook veel gunstiger ten opzichte van een gewone woning. Ook uit gelijkaardig onderzoek op een appartementsgebouw waarbij de warmte centraal gerecupereerd werd om daarna terug verdeeld te worden over het sanitair warm water van alle appartementen, bleek een gunstige SPF [36]. Deze lag evenwel iets lager dan bij de zorgtehuizen, vermoedelijk omdat bij appartementen het verbruik minder gespreid is. Iedereen zal daar namelijk op piekmomenten van het sanitair warm water gebruik willen maken. De toepassing voor scholen en zorgtehuizen ziet er dus veelbelovend uit. Verder onderzoek lijkt evenwel noodzakelijk aangezien in de literatuur slechts één bron werd gevonden die de voordelen van grootschaligheid onderzoekt. Uit bovenstaande grafieken blijkt dat de watertemperatuur een zeer kritische parameter is voor het rendement. Om de warmwaterproductie rendabeler te maken, kan men hier op inspelen zonder daarvoor de absolute watertemperatuur te moeten verlagen. Zo kan een betere prestatie bijvoorbeeld behaald worden door het boilervat kleiner te nemen en/of dit beter te isoleren. Wanneer minder warmte verloren gaat zal het water over een kleiner temperatuursbereik opgewarmd moeten worden, wat het rendement ten goede komt [12]. Het ontwerp van het boilervat kan bovendien ook door zijn verhoudingen een verbetering teweeg brengen. Door dit vrij hoog en smal te voorzien, zal onderaan steeds een koudere zone aanwezig zijn. Op deze manier kan telkens het koudste water langs de warmtepomp gestuurd worden. Zo is er minder energie nodig om het vat op een redelijke temperatuur te houden. Hier wordt dus de meest kritische factor, zijnde het koudste water, aangepakt. Om de temperatuur in het vat op peil te houden moet dit water tot

20

minder hoge temperaturen opgewarmd worden dan wanneer men het warmste water langs de warmtepomp zou sturen [13]. Als besluit kunnen volgende factoren gedefinieerd worden die een invloed hebben op het rendement:     

De brontemperatuur bij de verdamper De werkingstemperatuur van de verwarming, te realiseren over de condensor De spreiding in de vraag naar ruimteverwarming of sanitair warm water De grootte van de warmtepomp in verhouding tot de vraag De technische performantie van de warmtepomp en het boilervat

2.3.4.2

Levensduur

Om te weten hoeveel een systeem opbrengt of bespaart gedurende zijn levensduur is het in de eerste plaats belangrijk deze laatste te kennen. De levensduur wordt hier gezien als de periode waarin een installatie operationeel is. Wanneer ecologische aspecten bekeken worden is het ook belangrijk de productie en recyclage in rekening te brengen, maar voor een economische studie is enkel de tijdsduur waarin een object daadwerkelijk gebruikt kan worden van belang. Aangezien hier verschillende installaties samen beschouwd worden, het ventilatiesysteem en de warmtepomp, zal deze met de kortste levensduur bepalend zijn voor het rendement indien geen onderdelen vervangen worden. Volgens het BCIS5 blijken de twee systemen echter over eenzelfde levensduur van 20 jaar te beschikken [43].

2.3.4.3

Rendabiliteit

Een installatie is rendabel als deze zich over een bepaalde tijdspanne terugbetaalt. Er wordt een netto-opbrengst gerealiseerd als de opbrengsten over de gehele levensduur groter zijn dan de kosten. Om van een grote rendabiliteit te kunnen spreken, is het echter wenselijk dat de installatie zich op kortere tijd terugbetaalt. Ook energetisch gezien is een zuinige installatie uiteraard interessanter. Hoewel de terugbetaaltijd van allerlei parameters afhankelijk is, worden in de literatuur toch vergelijkbare waarden bekomen. Deze blijken steeds tussen de 5 en de 7 jaar te liggen [12-14, 36]. De hier onderzochte installatie brengt geen geld op, maar moet een vermindering in verbruik teweeg brengen. Om de rendabiliteit te bepalen, is een van de belangrijkste parameters dan ook de besparing. Deze varieert met allerlei factoren, waaronder de COP, zoals hoger beschreven. Het is echter niet voldoende dat er een besparing is, deze moet ook voldoende groot zijn om de investering te verantwoorden. Het relatieve aandeel van de kost waarop bespaard wordt is van groot belang. Zo bleek uit een onderzoek op acht woonentiteiten dat het elektrisch verbruik met 30% daalde door toepassing van een ELWP [32]. Dit werd als een goede investering bestempeld omdat de woningen vrij goed geïsoleerd waren en het elektriciteitsverbruik dus een wezenlijk onderdeel van de kosten uitmaakte. Het heeft namelijk weinig zin te investeren in een toepassing die slechts op een fractie van het verbruik toepasbaar is. Zo zal warmteterugwinning typisch nuttig zijn bij relatief grote warmteverliezen door het systeem. Zijn voornamelijk de warmteverliezen door de bouwschil bepalend, dan is het beter eerst deze te reduceren. Ook de gebruiker heeft een invloed, want als 5

Building Cost Information Service.

21

deze het verbruik te weinig spreidt, vormt dit een probleem voor het typisch beperkte vermogen van de ELWP. Zo kon het toestel in een simulatie voorzien in 64 tot 78% van de vraag naar sanitair warm water bij het representatieve Amerikaanse NSDN-profiel, dat een goede spreiding vertoont. Indien met een sterke piekvraag rekening gehouden werd, bedroeg dit nog slechts 49 tot 71%. De besparing en ook de terugbetaaltijd zou in dit geval dus lager liggen [13]. Om naar energieverbruik en kosten toe de voordeligste optie te kunnen kiezen, is het nuttig systemen met elkaar te vergelijken. Zo worden in een aantal onderzoeken [12-14] de besparingen van het ventilatiesysteem C met warmtepompboiler afgewogen tegenover het systeem D. Om ook de besparing ten opzichte van de toestand zonder ELWP te kennen, is ook de vergelijking met het systeem C zonder warmteterugwinning nuttig. In een eerste onderzoek werden een aantal situaties tegenover elkaar geplaatst, zoals te zien in Tabel 7. Al deze gevallen werden voor een goed geïsoleerde woning onderzocht. In het geval van gebruik van de ELWP voor sanitair warm water levert de warmtepomp water aan 55°C, waarna een elektrische weerstand de temperatuur verder opdrijft. Aan de situatie zonder mechanische ventilatie werd het cijfer 100 toegekend zodat het verbruik van de rest procentueel ten opzichte van dit geval gezien kan worden. Op te merken hierbij is dat er in dit eerste scenario geen ventilatie aanwezig is, maar dat wel met een lagere luchtdichtheid rekening gehouden werd zodat er natuurlijke ventilatie optreedt met een vergelijkbaar debiet. De analyse werd voor verschillende klimaattypes gedaan, waarvan de eerste, Portland, vergelijkbaar met België is. Portland (Oregon) 2840 graaddagen

Missoula (Montana) 4603 graaddagen

Great Falls (Montana) 4479 graaddagen met veel wind 100 86 100 83

Geen ventilatie 100 100 Systeem D met WW 88 85 Systeem C 104 103 Systeem C met ELWP 82 83 voor RVW (lucht) Systeem C met ELWP 79 86 84 voor SWW Tabel 7: Vergelijking verbruik van verschillende ventilatieconcepten voor drie klimaattypes [12].

Opvallend is dat in Portland de grootste besparing gerealiseerd wordt met het systeem C met ELWP voor SWW of sanitair warm water. De reden die hiervoor aangehaald wordt is dan in dergelijk matig klimaat de warmteverliezen door ventilatie kleiner zijn. Op dagen dat een zekere temperatuur overstegen wordt, zal geen verwarming meer nodig zijn en zal de warmteterugwinning dus niet meer bruikbaar zijn als deze voor ruimteverwarming gebruikt wordt. Om dezelfde reden is ook bij het ventilatiesysteem D de besparing kleiner. In koudere klimaten is dan ook te zien dat vooral de toepassingen voor ruimteverwarming een hoge besparing halen. Opmerkelijk is dat het systeem C met ELWP hier wel opnieuw beter is dan het systeem D. Zelfs in Missoula blijkt gebruik voor sanitair warm water gunstiger. Enkel in het winderige klimaat is de besparing lager doordat de koude binnenwaait doorheen de toevoerroosters van ventilatiesysteem C. De reden voor de lagere prestatie van systeem D blijkt niet bij het hogere ventilatorverbruik te liggen, want dit werd gelijk genomen bij de ELWP vermits deze een extra weerstand vormt. Het bijkomend verbruik ligt in een lagere efficiëntie van warmterecuperatie.

22

Ook andere onderzoeken tonen een betere prestatie aan voor het systeem C met ELWP dan voor het systeem D [13, 14]. Naar invloed van het klimaat toe wordt dezelfde conclusie bekomen. Opmerkelijk is wel dat de kost per eenheid geconserveerde energie hoger ligt bij de ELWP dan bij de klassieke warmtewisselaar van systeem D [13]. Dit zou betekenen dat het hogere rendement van de warmtepomp niet helemaal in overeenstemming is met de extra kosten. De hoogste kost werd bekomen voor de ELWP die zowel voor sanitair warm water als verwarming dient door de iets complexere installatie die dit vereist. Ook opmerkelijk is dat uit het onderzoek blijkt dat de kost per eenheid van gerecupereerde energie voor de ELWP maar licht hoger is dan het toepassen van extra isolatie om eenzelfde energiezuinigheid te bekomen. Dit lijkt wat in strijd met de heersende opvatting dat het overgrote deel van de besparingen steeds door isolatie gebeuren. Het onderzoek besluit echter dat de ELWP weinig rendabel is omdat de opbrengst negatief is wanneer de inflatie meegerekend wordt. Men dient dit resultaat echter kritisch te interpreteren, want er wordt geen onderscheid gemaakt tussen het ventilatiesysteem en de warmtepomp. De berekening brengt namelijk ook de volledige kosten voor het ventilatiesysteem in rekening. Dit lijkt een vreemde benadering aangezien het ventilatiesysteem vereist is voor de binnenluchtkwaliteit. Dit hoeft geen netto opbrengst te verwezenlijken. Om de rendabiliteit van de ELWP op zich te bekijken dient men dan ook enkel met de kost van dit laatste rekening te houden. Het totaalbeeld kan wel nuttig zijn voor vergelijking met bijvoorbeeld het systeem D (dat hier iets beter lijkt te presteren), maar men kan er niet uit besluiten of de installatie op zich rendabel is of niet.

2.3.5 Ecologische overwegingen Een warmtepomp wordt algemeen als een energiezuinige installatie beschouwd, maar om te weten te komen of deze vorm van energieopwekking werkelijk duurzaam is, moet ook de impact op het milieu onderzocht worden. Een eerste factor hierin is het primaire energieverbruik. Dit geeft namelijk weer hoeveel grondstoffen verbruikt worden om de door de warmtepomp verbruikte elektriciteit op te wekken. Men becijfert via de Primary Energy Ratio of PER in formule (5) [39]. (5) De waarde 0,4 komt voort uit het Europees gemiddelde voor elektriciteitsgeneratie. Deze waarde geeft aan dat men met 1 eenheid brandstof gemiddeld 0,4 eenheden elektriciteit opwekt. De waarde voor fossiele brandstoffen ligt nog iets lager, maar door duurzame opwekking duwt het gemiddelde wat omhoog. Om efficiënter te zijn dan een klassieke stookolie- of gasketel, moet de warmtepomp dus een minimale SPF behalen van 1 / 0,4 = 2,5. Indien deze lager is, belast de warmtepomp het milieu meer bij werking dan de klassieke systemen. Hieruit blijkt trouwens ook de slechte prestatie van een gewone elektrische boiler, waarvan de COP maximaal gelijk is aan 1. Om een totaalbeeld te krijgen van de milieu-impact van een installatie is het echter noodzakelijk om verder te kijken dan enkel het verbruik. Ook de energie nodig voor productie, transport en recyclage van het systeem heeft een niet te onderschatten impact. De studie van de totale energetische kost van een product, zowel de ingebedde als de operationele energie, noemt men LCA of levenscyclusanalyse [22, 29]. Door de lagere aantal componenten presteert een ventilatiesysteem C hier typisch heel wat beter dan een systeem D. Toevoeging van de ELWP leidt echter tot bijzonder slechte prestaties voor een systeem C. De resultaten van een onderzoek zijn weergegeven in Figuur 11. Verschillende scenario’s werden relatief ten opzicht van het eerste geplaatst, dat de waarde 100 23

kreeg. Concepten I, II en III beschikken over een ventilatiesysteem C met een gewone (condensatie)boiler, concept IV heeft een vergelijkbaar systeem D en concept V werd uitgerust met systeem C met een ELWP. Uit de figuur valt de invloed van de warmtepomp onmiddellijk op. Vooral de impact op de ozonlaag is bijzonder hoog, wat voornamelijk veroorzaakt wordt door gebruik van CFK’s als koelmiddel. De invloed van warmtepompen met een duurzamer koelmiddel zou op dit vlak dan ook wat minder zijn. Niettemin blijft de warmtepomp een zeer negatieve impact vertonen wanneer alle facetten bekeken worden. Het onderzoek haalt wel aan dat er nog veel ruimte voor verbetering is door onderzoek, in tegenstelling tot bij de andere vier concepten. Een warmtepomp vandaag toepassen lijkt ecologisch gezien misschien niet de beste keuze, maar zonder verkoop zou er ook geen onderzoek gevoerd worden. De toekomst moet uitwijzen of deze naar een duurzame oplossing kan evolueren.

Figuur 11: Impact van een ELWP op het milieu in vergelijking met 4 basisscenario’s. Opgenomen uit[22].

2.4 Optimalisatie door vraagsturing 2.4.1 Nood aan vraagsturing Ventilatie is een bijzonder belangrijke bron van energieverbruik gebleken. Wanneer men de binnenluchtkwaliteit in acht neemt, is het echter niet nodig om constant op volle kracht te gaan ventileren. Een mindere bezetting van de ruimte leidt tot minder productie van afvalstoffen en dus minder nood aan ventilatie. Wanneer men de luchtkwaliteit in een ruimte door middel van sensoren kenbaar maakt, kan men beter inspelen op de ogenblikkelijke variaties om zo overbodige ventilatie

24

te vermijden en energie te besparen. Aan de hand van metingen in 13 landen is voor de residentiële en dienstensector onderzocht wat de warmteverliezen door ventilatie waren en wat de mogelijke besparing was door enkel met het minimumdebiet van 10l/s (of 3,6 m3/h) te gaan ventileren [7]. Het resultaat is te zien in Figuur 12. Er blijkt een besparing mogelijk van ongeveer 65%, wat als een optimum voor vraagsturing gezien kan worden. In het kader van dit onderzoek is echter niet enkel de binnenluchtkwaliteit van belang, maar ook de warmte die door de warmtepomp gerecupereerd kan worden. Hoe minder men gaat ventileren, hoe minder rendabel de ELWP ook zal worden.

Figuur 12: Mogelijke besparing door enkel met het minimumdebiet te ventileren. Opgenomen uit [7].

2.4.2 Systemen voor vraagsturing en hun invloed op het energieverbruik Wanneer men minder gaat ventileren, dalen zowel de warmteverliezen veroorzaakt door ventilatie als het energieverbruik nodig voor aandrijving van de ventilatoren. De gemeten invloed op het energieverbruik is evenwel sterk afhankelijk van de gebruikte parameters. Uit literatuuronderzoek in overzichtswerken blijkt dan ook dat de resultaten ver uit elkaar kunnen liggen. Zo geeft een eerste literatuurstudie [44] algemene besparingen van 20 tot 60% aan, afgeleid uit een studie van 9 metingen op woningen en appartementen uit diverse landen. Een tweede overzichtwerk [45] ging verder en onderzocht alle vormen van gebouwen. Hier werden dan ook meer uiteenlopende waarden van 5 tot 85% teruggevonden. Resultaten uit verschillende metingen zijn evenwel niet altijd even representatief vermits het energieverbruik van allerlei factoren afhankelijk is, zoals de toegepaste methode voor vraagsturing. Het blijkt dat door bepaalde (minder accurate) vormen van vraagsturing niet zozeer de warmtevraag zal veranderen, maar vooral het energieverbruik van de ventilatie [46]. De momenten waarop men kan besparen zijn namelijk meestal deze zonder bezetting en dus ook zonder warmtevraag. In wat volgt worden enkele courante soorten van sensoren overlopen en besproken naar hun mogelijke toepassing bij een warmtepomp op extractielucht. De minder courante systemen als VOC-sturing, partikelsensoren,… worden hier niet besproken vermits deze eerder specifieke toepassingen kennen en minder geschikt zijn voor standaardgebruik met een

25

warmtepomp op extractielucht. Voor meer informatie omtrent deze systemen wordt de lezer dan ook doorverwezen naar de hier genoemde bronnen.

2.4.2.1

Sturing door CO2-concentratie

Een eerste mogelijkheid om vraaggestuurd te gaan ventileren is door middel van CO2-detectie. Het gehalte aan CO2 in de lucht is namelijk een belangrijke parameter in de luchtkwaliteit en vormt de basis voor de verschillende IDA-binnenluchtkwaliteitsklassen. De CO2-sensor meet het gehalte in de ruimte en stuurt de ventilator aan om de concentratie te verlagen naar een vooraf ingestelde waarde. Het gehalte aan CO2 in een ruimte is niet enkel afhankelijk van de bezetting, maar ook van de inspanning die door een persoon geleverd wordt. Met deze inspanning komt ook een afgegeven hoeveelheid warmte overeen, zoals weergegeven in Tabel 8. Activiteit Metabolisme (Watt) CO2-productie (l/s) Zittend werk 100 0,004 Licht werk 150-300 0,006-0,012 Gemiddeld zwaar werk 300-500 0,012-0,020 Zwaar werk 500-650 0,020-0,026 Zeer zwaar werk 650-800 0,026-0,032 Tabel 8: Effect van menselijke activiteiten op warmte- en CO2-productie [47]. CO2-detectie lijkt een nuttige methode om in combinatie met een warmtepompboiler gebruikt te worden. De CO2-concentratie wordt voornamelijk veroorzaakt door aanwezigheid van mensen. Er wordt dus geventileerd op het ogenblik dat er vraag is naar de warmte uit de warmtepompboiler. Bovendien gaat met een grotere productie van CO2 ook een grotere productie van warmte gepaard die gerecupereerd kan worden in de warmtepomp. Dit type sensoren is onrechtstreeks ook een maat voor de geproduceerde warmte door personen en kan zo zeer nuttig te zijn in combinatie met warmteterugwinning op de extractielucht. Een bemerking kan zijn dat de ventilatie, en dus de warmtepomp, pas start te werken wanneer de personen al even aanwezig zijn in de ruimte. De verwarming zou dus initieel door een hulpsysteem moeten gebeuren. De binnentemperatuur is op dat moment waarschijnlijk nog steeds hoger dan de buitentemperatuur en de warmtepomp zou dus al rendabel kunnen zijn. Ook kunnen bij beperkte bezetting de zonnewinsten en de warmteproductie door elektronica gaan overheersen, zonder dat het ventilatiesysteem hierop reageert. De energiebesparing door CO2-sensoren is vrij gunstig. Uit simulaties werden besparingen ten opzichte van een gewoon systeem C van 20 tot 30% bekomen voor appartementen en tot wel 50% voor woningen [45]. Vergelijkbare besparingen bleken uit de eerder genoemde literatuurstudie [44], hoewel daar ook voor appartementen besparingen tot 50% gevonden werden. Deze reductie komt al dicht in de buurt van het eerder gedefinieerde optimum van 65%. Een factor die in het verleden vaak in het nadeel van CO2-sensoren uitviel was de prijs, maar door voortdurende door prijsdalingen was de prijs in 2001 op drie jaar tijd al gehalveerd tot ongeveer 250 euro [45], terwijl courante systemen vandaag 150 à 200 euro kosten [48]. In het buitenland vindt men deze soms zelfs voor 50 euro [45], dus de trend van prijsdalingen zal zich vermoedelijk voorzetten.

2.4.2.2

Sturing door relatieve vochtigheid

Een andere methode om ventilatie vraaggestuurd te laten verlopen is door het meten van de relatieve vochtigheid. Net als de CO2-concentratie verhoogt deze bij aanwezigheid van personen. Het

26

is belangrijk de relatieve vochtigheid in een ruimte te beperken om condensatie en schimmelvorming te voorkomen, wat de binnenluchtkwaliteit ten goede komt. De relatieve vochtigheid dient volgens de Europese norm beperkt te worden tot 30 à 70% [3]. De mogelijke concentraties zijn echter niet enkel afhankelijk van de bezetting, maar ook van de temperatuur. Hoe warmer de lucht, hoe meer waterdamp deze kan opnemen alvorens verzadigd te raken.

Figuur 13: Mollier – diagram. Opgenomen uit [44]. In het Mollier-diagram in Figuur 13 wordt de verzadigingswaarde van de lucht, zijnde de hoeveelheid waterdamp die een mengsel kan opnemen, uitgezet. Deze is voor bouwfysische toepassingen enkel afhankelijk van de luchttemperatuur. Men zou hieruit kunnen afleiden dat relatieve vochtigheidssensoren een aanwijzing geven voor de temperatuur. Het is echter niet het relatieve, maar het maximale vochtgehalte dat toeneemt wanneer de luchttemperatuur stijgt. De relatieve vochtigheid vormt de verhouding van de werkelijke vochtigheid tot de maximale. Op de grafiek is dan ook te zien hoe bij een constante dampdruk, de relatieve vochtigheid stijgt met een dalende temperatuur. Een hoge waarde voor relatieve vochtigheid kan met andere woorden bij elke temperatuur bereikt worden en is op zich dus geen eenduidige indicator voor de warmte-inhoud van de lucht. Er bestaan echter ook absolute vochtigheidssensoren [44], maar zonder kennis van de relatieve vochtigheid is het ook hier moeilijk een eenduidige relatie met de temperatuur op te stellen. Bovendien wordt de relatieve vochtigheid binnen beïnvloedt door deze in de buitenomgeving [45] en allerlei niet-persoonsgebonden polluenten waardoor relatieve vochtigheid in de binnenruimte moeilijk te linken is aan de bezettingsgraad [46]. Wanneer de ruimte niet bezet is zal er ook geen vraag naar sanitair warm water of verwarming zijn en zal de onttrokken warmte door de warmtepomp mogelijks langdurig opgeslagen moeten worden, wat tot verliezen leidt. Reducties in het energieverbruik blijken volgens de aangehaalde bronnen evenwel in dezelfde lijn te liggen als voor CO2-sensoren en dit voor een lagere kostprijs. Doordat deze minder accuraat zijn wanneer men voornamelijk bezetting en temperatuur wil weten, zijn deze dus minder geschikt voor toepassing met een warmtepomp. Niettemin is toepassing in natte ruimtes als badkamers wenselijk omdat daar de luchtkwaliteit vooral onder de hoge vochtigheidsgraad kan lijden. Een mogelijke oplossing voor

27

andere ruimtes zijn de systemen waarbij zowel een relatieve vochtigheidssensor als een temperatuurssensor ingebouwd wordt.

2.4.2.3

Aanwezigheiddetectie

Een eenvoudige manier van vraaggestuurd ventileren is het toepassen van aanwezigheidsdetectie. Deze sensor registreert beweging in een ruimte en stuurt op basis hiervan de ventilatie aan. Toepassing met een warmtepomp kan aldus nuttig zijn aangezien hier zeer direct ingespeeld wordt op aanwezigheid en dus op de vraag naar sanitair warm water en/of verwarming. Het systeem registreert echter enkel of iemand aanwezig is, maar niet hoeveel personen dit zijn. Veel mogelijkheden naar besparing gaan hier dus verloren omdat de binnenluchtkwaliteit op zich niet gemeten wordt. De energiewinsten blijken dan ook nog niet half zo hoog te liggen als bij sturing door CO2-concentratie of relatieve vochtigheid [46].

2.4.2.4

Timers

Vraaggestuurd gaan ventileren met behulp van timers wordt vaak toegepast wanneer men te maken heeft met een zeer regelmatige bezetting. Een voorbeeld hiervan is een school, waarbij men met zekerheid weet wanneer de klassen al dan niet bezet zijn. Ook bij functies als zorginstellingen of gevangenissen kan deze methode nuttig zijn, aangezien de vaste bezetting en deze door personeel meestal op voorhand gepland zijn. Het besparingspotentieel hangt in dit geval uiteraard af van het percentage van de tijd waarin de installatie uitgezet wordt. De toepassing met warmtepompen biedt zeker mogelijkheden, aangezien met de bezetting ook de grootste warmtewinsten en het verbruik gepland zijn.

2.4.2.5

Manuele regeling

Bij manuele regeling dienen de gebruikers zelf het systeem aan en uit te zetten. Uit onderzoek blijkt dat personen toleranter zijn ten opzichte van schommelingen in het comfortniveau wanneer ze hier zelf een invloed op hebben [45]. Dit is gunstig voor de verwarmingsbehoefte, maar de luchtkwaliteit bij deze systemen blijkt vaak ondermaats te zijn. Gebruikers denken er namelijk zelden aan het systeem aan te zetten of laten het bewust niet werken om energie te besparen [44]. Dit systeem zal hier bijgevolg niet verder behandeld worden.

2.4.2.6

Beschikbare vraaggestuurde ventilatiesystemen

Wanneer men gaat kijken naar enkele op de markt beschikbare ventilatiesystemen, kan een ruwe schatting van de relatieve (theoretische) energiebesparing afgeleid worden aan de hand van de E-peil punten die een installatie toegewezen krijgt. Enkele systemen werden opgenomen in Tabel 9, met inbegrip van de kostprijzen. Een niet-vraaggestuurd systeem C zou ter vergelijking ongeveer 2000 euro kosten [49]. Hoe meer E-punten een installatie krijgt, hoe energiezuiniger deze is. De resultaten dienen evenwel zeek kritisch aanschouwd te worden vermits de energieberekening het resultaat vormt van politieke besluiten en dus hiaten vertoont. Bovendien hebben de systemen vaak nog andere parameters die het E-peil beïnvloeden. Niettemin kan het nuttig zijn als vergelijkingsmateriaal. Ook uit Tabel 9 blijkt dat CO2-sensoren een zeer gunstige invloed op het verbruik hebben. Door naast relatieve vochtigheid ook de temperatuur te meten worden ook voor RH-sensoren goede resultaten bekomen, voornamelijk omdat hierdoor de beperkte temperatuursen bezettingsafhankelijkheid gecompenseerd wordt.

28

Aanwezigheid

RH

Renson C+

x

x

Renson C+ Evo

x

x

Duco Comfort C DucoTronic C

x

x

CO2

Temperatuur

E-peil verlaging

10 – 12 punten x

15 – 17 punten (woning) 20 - 22 punten (appartement) 16 punten

Prijs (€ excl. BTW) 2500 3000 3000 3500

2500

x x x 21 punten 4500 * Bijkomende jaarlijkse onderhoudskost: €300 Tabel 9: Vergelijking van impact van vraagsturing op het E-peil bij verschillende op de markt beschikbare systemen [25, 49].

2.4.3 Luchtkwaliteit versus warmtewinsten Wanneer men de ventilatie vraaggestuurd laat verlopen bij een ventilatiesysteem met ELWP is het belangrijk niet enkel rekening te houden met de vereiste binnenluchtkwaliteit, maar ook met de invloed op het rendement van de warmtepomp. Ook het al dan niet aanwezig zijn van personen in de ruimte is een belangrijke factor, vermits deze de opgewekte warmte dienen te verbruiken. De beste oplossingen voor combinatie met een warmtepomp blijken een CO2-sensor en voor bepaalde toepassingen een timer. In verdere simulaties zal dan ook vooral hier de focus op gelegd worden, evenwel in combinatie met bijvoorbeeld RH-sensoren voor de vochtige ruimtes. De vraag rijst echter of men niet meer warmte uit de binnenlucht kan halen door meer te ventileren dan noodzakelijk is voor de luchtkwaliteit. Hoewel een constant luchtdebiet over de warmtepomp verzekerd kan worden door naast binnenlucht ook buitenlucht aan te zuigen, wordt een hoog rendement bij lage buitentemperaturen namelijk vooral verzekerd door voldoende warme binnenlucht aan te zuigen. Men dient evenwel de bemerking te maken dat de terugwinning die hier plaatsvindt noodzakelijk is om de verliezen door ventilatie te compenseren. Wanneer men de ventilatie zou laten sturen door de warmtevraag in de warmtepomp, zou het debiet opgevoerd worden met extra verliezen tot gevolg. De warmtepomp zou zo opnieuw een grotere vraag krijgen, met opnieuw een groter debiet en grotere verliezen tot gevolg. Het systeem lijkt zichzelf tegen te werken [49]. De periode waarin overgeventileerd wordt dient dus beperkt te worden tot deze waarin geen nood is aan verwarming. Gedurende deze periode zal de temperatuur van de buitenlucht echter enkel verschillen van de binnenlucht door de interne warmtewinsten. De bijkomende winst door dit verschil moet dus opwegen tegen het extra ventilatorverbruik om alle lucht doorheen het hele huis te blazen. Bovendien zou de toenemende luchtstroom een negatieve invloed op het comfort van de bewoners hebben. Het lijkt beter om de het bijkomende debiet uit de buitenlucht te halen. Algemeen kan men dus stellen dat de beste methode erin bestaat in het gebouw enkel de debieten te realiseren die nodig zijn voor een voldoende luchtkwaliteit en de eventuele bijkomende benodigde lucht voor de ELWP van buitenaf aan te zuigen.

29

2.5 Economische aspecten 2.5.1 Op de markt beschikbare ELWP's Een belangrijke parameter in een rendabiliteitsanalyse is de aankoopprijs. Algemeen lijkt de ELWP een vrij dure investering. Ten opzichte van andere warmtepompen is het dubbele tot driedubbele van de prijs per eenheid geïnstalleerd vermogen geen uitzondering [33]. De COP ligt echter typisch hoger door de hogere brontemperatuur, wat de gebruikskosten doet dalen. Bovendien is in de prijs vaak een boilervat inbegrepen. De investeringskost kan bijgevolg niet zonder meer met deze van een gewone warmtepomp vergeleken worden. Wanneer de beschikbare systemen op de Belgische markt onderzocht worden, valt onmiddellijk op hoe het aanbod in warmtepompen en warmtepompboilers op extractielucht zich beperkt tot kleine vermogens en dus residentiële toepassingen. Verschillende toestellen met bijhorende kostprijs staan opgelijst in Tabel 10. De info, voornamelijk qua prijzen, werd in hoofdzaak bekomen via correspondentie met de verschillende fabrikanten. Om steeds een referentiekader voor de COP te hebben, werden ook de lucht- en watertemperaturen waarbij gemeten werd weergegeven. In de regel wordt A15/W45 gebruikt met een luchttemperatuur van 15°C en een wateropwarming van 15 tot 45°C. In de twee voorlaatste kolommen wordt het werkingsbereik van de toestellen getoond. De prijs wordt in de laatste kolom weergegeven. Gemiddeld bedraagt deze 2715 euro exclusief BTW. Technische fiches van enkele van deze toestellen zijn in bijlage I te vinden. Er werd slechts één fabrikant gevonden die een toestel produceert dat naast sanitair warm water (SWW) ook voor ruimteverwarming (RVW) dienst kan doen. Dit toestel van Stiebel-Eltron beschikt over een bijkomende buitenunit om aldus een voldoende groot debiet te kunnen realiseren zonder te moeten overventileren in de woning. Ook deze installatie blijft wel beperkt tot residentiële toepassingen. Enkel bij de firma CIAT zijn grotere toestellen te vinden, en dan enkel voor sanitair warm water. Deze worden typisch gebruikt in functies als zorgtehuizen, hotels,… Wanneer men recuperatie op afvoerlucht van grotere gebouwen wil toepassen voor verwarming, gebeurt dit totnogtoe door een gewone lucht-water warmtepomp dicht bij de afvoer van de ventilatielucht te plaatsen. De omgevingslucht bij de warmtepomp wordt zo plaatselijk verwarmd, met een (licht) hoger rendement tot gevolg. Voorbeelden zijn de school VTI te Waregem, en het op dit ogenblik nog te realiseren Greenbridge project te Oostende [31]. Voor technische gegevens en kostprijzen dient dan ook naar gewone lucht-water warmtepompen verwezen te worden. De specificaties van enkele systemen worden in Tabel 11 weergegeven. De gebruikte referentiewaarde is meestal A7/W45. Voor een temperatuursbereik wordt geen waarde opgegeven vermits dit bij buitenopstelling steeds zeer breed is. Opvallend is het verschil in de prijs per vermogenseenheid tussen beide tabellen. Waar een ELWP 1000 tot 2000 euro per kW vermogen kost, is dit voor een gewone lucht-water warmtepomp slechts 200 tot 1000 euro per kW. De hoogste prijzen gelden telkens voor lage vermogens, de laagste voor de grootste vermogens. Het verschil in kostprijs tussen een gewone warmtepomp en een ELWP wordt grotendeels door het boilervat met bijkomend verwarmingselement veroorzaakt. De kostprijs voor alle installaties samen in het gebouw zou dus ongeveer gelijk moeten zijn.

30

Model

Dimplex BWP 30H BWP 30HLW AWP 30HLW LWP 300W

S R Ref. W V meting W W

Vermogen WP (+hulp) (kW)

COP

Vat (l)

Debiet (m3/h)

Vent. (W)

Tlucht (°C)

Twater* (°C)

Prijs (€) (excl. BTW)

x x

A15/W45 A15/W45

1,87 (+1,5) 1,87 (+1,5)

3,5 3,5

300 290

450 450

-

8 - 35 8 - 35

23 - 60 23 - 60

2305 2411

x

A15/W45

1,87 (+1,5)

3,5

290

450

-

8 - 35

23 - 60

2729

x

A20/W45

1,59 (+1,5)

3,4

290

120/185/ 230

15/28/ 45

15 - 30

23 - 60

3123

A15/W45 A2/W45

1,52 (+1,5)

3,54 2,6

285

Max. 250

-

2 - 35

Max 55

2914

-

6 (+2,6-8,8)

-

-

-

-18 - 30

Max 60

-

-

15 - 30

Max 60

-

Viessmann Vitocal x 160-A Stiebel-Eltron LWA 403 x (met buitenunit) LWA 252 Camair B200 B300 Ariston Nuos 200

x

-

1,4 (+1,5)

-

300

Ventilatie 110 – 280 Totaal 1000 70 - 290

x x

A15/W45 A15/W45

3 (+1,5) 3 (+1,5)

3,8 4

200 300

Vast 650 Vast 650

-

-

Max 65 Max 65

2570 3000

x

2,8 (+1)

300 - 500

-

-5 - 35

62

2782

x

3,7 3,3 3,7 3,3

200

Nuos 250

A15/W45 A7/W45 A15/W45 A7/W45

250

300 - 500

-

-5 - 35

62

2965

Coolwex DSW300

x

A15/W45

3,0 (+3,0)

3,6

300

400/450/ 500 (I.B.)

80

-7 - 43

-

2510

x

A15/W60

2,34 (+2,0)

3,55

260

450 (I.B.)

-

-7 - 43

10 - 60

2650

A7/ W15/51 A15/ W15/51

1,4 (+1,8)

3,1

270

-

-

-5 - 35

-

2619

A22/ W50/55 A22/ W50/55 A22/ W50/55

10 ,33

3,57

/

2000

160

-

-

-

18,03

3,64

/

3500

350

-

-

-

31,62

3,51

/

5500

660

-

-

-

ATC AX-7 Thermor Aéromax 3

CIAT Ecociat 30V

x

Ecociat 60V

x

Ecociat 90V

x

x

2,8 (+1,5)

3,8

I.B.: Inclusief Buitenlucht *Sanitair warm water wordt door het inwendige hulpsysteem bijgewarmd tot 60 of 65°C, en tot 85°C voor de Camair systemen.

Tabel 10: Overzicht van de beschikbare ELWP’s op de Belgische markt.

31

Slechts voor één warmtepompboiler werden waarden voor het ventilatorverbruik meegegeven. Opmerkelijk is dat de ventilatoren in verschillende standen een verbruik van slechts 0.13, 0.15, en 0.20 W/(m3/h), wat steeds maximaal SFP2 is. Het toenemende verbruik van de ventilatoren door het aansluiten van een warmtepomp wordt dus in zekere zin geneutraliseerd door het gebruik van vrij performante eenheden. Fabrikant

Ref. meting

Vermogen (kW)

COP

Prijs (€ excl.BTW)

Prijs per vermogenseenheid (€/kW)

Viessmann

A7/W35 A7/W35

9 19,5

3,8 3,8

10654 12931

1183,778 698,973

Stiebel-Eltron

A7/W45 A7/W45

10,5 14,5

3,7 3,8

8312 8877

791,619 612,2069

Camair

A7/W45 A7/W45 A7/W45 A7/W45 A7/W45 A7/W45 A7/W45

6,5 7,9 8,9 11,3 20,2 61,6 152,9

3,84 3,99 4,12 3,76 3,54 2,35 4,29

7935 8280 8970 3815 5081 11834 28747

1220,769 1048,101 1007,865 337,6106 251,5347 192,1104 188,0118

CIAT

A7/W45 A7/W45 A7/W45 A7/W45 A7/W45

10,1 20,8 63,5 107,5 149,1

3,48 3,65 3,78 3,75 3,91

4863,52 10181,69 17518,21 28402,94 35923,31

481,5366 489,5043 275,8773 264,2134 240,9343

A7/W45 18 3,8 4710 261,6667 A7/W45 18 3,4 7245 402,5 Daikin A7/W45 69,6 2,4 18461 265,2443 A7/W45 101 2,1 26285 260,2475 A7/W45 150,8 2,3 32047 212,5133 Tabel 11: Overzicht van een aantal lucht-water warmtepompen op de Belgische markt [39]. In de bespreking van de te benutten energie werd aangegeven dat de maximale te onttrekken warmte bepaald wordt door de temperatuur tot waar men kan afkoelen. In realiteit wordt de gerecupereerde warmte ook door het vermogen van de warmtepomp bepaald. Indien dit zeer laag is, kan niet alle energie uit de ventilatielucht benut worden. Aangezien, zeker voor woningen, het ventilatiedebiet typisch vrij beperkt is, zou dit echter geen probleem mogen vormen.

2.5.2 Subsidies voor de ELWP Subsidies kunnen door een verlaging van de kostprijs een bijkomende stimulans voor de aankoop van een installatie betekenen. Voor een analyse op lange termijn is het echter nodig rekening te houden met het feit dat deze zeer variabel zijn. Dit werd nog maar eens bewezen nadat in de Belgische regeringsonderhandelingen van 2011 besloten werd de subsidies voor duurzame gebouwen op verschillende fronten in te trekken. Het lijkt dan ook beter een objectieve benadering toe te passen

32

en in eerste instantie te rekenen alsof de subsidies onbestaande zijn. Bovendien worden in een nieuwbouw geen subsidies verschaft voor installaties op zich, maar voor de verlaging van het E-peil dat deze teweegbrengen. In Tabel 12 worden de mogelijkheden voor nieuwbouw woongebouwen opgelijst. Om een correcte impact te kunnen becijferen, zouden alle parameters van een specifiek gebouw verrekend moeten worden. Een benadering zou er in kunnen bestaan om het aantal Epeilpunten dat de installatie teweegbrengt te vermenigvuldigen met de subsidie per Epeilpuntverbetering. Voor de ELWP is echter nog geen normberekening vastgesteld om de invloed op het E-peil via gelijkwaardigheid te bepalen. Het opstellen hiervan valt buiten het bereik van deze studie. Ook om deze reden zullen subsidies verwaarloosd worden. Type Woningen

E-peil Subsidie E60 – E41 1000 euro voor E60 en 40 euro extra per E-peilpuntverbetering E40 – E0 1800 euro voor E40 en 50 euro extra per E-peilpuntverbetering Appartementen E60 – E41 400 euro voor E60 en 20 euro extra per E-peilpuntverbetering E40 – E0 800 euro voor E40 en 30 euro extra per E-peilpuntverbetering Tabel 12: Subsidies voor installaties en isolatie in nieuwbouw vanaf 1 januari 2011 [50].

2.5.3 Analytische tools voor een rendabiliteitsanalyse Om het rendement van een installatie volledig te kunnen plaatsen, is het nodig de effecten over een langere termijn te bekijken. Een hoge initiële kost kan gecompenseerd worden door grotere besparingen op lange termijn. Bij het uitvoeren van de economische analyse zal dan ook voornamelijk naar de effecten op langere termijn verwezen worden.

2.5.3.1

Total Cost of Ownership of TCO

Bij een kostenanalyse is het noodzakelijk zowel de investeringskost als de mogelijke onderhouds- of gebruikskosten in rekening te brengen. De Total Cost of Ownership of TCO geeft de volledige kosten weer die een gebruiker ondervindt over de levensduur van een installatie [51, 52]. Deze is zoals eerder bepaald 20 jaar voor zowel ventilatie als warmtepomp. Men kan verwachten dat de bewoner gedurende deze tijdsperiode in de woning blijft. Wanneer de TCO op het einde van de levensduur bekeken wordt, moeten bij de investeringskost ook de interesten verrekend worden. Het geld dat geïnvesteerd werd zou anders namelijk rente gegenereerd hebben die nu verloren gegaan is. Formule (6) geeft aan hoe de verrekening naar de toekomst moet gebeuren. Als waarde voor de jaarlijkse rente kan bijvoorbeeld 3% genomen worden. Een betere oplossing bestaat er echter in deze te laten variëren zodat een spectrum aan realistische toekomstbeelden onderzocht wordt. (6) Met: Y = waarde met opgenomen rente X = oorspronkelijke waarde n = aantal jaar waarover rente verrekend wordt r = jaarlijkse rente

33

2.5.3.2

Net Present Value

De Net Present Value of NPV geeft weer hoeveel een consument vandaag door een aangekochte installatie kan besparen die vooral in de toekomst moet renderen [51]. De waarde wordt berekend door de toekomstige cashflows, die in dit kader gezien kunnen worden als besparingen en gebruikskosten, te verdisconteren naar vandaag en hier de initiële investering van af te trekken. Dit is weergegeven in formule (7). Deze analyse is handig voor de consument omdat deze zo de totale besparing kan zien tegenover de huidig geldende normen. (7) Met: n = aantal jaar waarover verdisconteerd wordt t = verdisconteringsfactor (bijvoorbeeld de rente)

2.5.3.3

Payback Period

Een nuttige tool voor de consument is de payback period op terugbetaaltijd [51]. Dit is namelijk dé factor waarmee bedrijven gebruikers proberen te overhalen om een installatie aan te schaffen. Een mooi voorbeeld hiervan is de grote populariteit van zonnepanelen nadat de terugverdientijd drastisch verminderde (zij het dan door subsidies). Hoewel in dat specifieke geval de installatie ook zelf geld opbracht, kan ook voor een ELWP de analyse gemaakt worden. De terugverdientijd wordt dan gedefinieerd als de tijdsduur waarna een installatie de volledige investeringskost terugbetaald heeft door de gerealiseerde besparingen. Een realistische berekening van de payback period kan eruit bestaan de hiervoor gedefinieerde methodes te integreren zodat een terugverdientijd ontstaat die rekening houdt met de mogelijke parameters en evoluties. Dit zal dan ook gebruikt worden bij de rendabiliteitsanalyse van de ELWP.

2.6 Situering onderzoek De stelling uit de inleiding dat grotere functies door hun schaalvoordeel en de continuïteit in vraag en aanbod werd bevestigd in paragraaf 2.3.4.1 van de literatuurstudie. Er werd echter slecht één (beperkt) onderzoek teruggevonden om dit te staven. Verder onderzoek lijkt hier noodzakelijk. De doelstelling om naast woningen een bijkomende analyse naar zorgtehuizen en scholen uit te voeren blijkt dus gerechtvaardigd. Een zorgtehuis kent namelijk een zo goed als continue bezetting. Uit het profiel voor sanitair warm waterverbruik bleek bovendien ook dat de piek in de vraag veel breder uitgespreid is over de dag dan bij woningen. Men kan hier dus een betere correlatie tussen de vraag en het aanbod verwachten. Dit zal ook het geval zijn voor de vraag naar verwarming. In een school is dit zelfs nog meer uitgesproken. Dit gebouw is op vaste tijdstippen bezet en onbezet. De verwarming zal dus enkel op regelmatige tijdstippen gevraagd worden die bovendien gelijklopen met de programmatie van de ventilatie. Hier kan men een hoge performantie verwachten. Het onderzoek focust zich dus in belangrijke mate op de samenhang tussen vraag en aanbod. Het aanbod bestaat uit de ventilatielucht, eventueel gemengd met buitenlucht. Omdat energiezuinigheid nagestreefd wordt, is het nodig rekening te houden met de vraagsturing van de ventilatie aangezien deze de grote verliezen sterk beperkt. Dit is vooral bij woningen het geval 34

aangezien men hier met een zeer variabele bezetting te maken heeft en het ventilatiesysteem moeilijk optimaal geprogrammeerd kan worden. In de simulaties zal bijgevolg rekening gehouden worden met vraagsturing, die zoals uit de literatuurstudie bleek best voornamelijk uit CO 2-detectie bestaat. Deze kan mogelijk wel zeer nadelige gevolgen hebben voor de rendabiliteit van de ELWP. De vraag langs de andere kant wordt bepaald door de nood aan ruimteverwarming en/of sanitair warm water. De eerste is makkelijk te becijferen, terwijl voor de tweede profielen gevonden werden. Bij woningen betrof dit echter een piekprofiel, opgesteld om bijvoorbeeld een installatie te dimensioneren. Voor de economische analyse is het echter nuttig om ook een werkelijk profiel te beschouwen. Om deze reden kan het zinvol zijn metingen uit te voeren om een profiel van sanitair warm waterverbruik op te stellen. Het gebruik van een realistisch profiel is belangrijk aangezien dit de rendabiliteit van de installatie sterk kan beïnvloeden. Bij het opstellen van een model moet namelijk ook rekening gehouden worden met het feit dat de COP van de warmtepomp daalt met stijgende watertemperatuur. Hoe meer water men aftapt, hoe lager de temperatuur in het boilervat zakt en hoe lager men de werkingstemperatuur van de warmtepomp kan inzetten. Een hulpsysteem kan het vat verder opwarmen, maar de warmtepomp moet nog steeds een substantieel deel van de vraag verzorgen. Wat het gebruik van de ELWP voor de combinatie van sanitair warm water en ruimteverwarming betreft, werden tegenstrijdige resultaten teruggevonden. Verder onderzoek lijkt ook hier noodzakelijk. Met betrekking tot het rendement van een ELWP werden dus wel enkele resultaten teruggevonden, maar deze schetsten zelden een volledig beeld. Zo wordt de watertemperatuur waarmee gewerkt is niet altijd vermeld. Aangezien deze laatste een wezenlijke invloed op het systeem heeft, lijkt het naast een simulatie ook zinvol bijkomende metingen op warmtepompboilers uit te voeren om dit fenomeen beter in kaart te brengen. Daarnaast houdt men meestal enkel rekening met het verbruik, maar zelden met de overeenkomstige kostprijs en inflatie. Bij onderzoek waar dit wel gebeurde, rekende men het gehele ventilatiesysteem mee in de kostprijs., met als gevolg een weinig rendabel systeem. Dit lijkt echter niet aangewezen aangezien de ventilatie steeds nodig is voor de binnenluchtkwaliteit en op zichzelf dus niet rendabel hoeft te zijn. Het lijkt dan ook zinvol een eigen rendabiliteitsanalyse uit te voeren.

35

3 Metingen 3.1 Methodologie Om naast een theoretische weergave van de rendabiliteit van een ELWP ook na te gaan hoe goed het systeem in situ presteert, werden verschillende metingen uitgevoerd op bestaande woningen en opstellingen in een labo. Hierbij kunnen de woningen het meest realistische beeld geven van de besparing, maar het gaat dan wel om een specifiek gebruikersprofiel. Bovendien is het niet steeds mogelijk bepaalde gewenste invloeden, zoals de buitentemperatuur, te onderzoeken. De meting is namelijk beperkt in de tijd en niet alle variaties komen aan bod. Daarom worden de metingen ook aangevuld met simulaties. Deze laatste kunnen dan getoetst worden aan de meetwaarden om na te gaan of het bekomen resultaat strookt met de realiteit. De metingen in situ vonden plaats in twee woningen. Beiden zijn in België gelegen, de ene in de stad Tongeren en de andere in de gemeente Maldegem. De eerste woning heeft een bezetting van twee personen, in de tweede woont een gezin met één kind. In beide woningen wordt de extractielucht gebruikt om sanitair warm water op te warmen. Met behulp van een logger tussen de stekker en het stopcontact werd telkens het verbruikte vermogen opgemeten. Deze meet en registreert de spanning en de stroomsterkte, waaruit het opgenomen vermogen berekend wordt. De ventilatiedebieten werden gemeten met een Flowbox. Deze wordt over de ventilatie-opening geplaatst en meet het resulterende drukverschil tussen de lucht in de box en deze erbuiten. Hieruit wordt het debiet afgeleid. Voor de woning te Maldegem werd ook de luchttemperatuur opgemeten. Dit gebeurde door aan de binnenzijde van het kanaal net voor en net na de warmtepomp een temperatuurlogger te bevestigen. Het rendement zelf van de warmtepomp werd bepaald door deze op verschillende standen te laten werken. Zo werkte tijdens de eerste periode enkel de elektrische weerstand en tijdens een tweede periode enkel de warmtepomp. In de woning te Maldegem werden ook de situaties onderzocht waar beide samenwerken aan verschillende temperaturen. Aan de hand van de verschillen in verbruik tussen de standen kan men de performantie van het systeem bepalen. De metingen in het labo gebeurden niet door de auteur van deze thesis, maar werden in een simultaan onderzoek uitgevoerd, namelijk dit van Olivier De Cock en Dieter Dhaeze [1]. Hierbij werd een ELWP samengesteld die zowel binnen- als buitenlucht kan gebruiken. Met behulp van een koeler werd de invloed van de buitentemperatuur onderzocht. Het doel is na te gaan wat de efficiëntie van de warmtepomp is bij bepaalde samenstellingen van het luchtdebiet. Op deze manier kunnen aanbevelingen gedaan worden naar een bepaalde ventilatiestrategie teneinde het rendement van de ELWP te maximaliseren. Voor de resultaten wordt naar de bijhorende thesis [1] verwezen.

36

3.2 Metingen in situ 3.2.1 Woning Tongeren De eerste case betreft een nieuwbouwwoning te Tongeren. Het huis wordt geventileerd met een ventilatiesysteem C waarvan de afvoerlucht in een ELWP gebruikt wordt voor het opwarmen van sanitair warm water. De gezinssamenstelling en het overeenkomstige verbruik zijn weergegeven in Tabel 13. Het gemiddeld verbruik in liter per dag voor het gezin werd bepaald door analyse van verbruiksprofiel in Watt. De gebruikte methode hiervoor komt aan bod wanneer de metingen voor sanitair warm water geanalyseerd worden (zie verder). Tabel 14 geeft de kenmerken weer voor de ELWP. Het betreft een systeem van fabrikant Dimplex waarvan de technische productfiche opgenomen is in bijlage I. Dit toestel beschikt over een interne weerstand die de warmtepomp moet aanvullen bij tekorten of lagere werkingstemperaturen dan de insteltemperatuur van het boilervat. In de tabel wordt de vergijking gemaakt tussen het luchtdebiet die de warmtepomp volgens de specificaties zou moeten krijgen en het opgemeten debiet dat in realiteit door de afvoerroosters weggezogen werd. Men merkt dat er een aanzienlijk verschil tussen de twee waarden bestaat. Vermoedelijk trekt de warmtepomp door allerlei lekken in het kanalenstelsel echter nog bijkomende lucht naar zich toe. Het werkelijk geleverde luchtdebiet ligt dus waarschijnlijk tussen de twee waarden in. De maximale insteltemperatuur aan waterzijde voor de warmtepomp bedraagt volgens de technische productfiche (bijlage I) 60°C. Uit correspondentie met de fabrikant [53] bleek echter dat de werkingstemperatuur van de warmtepomp doorgaans 1 à 2°C hoger ligt om het boilervat via de warmtewisselaar efficiënt op te warmen. De technische fiche geeft dit ook aan door een tolerantie van 1,5°C op te geven. Dit ligt in lijn met de maximale werkingstemperatuur van 62°C die door andere fabrikanten als Ariston (bijlage I) meegegeven wordt. Gezinskenmerken woning Tongeren (2 personen) Geslacht Geboortejaar Aantal douches per week Doucheduur M 1965 10 10 min V 1971 6 10 min Tabel 13: Bezetting en verbruik voor de woning te Tongeren.

Gemiddeld verbruik 64 l/dag

Installatie woning Tongeren Type ELWP Dimplex LWP 300 Vermogen ELWP 1,6 kW Vermogen weerstand 1,5 kW Inhoud boilervat 290 liter Gevraagd luchtdebiet 230 m³/h Gemeten luchtdebiet 137 m³/h (zonder lekken) Tabel 14: Kenmerken van de ELWP voor de woning te Tongeren. De metingen voor de installatie te Tongeren gebeurden voor twee verschillende instellingen van het systeem. In een eerste periode werd de warmtepomp uitgeschakeld en werd het boilervat enkel door de inwendige elektrische weerstand (EW) op 60°C verwarmd. Dit dient als basis voor de vergelijking. In een tweede periode werd deze weerstand dan uitgezet en werd de warmtepomp ingeschakeld met de werkingstemperatuur van 62°C. Het dagverbruik in kWh voor deze twee periodes is weergegeven in Figuur 14.

37

Dagverbruik zonder en met ELWP (kWh) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

EW 60 ELWP 62

Figuur 14: Dagverbruik in kWh voor sanitair warm water in de woning te Tongeren, met en zonder ELWP. Op de figuur is duidelijk het verschil te zien tussen de periodes met en zonder ELWP. Het gemiddelde verbruik voor de periode met elektrische weerstand bedraagt 6,60 kWh per dag. Dit voor de periode met ELWP bedraagt 4,13 kWh per dag, een besparing van 37,4%. Dit zou de SPF op een waarde van slechts 1,60 brengen, een povere prestatie. Men merkt echter dat er zich variaties voordoen in het dagelijks verbruik. Het negeren van de piek in het verbruik op 11/01/2012, brengt het gemiddelde voor de ELWP op 3,91 kWh per dag en de SPF op 1,69. Deze waarde blijft nog steeds ruim onder de nodige SPF van 2,5 voor een rendabel systeem. Dit kan eventueel aan een ander verbruiksprofiel tijdens de eerste periode liggen. De bewoners gaven echter aan niets aan hun gewoontes gewijzigd te hebben toen het systeem op elektrische weerstand werkte. Men kan echter niet uitsluiten dat de psychologische drempel die veroorzaakt werd door de kennis van het hogere verbruik ertoe geleid heeft dat de bewoners toch spaarzamer omgingen met het water. In Figuur 15 wordt het gemiddelde verbruiksprofiel in Watt weergegeven. Aangezien het een gemiddelde over de periode betreft, moet men deze waarden zeker niet als een absoluut verbruik zien. Het doel van de grafiek is eerder aan te geven hoe het verbruiksprofiel gespreid is over de periode.

Profiel ELWP 62°C (W) 1000

800

800

600

600

400

400

200

200

0

0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

1000

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

Profiel EW 60°C (W)

Figuur 15: Gemiddeld verbruiksprofiel in Watt in functie van de tijd voor de twee opgemeten periodes in de woning te Tongeren. 38

Men merkt dat de grafieken vrij verschillend zijn. Op zich is het normaal dat de twee periodes een lichte afwijking zouden vertonen, aangezien de systemen op een verschillende manier werken. De elektrische weerstand levert namelijk regelmatig en kortstondig energie, terwijl de warmtepomp met grote tussenpozen langdurig werkt. Niettemin merkt men toch dat het tijdstip waarop de pieken in het verbruik plaatsvinden, geen goede overeenkomst vertonen tussen de twee periodes. De relatief lage besparing die door het systeem gerealiseerd wordt is hier dus waarschijnlijk (deels) aan een verschil in het verbruiksprofiel te wijten.

3.2.2 Woning Maldegem Ook in de tweede case, de nieuwbouwwoning te Maldegem, wordt een ELWP gebruikt voor de opwekking van het sanitair warm water. Het ventilatiesysteem is hier een systeem C waarbij de verse lucht niet door toevoerroosters aangezogen wordt, maar door kanalen. Het gaat namelijk om een systeem D waar (nog) geen ventilator tussen het aanvoercircuit geplaatst werd. Tussen aan- en afvoer werd bovendien geen warmtewisselaar toegepast, waardoor de woning zeker in aanmerking komt voor een meting op de ELWP. Tabel 15 toont de gezinssamenstelling en het verbruik voor de woning. Het gaat hier om een iets groter verbruik dan in de woning te Tongeren, hoewel het totaal aantal douchebeurten daar hoger was. De duurtijden van de douches zijn echter gebaseerd op eigen inschattingen van de bewoners, dus deze kunnen in realiteit wel wat variatie vertonen. Tabel 16 geeft de kenmerken van de installatie weer. Het gaat opnieuw om een toestel van fabrikant Dimplex, maar een ander model. Ook dit toestel komt voor in de technische fiche in bijlage I. Merk op dat hier een nog groter verschil bestaat dan in de woning te Tongeren tussen de meetwaarde voor het luchtdebiet en hetgeen de warmtepomp eigenlijk zou moeten krijgen. Dit kan mogelijk invloed hebben op het rendement. Gezinskenmerken woning Tongeren (3 personen) Geslacht Geboortejaar Aantal douches per week Doucheduur M 1963 3 10 min V 1963 4 10 min M 1988 6 15 min Tabel 15: Bezetting en verbruik voor de woning te Maldegem.

Gemiddeld verbruik 79 l/dag

Installatie woning Maldegem Type ELWP Dimplex BWP 30 HLW Vermogen ELWP 1,9 kW Vermogen weerstand 1,5 kW Inhoud vat 290 liter Gevraagd luchtdebiet 350 m³/h Gemeten luchtdebiet 106 m³/h (zonder lekken) Tabel 16: Kenmerken van de ELWP voor de woning te Maldegem. De metingen op de woning te Maldegem gebeurden iets uitgebreider dan in Tongeren. Zo werden naast de werking met enkel weerstand op 60°C of enkel warmtepomp op 62°C ook enkele scenario's daar tussenin geëvalueerd. Bij deze ligt de werkingstemperatuur van de warmtepomp lager dan 62°C, namelijk op 50 en 55°C De interne elektrische weerstand warmt het boilervat dan verder op tot 60°C. Daar het toestel niet over exacte aanduidingen beschikte, gaat het hier over geschatte instellingen. De effectieve werking bij de insteltemperatuur van 50°C ligt echter wel met zekerheid

39

tussen 45 en 50°C, terwijl de insteltemperatuur van 55°C met zekerheid tussen 50 en 55°C ligt. De resultaten van de meting zijn opgenomen in Figuur 16. Hoe hoger de werkingstemperatuur van de warmtepomp wordt ingesteld, hoe lager het verbruik blijkt te liggen. Dit is ook logisch, want hoe hoger de insteltemperatuur ligt, hoe groter het aandeel van de warmtepomp en hoe lager het aandeel van de elektrische weerstandsverwarming. De verschillende besparingen die de instelwaarden teweegbrengen, zijn opgenomen in Tabel 17. Bij werking aan 62°C zou de warmtepomp een SPF van 2,19 vertonen t.o.v. de elektrische weerstand. Deze prestatie is al beter dan bij de woning in Tongeren, maar nog steeds niet erg goed. Voor de andere insteltemperaturen kan de SPF niet eenvoudig bepaald worden aangezien ook de elektrische weerstand een deel van het vermogen levert.

Dagverbruik voor de ELWP (kWh) 14 12

EW 60

10 8 6

ELWP 50 + EW 60

4

ELWP 55 + EW 60

2

ELWP 62

0

Figuur 16: Dagverbruik in kWh voor sanitair warm water in de woning te Maldegem, voor verschillende insteltemperaturen van de ELWP.

Besparing voor de verschillende instelwaarden van de ELWP Scenario (°C) EW 60 ELWP 50 + EW 60 ELWP 55 + EW 60 ELWP 62 Gem. verbruik (kWh) 9,38 5,55 5,01 4,28 Besparing t.o.v. EW 40,8% 46,6% 54,4% Tabel 17: Besparing voor de verschillende instelwaarden van de ELWP in de woning te Maldegem. De spreiding in het verbruik voor de verschillende periodes is opgenomen in Figuur 17. Merk op dat deze hier wel vrij goed overeenkomen, vooral dan de eerste periode met enkel de weerstand, en de laatste met enkel de warmtepomp. In tegenstelling tot bij de metingen in Tongeren, wisten de bewoners hier niet op welke stand de ELWP ingesteld was. Hier zouden dus geen psychologische effecten mogen meespelen die een effect op het verbruik kunnen hebben. De continuïteit tussen de verschillende periodes is dan ook groter. Niettemin blijkt het profiel voor de periodes van 50 en 55°C toch licht af te wijken.

40

Profiel EW 60 °C (W)

Profiel ELWP 50°C + EW 60°C (W) 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

1400 1200 1000 800 600 400 200 0

Profiel ELWP 62°C (W)

Profiel ELWP 55°C + EW 60°C 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

1400 1200 1000 800 600 400 200 0

Figuur 17: Gemiddeld verbruiksprofiel in Watt in functie van de tijd voor de opgemeten periodes in de woning te Maldegem. Als laatste element in de meting, is de werking langs luchtzijde van de warmtepomp onderzocht. Hierbij werd de temperatuur net voor de warmtepomp opgemeten en deze net erna bij een insteltemperatuur voor het water van 62°C. De resultaten beslaan enkele dagen en zijn opgenomen in Figuur 18. De temperatuur net voor de ELWP is uiteraard gelijk aan de binnenluchttemperatuur. Men kan duidelijk zien waar de warmtepomp telkens in werking treedt. De maximale opgemeten temperatuursdaling bedraagt 12,24°C. Gemiddeld ligt deze eerder tussen de 8 en de 9°C. De waarde is evenwel sterk afhankelijk van hoe lang de warmtepomp precies in werking is.

Verloop luchttemperatuur (°C) 30.00 25.00 20.00 Voor ELWP Na ELWP

15.00 10.00 5.00 22:00

19:00

16:00

13:00

10:00

7:00

4:00

1:00

22:00

19:00

16:00

13:00

10:00

7:00

4:00

1:00

22:00

19:00

16:00

13:00

10:00

7:00

0.00

Figuur 18: Gemeten verloop van de luchttemperatuur in funtie van de tijd over enkele dagen net voor en net na de ELWP in de woning te Maldegem. 41

4 TRNSYS-simulatie 4.1 Introductie Naast een simulatie in een labo kunnen ook computerprogramma's ingezet worden om de werking van een systeem te analyseren. Deze bieden nog meer mogelijkheden naar variatie in de parameters, maar ook hier blijft een toetsing aan de realiteit door middel van metingen nuttig. In het kader van dit onderzoek is voor het simulatieprogramma TRNSYS6 gekozen. Deze software laat toe een model op te bouwen door dit op te splitsen in componenten zoals een gebouw, een warmtepomp, een hulpsysteem... en deze met elkaar te verbinden. Vervolgens kunnen voor de verschillende parameters profielen ingevoerd worden door de componenten te linken aan databestanden. Op basis van deze input kan het programma dan een periode simuleren door de data telkens doorheen de componenten te sturen, waarbij er wiskundige bewerkingen op uitgevoerd worden. Het resultaat is de gewenste output van de verschillende componenten, zoals temperaturen, opgenomen vermogens,... uitgezet in de tijd. De simulatie kan dan bijvoorbeeld voor een volledig jaar gebeuren om de invloed van de parameters op het systeem te analyseren. De verschillende invoerparameters en de simulatie in TRNSYS worden in wat volgt verder behandeld. De simulatie gebeurt voor de toepassing van een ELWP die voorziet in sanitair warm water en/of ruimteverwarming. Zoals eerder vermeld zal deze analyse op drie gebouwfuncties plaatsvinden, namelijk woningen, scholen en zorgtehuizen. Op deze manier wordt de betere spreiding in de vraag en het aanbod die de grotere schaal van bepaalde functies met zich meebrengt onderzocht. Er wordt gewerkt met lage-energiegebouwen.

4.2 Evaluatie van de invoerparameters 4.2.1 Gebouwen Als input voor de woning werd voor het gebouw op Figuur 19 gekozen. De bijhorende grondplannen zijn te vinden in bijlage B. In de simulaties wordt een bestaand TRNBUILD-model van deze woning gebruikt, opgesteld door Bart Vande Kerckhove [54]. Dit werd evenwel aangepast om aan de eisen van deze simulatie te voldoen. Verschillende parameters die niet van toepassing zijn werden vervangen en/of verwijderd. Zo werd de woning van passiefbouw naar lage energie gebracht door het K-peil te verhogen naar ongeveer K25. Ook het ventilatiesysteem D werd door een systeem C vervangen. Het toilet op de verdieping werd bij de badkamer gevoegd zodat de configuratie in overeenstemming zou zijn met het gebruikte vraagsturingsprofiel voor de ventilatie (zie verder). Voor zorgtehuizen en scholen werd telkens een typisch plan opgesteld. Ook deze zijn terug te vinden in bijlage B. Voor het zorgtehuis en de school betreft het een schematische weergave vermits met theoretische gebouwen gewerkt wordt. De verschillende oppervlaktes en parameters zijn terug te 6

Voor de simulatie werd gebruik gemaakt van versie TRNSYS 16.

42

vinden in de warmteverliesberekening (zie verder) in bijlage C. Het plan voor het zorgtehuis is afgestemd op de vraag naar sanitair warm water uit de literatuurstudie en heeft dus 102 kamers, aangevuld met gemeenschappelijke en (technische) ondersteunende ruimtes. De school beschikt over 28 klassen, met plaats voor 600 leerlingen. Diverse bijkomende ruimtes werden voorzien, zoals een sporthal, een refter, administratieve ruimtes en (technische) ondersteunende lokalen. Het K-peil voor zowel de school als het zorgtehuis bedraagt K25.

Figuur 19: Afbeeldingen case woning [29].

4.2.2 Ventilatie In eerste instantie wordt met een continu profiel voor ventilatie gewerkt, gebaseerd op de vereiste ventilatiedebieten weergegeven in de literatuurstudie. Voor woningen wordt echter ook de invloed van vraagsturing onderzocht, vermits deze een grote impact op het energieverbruik kan teweegbrengen. Zo kan men gaan onderzoeken of de ELWP bovenop de vraagsturing wel nog voldoende rendement levert en ook of vraagsturing dan wel een ELWP de interessantste investering is indien een keuze tussen beide gemaakt moet worden. Voor scholen en zorgtehuizen is vraagsturing minder interessant aangezien de bezetting hier steeds gekend en gepland is. De vereiste afvoerdebieten voor elke functie zijn in Tabel 18 weergegeven. Een uitgebreider overzicht is opgenomen in bijlage C. Voor zorgtehuizen en scholen werd enkel het aanvoerdebiet berekend vermits dit in deze functies altijd de afvoer gaat bepalen. Voor de woning werd de verdeling van de afvoerlucht over de verschillende ruimtes hetzelfde genomen als bij de vraagsturing (zie verder) om een gelijkaardige situatie te schetsen. Bovendien werd het vereiste debiet bij vaste ventilatie in de woning door twee gedeeld om een meer realistische situatie te bekomen. Zoals uit de metingen in de woningen in Tongeren en Maldegem en een gesprek met ventilatieproducten Duco [49] bleek, ligt het aldus bekomen bedrag van 178 m³/h dichter bij de realiteit. Voor zorgtehuizen werd dit niet gedaan aangezien de continue bezetting een hoog debiet rechtvaardigt [4, 55]. In het geval van de school wordt de ventilatie enkel gebruikt tijdens de schooluren. Hoewel deze in wat volgt steeds als vaste ventilatie benoemd zal worden, zou men dus kunnen stellen dat hier sprake is van vraaggestuurde ventilatie onder de vorm van timers. Functie Totale afvoerdebiet (m³/h) Woning 178,37 Zorgtehuis 13617 School 18388 (+13200 over middag voor refter) Tabel 18: Debieten voor continue ventilatie

43

Om een representatief profiel voor vraagsturing in woningen te vinden, werd beroep gedaan op een studie [56] waarin verschillende vraagsturingsprofielen gesimuleerd werden. De vraagsturing werd telkens geregeld door zowel CO2-, RH-, als aanwezigheidssensoren. De benodigde data voor analyse werd beschikbaar gesteld door auteur Jelle Laverge. Het betreft een geheel van 100 profielen die telkens een volledig stookseizoen beslaan. Om hier het meest representatieve profiel uit te halen, werden de totale afvoerdebieten van alle simulaties naast elkaar opgelijst. Vervolgens werd voor elk de cumulatieve distributie berekend om dan na te gaan voor welk profiel de som van de gekwadrateerde verschillen met de cumulatieve distributie voor alle profielen samen het kleinst is. Hieruit resulteerde het meest representatieve profiel. Om tenslotte een profiel voor een volledig jaar in plaats van enkel voor het stookseizoen te verkrijgen, werd de maand maart telkens gekopieerd. Figuur 20 geeft een dag van het profiel weer. Afvoerdebiet (m³/h)

Dag uit het vraagsturingsprofiel

Bezetting

180 160 140 120

100 80 60 40 20 23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

Figuur 20: Eerste dag van het vraagsturingsprofiel voor de ventilatie.

4.2.3 Vraag naar sanitair warm water 4.2.3.1

Sanitair warm waterverbruik in woningen

In paragraaf 2.1.4.2 van de literatuurstudie werd een piekprofiel voor het sanitair warm waterverbruik in een woning voorgesteld. Dit zou dan in de simulatie gebruikt kunnen worden. Aangezien het hier echter om een rendabiliteitstudie gaat en niet om de dimensionering van een installatie lijkt ook een werkelijk verbruiksprofiel zinvol. Om dit te bekomen werd het verbruik van 12 gezinnen opgemeten gedurende een periode van twee weken. Het doel hiervan was een representatief profiel te verkrijgen om in de simulatie te gebruiken. Net als bij de metingen op warmtepompboilers gebeurde deze met een logger in het stopcontact (zie paragraaf 3.1). Deze logger geeft echter enkel een verbruiksprofiel in Watt, inclusief mantelverliezen van de boiler. Dit kan niet rechtstreeks ingevoerd worden in de simulatie aangezien zowel een warmtepomp als een interne weerstand voor de nodige energie zorgen en dit op twee verschillende temperaturen. Het gebruikte simulatiemodel is dan ook een boiler met interne warmtewisselaar en weerstand. Het 44

opgemeten verbruik moet dus omgezet worden naar een tapverbruik in liter, zonder mantelverliezen. Bovendien is het de bedoeling het meest representatieve verbruik te zoeken, en dit kan enkel door de mantelverliezen uit het profiel te halen en dit om te rekenen naar een verbruik in liter aan een referentietemperatuur. Om dit te verwezenlijken, werd voor elke boiler bepaald hoeveel energie nodig is om een volledig vat op te warmen, volgens formule (2). (2) Met:

Q = energie [J] m = massa van de behandelde stof [kg] c = soortelijke warmte [J/(kg*K)] (water: c = 4186 J/(kg*K)) ∆θ = gerealiseerd temperatuursverschil van de behandelde stof [K]

De methode om de duurtijd van het verbruik te bepalen, is weergegeven in Figuur 21. De tijd die het kost om het volledige vat op te warmen (t_v), is eenvoudig te bereken door de bekomen energie te delen door het maximale vermogen van de boiler in kwestie. Eens deze gekend is, kan een vergelijking opgesteld worden die het verloop van de temperatuur in het vat weergeeft in functie van de tijd. Deze is gegeven door 0 en t_v als x-coördinaten met 10 (stadwatertemperatuur) en T_v (insteltemperatuur) als overeenkomstige y-coördinaten.. Vervolgens wordt in het profiel bepaald hoe lang de boiler telkens vermogen levert. Deze tijd wordt dan afgetrokken van de tijd nodig om het volledige vat op te warmen (t_v). De y-coördinaat voor de bekomen tijd (t_p) geeft dan de temperatuur (T_p) weer tot waar het vat is afgekoeld. Het temperatuursverschil tussen deze en de insteltemperatuur (T_v) kan vervolgens opnieuw met vergelijking (2) omgezet worden in een verbruik in liter. De mantelverliezen worden eruit gehaald door in het profiel te zoeken naar terugkerende periodes met een korte activiteit en dus een lage temperatuursdaling. De zones met dergelijke beperkte daling worden dan niet meegenomen in de berekening. Op deze manier wordt een verbruik in liter bekomen voor de insteltemperatuur van de boiler. Er wordt hierbij gerekend met een debiet van 10 l/min aan 35°C voor een douche. Om nu alle profielen te kunnen vergelijken, worden de debieten omgerekend naar de referentietemperatuur van 60°C. Deze wordt ook in de simulaties gebruikt. In bijlage A worden de resultaten voor de 12 profielen weergegeven. Temperatuur (°C) y = a*x + b

T_v T_p

10 tijd (min) t_p

t_v

Figuur 21: Temperatuur in functie van de opwarmtijd voor een boilervat.

45

Om het meest representatieve profiel te vinden, werd net als bij vraagsturing de cumulatieve distributie van elk verbruiksprofiel in liter berekend om dan na te gaan voor welk profiel de som van de gekwadrateerde verschillen met de cumulatieve distributie voor alle profielen samen het kleinst is. Dit resulteerde in de rangschikking weergegeven in Tabel 19. Het bovenste profiel kende de sterkste correlatie, het onderste de zwakste. Voor elk wordt het aantal personen alsook het gemiddelde en maximale verbruik per dag in liter en in kWh weergegeven. De verhouding tussen beide is uiteraard niet constant aangezien in het verbruik in kWh ook de mantelverliezen meegerekend zijn en deze voor elke case verschillend zijn. Merk op dat voor alle cases het gemiddelde verbruik onder het verbruiksprofiel uit de literatuurstudie van 155 liter per dag voor 4 personen blijft. Dit laatste is wel een piekverbruik. Bij het maximale verbruik wordt dit dan ook vaak wel gehaald. In realiteit blijkt bovendien dat in slechts weinig gezinnen alle gezinsleden elke dag een douche of een bad nemen. Ook vertonen de tijdstippen waarop warm water verbruikt wordt grote verschillen tussen alle profielen. Deze gewoontes zijn ook opgenomen in bijlage A. # personen

Gem. verbruik Max. verbruik Gem. verbruik Max. verbruik (kWh) (kWh) (l) (l) Case 9 3 10,2 15,3 79 178 Case 5 3 3,7 8,5 62 154 Case 8 3 5,5 7,7 87 137 Case 2 3 5,0 8,0 79 135 Case 1 5 9,8 16,9 135 276 Case 4 4 6,3 8,8 73 131 Case 12 3 6,7 10,6 125 199 Case 10 3 5,7 7,0 87 112 Case 7 2 2,9 4,6 33 65 Case 6 2 5,7 7,1 64 94 Case11 2 2,1 4,0 38 75 Case 3 2 3,7 6,2 30 86 Tabel 19: Verbruik van sanitair warm water per dag voor 12 opgemeten gezinnen. Aangezien case 9 de beste correlatie vertoont, zal deze als het basisprofiel in de simulaties gebruikt worden. Dit is ook het profiel dat voortkomt uit de meting van de woning te Maldegem wanneer deze op de elektrische weerstand werkt. Deze uitkomst is dus zeer handig, aangezien zo de simulatie aan de realiteit getoetst kan worden. De gemeten periode voor het SWW-profiel overlapt wel maar deels met deze voor de ELWP aangezien de meetcapaciteit van de elektriciteitsloggers sterk beperkt was in de tijd. Ook voor de combinatie met het vraagsturingsprofiel voor de ventilatie is case 9 een goede keus. Beide tellen namelijk een bezetting van 3 personen. Om na te gaan of het verbruiksprofiel van sanitair warm water qua tijdstip wel bij de bezetting past, werden deze uitgezet in Figuur 22 en Figuur 23. Deze laatste is een uitgemiddeld profiel over 2 weken en de waarden kunnen dus niet als een absoluut verbruik gezien worden. Het vraagsturingsprofiel en dit voor sanitair warm water blijken zeer goed op elkaar afgestemd te zijn. Het SWW-profiel werd wel nog een kwartier naar voor geschoven om ervoor te zorgen dat ook de piek bij 15:00 binnen een periode van hoge bezetting valt. Het is immers niet realistisch dat er veel water verbruikt zou worden als er (bijna) niemand thuis is. Om ook een idee te geven van het absolute en niet enkel het uitgemiddelde verbruik, is een typische dag voor case 9 opgenomen in Figuur 24.

46

Gemiddeld aantal personen aanwezig 3.5 3 2.5 2 1.5 1

0.5 23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

Figuur 22: Gemiddeld aantal personen aanwezig op een dag volgens het vraagsturingsprofiel.

Uitgemiddeld SWW-verbuik aan 60°C (l) 12 10 8 6 4 2

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

Figuur 23: Gemiddeld verbruik over 2 weken in liter per dag volgens het SWW-profiel van case 9.

Verbruik op gemiddelde dag aan 60°C (l)

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Figuur 24: Verbruik op gemiddelde dag voor het SWW-profiel van case 9.

47

Om de invloed van verschillen tussen verbruiksprofielen in rekening te kunnen brengen, worden naast het standaardprofiel ook twee andere profielen opgenomen in de simulaties. Er wordt van uitersten uitgegaan door case 1 en case 3 te nemen, zijnde deze met het hoogste en het laagste verbruik. Deze worden enkel onderzocht in combinatie met vaste ventilatiedebieten. Het heeft namelijk weinig zin een verbruiksprofiel met een bezettingsprofiel te vergelijken dat er zowel qua tijdstip als aantal personen niet op past. Een overzicht van de drie te onderzoeken profielen is opgenomen in Tabel 20. In wat volgt zullen deze steeds als profiel 1, 2 en 3 benoemd worden, zoals aangegeven in de tabel. Voor elk profiel wordt de volledige gemeten periode van twee weken gebruikt. Profielen voor de simulatie Opgemeten case Benaming voor simulatie Case 9 Profiel 1 Case 1 Profiel 2 Case 3 Profiel 3 Tabel 20: Te simuleren SWW-profielen.

4.2.3.2

Gemiddeld verbruik (l/dag) 79 135 30

Sanitair warm waterverbruik in zorgtehuizen.

Ook het sanitair warm waterverbruik in zorgtehuizen wordt gesimuleerd. Dit is een stuk minder gevoelig voor fluctuaties en gebruiksgewoontes dan voor gewone woningen het geval is. Aangezien het in de literatuurstudie bekomen profiel voor zorgtehuizen bovendien een meting in realiteit betreft, kan het dus wel gebruikt worden voor de simulaties. Op Figuur 25 wordt dit nog eens weergegeven. In tegenstelling tot bij woningen wordt hier elke dag hetzelfde profiel gebruikt.

SWW verbruik in een zorgtehuis 1200

Verbruik in liter

1000 800 600 400 200

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

Figuur 25: Sanitair warm waterverbruik voor een dag in een zorgtehuis met 102 kamers [18].

4.2.3.3

Sanitair warm waterverbruik in scholen.

Zoals reeds aangehaald in de literatuurstudie is het verbruik van sanitair warm water in scholen verwaarloosbaar. Om deze reden zal de ELWP bij gebruik in scholen enkel toegepast worden voor ruimteverwarming.

48

4.2.4 Temperatuursverloop van de binnenlucht De temperatuur van de binnenlucht is een cruciale parameter binnen dit onderzoek aangezien deze een grote invloed heeft op het rendement van de installatie. Voor het onderzoek naar woningen wordt deze dan ook meegenomen uit de TRNSYS-simulatie van het Multi-Zone gebouw. De software simuleert de periodes waarin wel en niet verwarmd moet worden, met inbegrip van de traagheid waarmee de temperatuur daalt. Na uitschakelen van de verwarming zal het namelijk een hele tijd duren vooraleer in de woning de buitentemperatuur benaderd wordt. Het sturingsschema voor aanen uitschakelen van de verwarming volgt uit voorgaand profiel voor vraagsturing. De bewoners zullen namelijk geen verwarming wensen wanneer zij niet thuis zijn. Ook 's nachts tussen 23u en 7u wordt de verwarming uitgeschakeld. Wanneer deze wel vereist is, wordt uitgegaan van insteltemperatuur van 20°C voor alle ruimtes. Voor scholen en zorgtehuizen wordt de situatie iets eenvoudiger benaderd. Deze functies hebben namelijk een zeer regelmatig bezettingsprofiel en men kan de temperatuur van de binnenlucht dan ook eenvoudig inschatten. Voor zorgtehuizen wordt gerekend met een continue ruimtetemperatuur van 23°C, dag en nacht. Voor scholen blijft de verwarming beperkt tot (iets voor) de schooluren, gaande van 8u 's morgens tot 16u10 's namiddags. Op weekends en vakantiedagen is er uiteraard geen bezetting. Omdat er hier steeds sprake is van zittend werk, wordt de temperatuur iets hoger genomen dan bij woningen, op 21°C.

4.2.5 Vraag naar ruimteverwarming De verwarmingsvraag wordt in eerste instantie eenvoudig gemodelleerd door deze gelijk te stellen aan de warmteverliezen bekomen met formule (1) uit de literatuurstudie. De waarden voor U en A volgen telkens uit het K-peil (en de compactheid), dat voor lage energiegebouwen maximaal K25 is. Het ventilatievoud volgt uit de nodige ventilatiedebieten, al dan niet vraaggestuurd. Voor de infiltratie kan men ruim gemeten als n50-waarde in lage energiegebouwen 2 nemen. Dit geeft een reëel infiltratievoud van ongeveer 0,4. Om ook interne warmtewinsten rekening te houden, wordt gebruik gemaakt van de graaddagenmethode. Zo wordt de binnentemperatuur bij verliezen 3°C lager genomen dan in werkelijkheid om de warmtewinsten mee te rekenen. Ook wordt de warmtevraag verwaarloosd indien de buitentemperatuur minder dan 6°C onder de binnentemperatuur ligt. De resultaten van de berekening worden weergegeven in Tabel 21. De uitgebreide weergave is terug te vinden in bijlage C. (1) Met:

Φ = warmteverliezen [W] U = gemiddelde warmtedoorgangscoëfficiënt [W/(m²*K)] A = verliesoppervlak [m3] n = ventilatievoud + infiltratievoud [1/h] V = verplaatst volume [m3] θi = binnentemperatuur [°C] θe = buitentemperatuur [°C]

49

T_i Warmteverliezen T_e Warmteverliezen in Stookketel (°C) (W) (°C) extremis (kW) (kW) Woning 20 -8 8,005 8,806 Zorgtehuis 23 9892,54*(20-T_e) -8 276,991 332,389 School 21 16839,40*(18-T_e) -8 437,824 525,389 Tabel 21: Warmteverliezen en ketelvermogens voor de verschillende gebouwen. De vergelijkingen met als parameter de buitentemperatuur voor scholen en zorgtehuizen worden gebruikt in de simulatie om de warmteverliezen te berekenen. Voor scholen worden enkel de schooluren gerekend en worden de ventilatieverliezen van de refter enkel over de middag beschouwd. De resultaten voor woningen hebben enkel tot doel de stookketel te dimensioneren. Voor woningen wordt immers een meer gedetailleerde analyse uitgevoerd door gebruik te maken van het Multi-Zone model van Bart Vande Kerckhove [54]. Dit simuleert de warmteverliezen voor de ingegeven woning en het bijhorende temperatuursverloop.

4.2.6 Temperatuursverloop van het stadswater Bij verbruik van sanitair warm water moet een boiler nieuw stadswater van het net halen. De temperatuur van dit water heeft, net als de luchttemperatuur, een belangrijke invloed op het rendement en een nauwkeurige benadering is dus wenselijk. In de literatuurstudie werd de relatie aangehaald tussen de buitentemperatuur en het stadswater. Figuur 26 geeft de resulaten weer in een spreidingsgrafiek. De vergelijking van de best passende rechte wordt in het simulatiemodel gebruikt om de stadswatertemperatuur in functie van de buitentemperatuur te bepalen. 17 16

Temperatuur stadswater (°C)

y = 0.344x + 9.2398 15 14 13

12 11 10 9 8 7 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14

15 16

17 18 19

Temperatuur buitenlucht (°C) Figuur 26: Temperatuur van het stadswater i.f.v. de buitenluchttemperatuur.

50

4.2.7 COP-verloop voor de warmtepomp Zoals gezegd in de literatuurstudie, betreffen de gevonden waarden voor de COP een gemiddelde over het opwarmen van het water van 15°C naar de gewenste watertemperatuur. Aangezien de COP hoger is bij lagere watertemperaturen, is hier nog een zekere correctie gewenst. Deze werd bekomen uit proeven uitgevoerd door het gelijklopend onderzoek van Olivier De Cock en Dieter Dhaeze [1]. De meting gebeurde evenwel op een toestel dat een vrij groot luchtdebiet vroeg, maar hier slechts een deel van toegestuurd kreeg. De meetresultaten werden via een in dat onderzoek opgestelde vergelijking naar deze bij een volledig luchtdebiet gebracht en zijn weergegeven in Tabel 22. Opvallend is de sterke daling van de COP bij lage luchttemperaturen. Luchtdebiet (m³/h)

T_lucht (°C)

T_water (°C) COP meting COP literatuur Verschil COP 35 4.660562 1.390334 3300 8.92848253 3.270228 35 4.828086 1.224608 3300 10.53928373 3.603477 35 5.599425 0.597024 3300 15.99640647 5.002401 Tabel 22: Meetwaarden COP uit onderzoek Olivier De Cock en Dieter Dhaeze [1]. De weergegeven COP-waarden uit de literatuurstudie zijn geïnterpoleerd. Door de meetwaarden hieraan te toetsen werd een vergelijking voor de neerwaartse correctie van de COP opgesteld. De correctiewaarden blijken namelijk nagenoeg perfect collineair te zijn: Correctie = -0,1129 * T_lucht + 2,4058 Als maximum daling in de COP waarden, alsook voor de minimale COP, werd 1 aangenomen. Dit om te vermijden dat de waarden voor lage luchttemperaturen onrealistisch laag zouden dalen. Hiervoor werden de waarden getoetst aan de ideale COP. Deze kan eenvoudig berekend worden door de temperatuur van het warme reservoir (water) te delen door het temperatuursverschil tussen beide reservoirs (water en lucht). Dit ideaal werd vervolgens over alle waarden door eenzelfde factor gedeeld (referentie bij 15°C luchttemperatuur) om de gecorrigeerde COP-waarden ermee te vergelijken. Daarbij bleek inderdaad een zeer sterke afwijking voor lage luchttemperaturen (lager dan -7°C) indien de correctie van de COP meer dan 1 zou bedragen. Ten opzichte van de meetwaarden wordt hier dus een vrij optimische weergave van de COP gehanteerd. Zoals uit verdere simulaties zal blijken, zorgen de aangenomen waarden er echter voor dat een gewone lucht-water warmtepomp op buitenlucht nauwelijks rendabel is. In realiteit zou het hier dus toch om een vrij pessimistische aanname gaan. Tabel 23 geeft de bekomen gecorrigeerde waarden weer. Tabel 24 geeft ter vergelijking meetwaarden voor de COP weer uit een onderzoek van fabrikant Duco [57]. Deze werden bekomen uit proeven op een ELWP. De gemeten COP vertoont gelijkenissen met de gecorrigeerde COP-waarden. Op Figuur 27 wordt het verloop nog eens grafisch uitgezet.

51

Watertemperatuur (°C) 30

35

40

45

50

Luchttemperatuur (°C)

-20 1.29 1.00 1.00 1.00 -15 1.54 1.18 1.00 1.00 -7 2.08 1.63 1.34 1.05 -2 2.50 2.00 1.66 1.35 2 2.91 2.35 1.97 1.62 7 4.21 3.46 2.95 2.49 12 4.82 3.98 3.42 2.89 15 5.65 4.73 4.12 3.53 20 7.18 6.09 5.24 4.45 22 6.44 5.55 4.82 24 6.63 5.74 4.96 26 6.80 5.89 5.09 28 6.99 6.02 5.22 30 7.14 6.14 5.33 Tabel 23: Gecorrigeerde COP-waarden in functie van water- en luchttemperatuur. T_Lucht (°C) T_water (°C) 5 ±40 10 ±40 Tabel 24: COP waarden gemeten door DUCO [57].

55 1.00 1.00 1.03 1.27 2.03 2.38 2.98 3.87 4.16 4.28 4.41 4.50 4.61

1.00 1.00 1.00 1.54 1.84 2.40 3.30 3.57 3.69 3.81 3.89 3.99

COP 2,61 - 3,03 2,81 - 3,32

COP 8.00 7.00 6.00

Twater (°C) 35

5.00

40 4.00

45 50

3.00

55

2.00 1.00 0.00 -10

-5

0

5

10

15

20

25

30 Tlucht (°C)

Figuur 27: COP-verloop voor de warmtepomp in de TRNSYS-simulaties i.f.v. de water- en luchttemperatuur.

52

Om nu de waarden uit Tabel 23 in de simulaties te kunnen gebruiken, werd een derdegraadsvergelijking bepaald met als onbekenden de water- en de luchttemperatuur met volgende vorm: z = ax³ + bx² + cx + dy³ + ey² + fy + gx²y + hxy + ixy² + j Via de Solver-functie van Microsoft Excel werden de verschillende coëfficiënten bepaald door te stellen dat het (absolute) verschil tussen de gecorrigeerde COP-waarden en de uitkomst van de vergelijking minimaal moet zijn. Om een betere correlatie voor de meest voorkomende situaties te bekomen, werden de waarden voor een watertemperatuur van 30 °C en luchttemperaturen van -20, -15, 28 en 30 °C niet meegenomen bij de bepaling van de vergelijking. Deze situaties zullen in realiteit namelijk zelden tot nooit voorkomen, waardoor het niet nuttig ook hier een goede benadering voor te verkrijgen. De bekomen waarden voor de coëfficiënten van de vergelijking zijn weergegeven in Tabel 25. Om de correlatie met de oorspronkelijke waarden aan te tonen, wordt in bijlage D een tabel weergegeven die de gecorrigeerde waarden van de COP vergelijkt met deze bekomen uit de vergelijking. Parameter Waarde X Watertemperatuur Y Luchttemperatuur Z COP a -0,000000373867044000846 b -0,002410638399542820000 c 0,153321227828962000000 d -0,000123433006044084000 e 0,000941106690058079000 f 0,804806405075954000000 g 0,000235636320362205000 h -0,026661554877731300000 i 0,000095674826782806200 j -0,379081544968184000000 Tabel 25: Paramaters en coëfficiënten voor de vergelijking van de COP.

4.3 Scenario's en opbouw van het model 4.3.1 Scenario's Om een zo duidelijk mogelijk beeld van het rendement van een warmtepomp op extractielucht te krijgen, worden verschillende scenario's onderzocht. Hierbij wordt een onderscheid gemaakt in de verschillende gebouwfuncties, het gebruik van de gerecupereerde warmte voor sanitair warm water en/of ruimteverwarming en het al dan niet vraaggestuurd verlopen van de ventilatie. Een overzicht van de te onderzoeken scenario's is opgenomen in Tabel 26 met verduidelijking van de terminologie in Tabel 27. In het geval van woningen is een studie voorzien naar zowel vraaggestuurde als continue ventilatie. Aangezien voor scholen en rusthuizen de bezetting regelmatig en gekend is, wordt hier enkel met een vast ventilatiedebiet gewerkt. Voor woningen worden bovendien ook de drie eerder besproken profielen voor sanitair warm waterverbruik onderzocht om een beeld te kunnen vormen

53

van de impact van een verbruiksprofiel op het rendement. Voor zorgtehuizen daarentegen wordt zoals gezegd één profiel onderzocht terwijl voor scholen het sanitair warm water niet meegerekend wordt. T_water (°C)

EW SWW

EW RWW

Woning 35 VR/VA 40 45 50 55 60 VR/VA 3 62 Zorgtehuis 35 VA 40 45 50 55 60 VA 1 62 School 40 VA 45 Tabel 26: Te simuleren scenario's.

WP enkel WP enkel WP SWW buitenlucht binnenlucht RVW SWW

WP RVW

WP RVW + SWW

VR/VA

VR/VA VA 1,2 VA 1,2 VA 1,2

VR/VA 1,2,3 VR/VA 1,2,3 VR/VA 1,2,3

VR/VA VR/VA 1 VR/VA 1 VR/VA 1

VA 1,2

VR/VA 1,2,3

VR/VA 1

VA

VA

VA VA 1 VA 1 VA 1

VA 1 VA 1 VA 1

VA VA 1 VA 1 VA 1

VA 1

VA 1

VA 1

VA

Legende EW Elektrische weerstand WP Warmtepomp RVW Ruimteverwarming SWW Sanitair warm water VR Vraaggestuurde ventilatie, recuperatie toegepast voor RVW of SWW VA Ventilatie met vast debiet, recuperatie toegepast voor RVW VA x Ventilatie met vast debiet, recuperatie toegepast voor profiel x van SWW-verbruik Tabel 27: Legende bij Tabel 26. In de verschillende gebouwfuncties worden ook een variatie aan opstellingen voor de installatie bestudeerd. Deze vereisen telkens andere werkingstemperaturen voor het water. Voor de verwarming wordt een temperatuur van 35°C (vloerverwarming) aangenomen, terwijl het boilervat voor sanitair warm water op 60°C ingesteld is. Indien een warmtepomp deze temperaturen moet leveren, neemt men de werkingstemperatuur best wat hoger om een goede werking van de warmtewisselaar naar het vat of circuit te bekomen. Zo werkt deze op 40°C voor de vloerverwarming aangezien de temperatuur van het boilervat voor het vertrekwater best niet veel lager zakt dan 35°C. De temperatuur van 35°C is bovendien een minimumwaarde voor verwarming. Door de warmtepomp op 40°C in te stellen, werkt het systeem dus ook wat universeler. Merk op dat voor scholen deze temperaturen telkens 5°C hoger liggen. Dit komt doordat er een zeer hoge vraag naar ventilatie is. Dit heeft als gevolg dat de vraag naar verwarming te groot is om de vloerverwarming op

54

lagere temperaturen te laten werken (zie bijlagen C en H). Dit is niet ongewoon in deze situatie. Zo ontstonden in een praktijkvoorbeeld, de nieuwbouwschool VTI te Waregem, België, problemen naar binnencomfort toe door een capaciteitsprobleem van de lucht-water warmtepomp. De basis van de problematiek lag (deels) bij de te lage afgiftetemperatuur van de vloerverwarming [58]. Bij werking met een sanitair boilervat, wordt het maximum aangenomen dat volgens de specificaties (bijlage I) mogelijk is, namelijk 62°C. De temperatuur mag hier dan ook wat lager zakken tot 50°C voor er problemen ontstaan. Het kleine verschil tussen de insteltemperatuur van boilervat en warmtepomp zou dus geen probleem opleveren. Aangezien de temperatuur van 62°C voor een warmtepomp vrij hoog is, zijn ook enkele andere te onderzoeken werkingstemperaturen voorzien voor sanitair warm water, namelijk 45, 50 en 55°C. Een interne weerstand moet de temperatuur dan verder ophogen naar 60°C. In eerste instantie wordt een basisscenario onderzocht waarbij voor zowel ruimteverwarming als sanitair warm water een gewone weerstandsverwarming (of gasverwarming) in de vraag voorziet. Dit vormt dan een basis om de resultaten van de ELWP mee te vergelijken. Deze basisscenario's worden bovendien uitgebreid met een standaardwarmtepomp die enkel op buitenlucht werkt en voorziet in de energie voor ruimteverwarming. Het eerste scenario waar de ELWP in betrokken is, is een situatie voor woningen en zorgtehuizen waarbij enkel de afgevoerde ventilatielucht de toevoer voor de warmtepomp vormt. Aangezien dit beperkte debiet tot een laag vermogen voor de warmtepomp leidt, wordt deze optie enkel onderzocht voor sanitair warm water en vaste ventilatiedebieten. Het is immers niet zinnig het ventilatiedebiet op te drijven om het vermogen te verhogen aangezien dit met bijkomende warmteverliezen gepaard zou gaan. Voor woningen wordt naast het standaardverbruiksprofiel ook het hoogste profiel bekeken om te onderzoeken of het beperkte vermogen ook in die situatie aan de vraag kan voldoen. De volgende stap is dan het scenario waarbij de ELPW niet enkel op binnenlucht werkt, maar ook de mix met buitenlucht maakt om in een voldoende debiet, en dus vermogen, te kunnen voorzien. De toepassing voor sanitair warm water wordt in woningen en zorgtehuizen onderzocht. Op het vaste ventilatiedebiet voor woningen worden bovendien de drie verbruiksprofielen van sanitair warm water toegepast om een zo breed mogelijk beeld te scheppen. De toepassing op het vraaggestuurde ventilatiedebiet blijft echter beperkt tot het standaardprofiel aangezien het een verkeerd beeld zou geven om een verbruiksprofiel op het vraagsturingsprofiel toe te passen als dat er geen sterke overeenkomst mee heeft. Het is namelijk niet zinnig dat er water verbruikt wordt wanneer er niemand thuis is (en de ventilatie dus niet werkt). In een volgend scenario wordt de ELWP met een mix van binnen- en buitenlucht ingezet voor ruimteverwarming in woningen, zorgtehuizen en scholen. Voor woningen worden uiteraard opnieuw vraagsturing en vaste ventilatie onderzocht aangezien dit niet enkel een impact heeft op de gemiddelde temperatuur van de afvoerlucht, maar ook op de vraag naar verwarming. Een laatste scenario tenslotte onderzoekt het simultaan gebruik voor ruimteverwarming en sanitair warm water in woningen en zorgtehuizen. Het op te nemen vermogen uit de ventilatielucht is dan wel beperkt, maar is ook sterk verspreid over de tijd. Het doel van dit scenario is dus te onderzoeken of de meer continue recuperatie, die hier van toepassing is door het gebruik voor twee verschillende functies, bijkomende (voldoende grote) besparingen oplevert. Deze te onderzoeken scenario's vormen samen een geheel van uit te voeren simulaties in TRNSYS. Vermits in het laatste scenario RVW samen met SWW gesimuleerd moet worden, en door de simulaties naar weerstanden samen te nemen, komt dit neer op een totaal van 58 simulaties. 40

55

hiervan zijn toegepast op woningen, 15 op zorgtehuizen en 3 op scholen. Dit aantal kan evenwel nog oplopen indien blijkt dat bepaalde aannames beter anders gedefinieerd worden.

4.3.2 Opbouw van het TRNSYS-model 4.3.2.1

Het klimaat en de warmtevraag

De opbouw van het model in de TRNSYS Simulation studio begint met het instellen van de component voor de simulatie van het klimaat. Als referentie wordt hier het verloop van het jaar 2008 in Brussel gebruikt., waarvan de daggemiddelden weergegeven zijn op Figuur 28. Deze klimaatcomponent stuurt dan het model voor het gebouw aan waar de warmtevraag en binnenluchttemperaturen uit opgevraagd worden. Het model voor woningen is het eerder vermelde TRNBUILD-model [54], terwijl voor rusthuizen en scholen een eenvoudiger benadering toegepast wordt door de formule voor de warmteverliezen gedefinieerd bij de invoerparameters. Deze laatste twee gebouwfuncties hebben namelijk eerder tot doel een beeld te schetsen van de mogelijkheden door schaalvergroting dan het vormen van een gedetailleerde analyse op zich. Bovendien is de bezetting gekend waardoor voor de ruimtetemperatuur tijdens deze bezetting een constante waarde kan aangenomen worden. Op basis van het te realiseren temperatuursprofiel wordt dan de warmtevraag berekend. Bij zorgtehuizen is de bezetting constant, terwijl voor scholen een inputfile gedefinieerd werd waarin de schooluren weergegeven zijn. Voor de refter werd een aparte input genomen zodat deze enkel geventileerd wordt tijdens de middagpauze. De verliezen op dit moment zijn namelijk dermate groot dat deze nuance nodig is om een realistisch profiel te bekomen. Aangezien het model voor de woning gedetailleerder is, zijn de invoerparameters dit ook. De interne warmtewinsten door personen werden bepaald door de bezetting van het vraagsturingsprofiel te nemen en deze dan te vermenigvuldigen met 150 Watt, de warmte die een persoon uitstoot tussen zittend en licht werk [47]. Warmtewinsten uit toestellen e.d. werden verwaarloosd. Infiltratie, ventilatie, insteltemperaturen en het ketelvermogen werden ingegeven conform de resultaten uit de paragraaf betreffende de invoerparameters.

Temperatuursprofiel buitenlucht (°C) 30

25 20 15 10 5 0 -5 -10

Figuur 28: Verloop van de buitenluchttemperatuur in de simulatie. 56

4.3.2.2

Het basisscenario met weerstandsverwarming

Eens het gebouwmodel bepaald is, kan dit verbonden worden met de installaties. De ruimteverwarming wordt gemodelleerd als een (normaal geïsoleerde) boiler, met TRNSYS-model 'Type60d: Detailed Fluid Storage Tank', dat ook de temperatuursgradiënt over het water in de tank simuleert. Er is voor dit TRNSYS-type gekozen omwille van de mogelijkheid tot het invoegen van een interne warmtewisselaar. Deze is nodig voor het aansluiten van de ELWP in de latere scenario's. Gedurende het stookseizoen wordt het vat op een constante temperatuur van 35°C gehouden. In het basisscenario wordt de nodige energie om dit te bereiken geleverd door een interne elektrische weerstand. Deze kan indien nodig later eenvoudig naar een gasboiler omgerekend worden door met een opwekkingsrendement van 0,9 rekening te houden. Telkens er een warmtevraag is, krijgt de boiler het signaal een debiet uit te sturen. Dit vaste debiet wordt naar een component gestuurd die aan de hand hiervan en van de warmtevraag de temperatuursdaling berekent over de waterstroom. De retourtemperatuur is wel zo ingesteld dat deze niet lager kan zakken dan 25°C. Dit zou immers niet realistisch zijn voor de vloerverwarming. Indien de warmtevraag hoger is dan wat met het debiet en de temperatuursdaling gerealiseerd kan worden, dan wordt een retourtemperatuur van 25°C aangenomen. Het overschot van de warmtevraag, dit is het deel waarvoor de temperatuur nog lager zou moeten zakken dan 25°C, wordt opgeslagen in een component die waarden uit vorige tijdstappen onthoudt ('input value recall'). Tijdens de volgende tijdstap wordt dit overschot dan bij de nieuwe warmtevraag geteld. Dit gaat zo door tot er geen warmtevraag meer is. In het model levert dit goede resultaten op. Er blijkt namelijk zelden meer dan één tijdstap langer verwarmd te moeten worden dan er een warmtevraag is. Dit is belangrijk aangezien het moeilijk is deze vertraging van de verwarming te koppelen aan het gebouw-model (en dus aan de binnentemperatuur). Dit zorgt voor grote onstabiliteit en lange rekentijden. Aangezien de vertraging slechts één tijdstap bedraagt, wordt het effect op de binnentemperatuur hiervan echter verwaarloosbaar geacht. Op de warmtevraag uitgestuurd door de gebouw-component heeft deze werkwijze geen invloed. Deze hangt namelijk enkel af van het gebouw, de buitentemperatuur en het maximale ketelvermogen. Eens de retourtemperatuur aldus bepaald is, stroomt het water aan deze temperatuur terug onderaan het boilervat in. Zo verlaagt de temperatuur in het vat, waardoor het verwarmingselement in werking treedt. Het boilervat zelf wordt iets groter gedimensioneerd dan de totale inhoud die het vloerverwarmingsnet zou hebben. Op deze manier wordt getracht de verliezen wat te compenseren die zouden ontstaan wanneer de vloerverwarming na een periode van inactiviteit afgekoeld is tot kamertemperatuur en opnieuw opgewarmd moet worden. Volgens de warmteverliesberekening in bijlage C komt de inhoud van het vloerverwarmingsnet ruim gemeten neer op 150 liter voor de woning, 11000 liter voor het zorgtehuis en 9000 liter voor de school. Het vermogen van het interne verwarmingselement wordt gelijk genomen aan het ketelvermogen zoals gedimensioneerd bij de invoerparameters, maar dan uiteraard in de in TRNSYS gebruikte eenheden (kJ/h). Het boilervat voor sanitair warm water wordt gelijkaardig gemodelleerd. De insteltemperatuur bedraagt hier 60°C zoals gedefinieerd in de literatuurstudie om legionella-besmetting te voorkomen. Het uitstromende debiet wordt hier uiteraard bepaald door de vraag naar sanitair warm water, omgerekend naar kg/h. Deze is gegeven door de drie eerder gedefinieerde opgemeten profielen die in de simulaties gebruikt worden. Het instromende debiet is gelijk aan het uitstromende, met als temperatuur deze van het stadswater. Deze laatste wordt verbonden aan de buitentemperatuur volgens de vergelijking uit de paragraaf betreffende de invoerparameters. De grootte van de tank voor de woning werd aanvankelijk ingesteld op een typische waarde voor een ELWP. Uit het 57

marktonderzoek van de literatuurstudie bleek dit ongeveer 300 liter te zijn. Al snel bleek echter uit de simulatie dat de grootte van dit vat er bij lagere werkingstemperaturen van de warmtepomp (45, 50 en 55°C) voor zorgt dat het gemiddelde verbruiksprofiel niet hoog genoeg is om de temperatuur van het vat op regelmatige basis voldoende te laten dalen. Hierdoor levert de warmtepomp zelden vermogen en wordt het overgrote deel van de energie geleverd door de interne weerstand. Als grootte voor de tank werd daarom 150 liter genomen. Dit is tevens een valabel uitgangspunt voor het basisscenario, aangezien 300l wat groot is voor een tank in een typisch gezin. In het basisscenario wordt de energie uiteraard enkel door de interne weerstand geleverd, die hiervoor een vermogen van 1500 Watt of 5400 kJ/h meekrijgt. Voor zorgtehuizen wordt het boilervat gedimensioneerd op 3000 liter. Een kleiner vat is niet wenselijk aangezien het dagelijks verbruik 5950 liter bedraagt. Door hierbij een vermogen van 33333 Watt of 120000 kJ/h aan te nemen, is de boiler in staat tijdig op te warmen zodat steeds aan de vraag voldaan kan worden.

4.3.2.3

Het implementeren van de warmtepomp

Om de verdere scenario's te kunnen simuleren, is de implementatie van een warmtepomp vereist. TRNSYS 16 biedt hier geen model voor aan. Dit is wel het geval in de uitbreidingsbibliotheek ('Tess Libraries') voor TRNSYS 17. Na enkele testen met dit model voor een warmtepomp bleek echter snel dat de werking ervan erg onnauwkeurig is. Zo bleek de COP zo goed als ongevoelig voor variaties in de temperatuur indien de luchttemperatuur meer dan 5°C bedraagt. Aangezien het bij een ELWP absoluut de bedoeling is de temperatuur hoger te houden dan 5°C, lijkt dit model niet de aangewezen oplossing. De warmtepomp werd bijgevolg gemodelleerd aan de hand van vergelijkingen met als basis vergelijking (2) uit de literatuurstudie: (2) Met:

Q = energie [J] m = massa van de behandelde stof [kg] c = soortelijke warmte [J/(kg*K)] (water: c = 4186 J/(kg*K), lucht: c = 710 J/(kg*K)) ∆θ = gerealiseerd temperatuursverschil van de behandelde stof [K]

Er werd uitgegaan van een maximaal vermogen van de warmtepomp, gelijk aan het ketelvermogen voor ruimteverwarming, het vermogen nodig voor sanitair warm water of beide samen. Om de extractielucht minder te belasten wordt het vermogen voor sanitair warm water bij de warmtepomp in de woning wel lager gehouden, op 1000 Watt. Alle andere warmtepompen krijgen de eerder gedefinieerde vermogens mee. Telkens er warmtevraag is, wordt een deel van het vermogen geleverd. Er werd bewust voor gekozen om de warmtepomp niet telkens (kortstondig) het maximale vermogen te laten leveren. Dit zou immers resulteren in kortstondige hoge luchtdebieten waardoor de afvoerlucht niet optimaal benut wordt. De fractie van het vermogen dat benut moet worden, wordt bepaald door een sturingsignaal. Dit wordt voor werking met ruimteverwarming bepaald aan de hand van het temperatuursverschil tussen de insteltemperatuur van het boilervat en de werkelijke temperatuur ervan. Hoe groter het verschil, hoe groter het percentage vermogen dat geleverd moet worden. Voor sanitair warm water wordt wel telkens het volledige vermogen benut aangezien dit heel wat lager is. Indien de ELWP voor beide functies samen gebruikt wordt, zorgt het sturingsignaal er bovendien voor dat bij bijvoorbeeld vraag naar sanitair warm water, enkel dat deel van het vermogen gebruikt wordt dat daarvoor voorzien is. Dit om te vermijden dat hiervoor het veel grotere vermogen (en veel grotere luchtdebiet) van ruimteverwarming aangesproken wordt. Het

58

controlesignaal vermenigvuldigd met het maximaal vermogen bepaalt hoeveel energie er aan de waterstroom toegevoerd kan worden. Het temperatuursverschil over het water is variabel en volgt uit de vaste insteltemperatuur en de variabele retourtemperatuur. Deze laatste hangt namelijk af van de afgegeven energie aan de boilers. Dit temperatuursverschil resulteert mits gebruik van formule (2) in een bepaald waterdebiet. Dit wordt evenwel beperkt tot 1000 kg/h voor de woning om te vermijden dat zeer grote debieten ontstaan bij lage temperatuursverschillen. De grens wordt voor zorgtehuizen en scholen opgetrokken overeenkomstig het vermogen. Deze beperking wordt uiteraard ook teruggekoppeld naar het geleverde vermogen. Langs waterzijde is er dus een hoeveelheid energie toegevoerd. Deze moet ook langs luchtzijde onttrokken worden. Hiervoor wordt gewerkt met een maximaal luchtdebiet bij het maximale vermogen. Het nodige luchtdebiet debiet volgt dan uit het quotiënt van het geleverde en het maximale vermogen. Dit heeft logischerwijs de implicatie dat het temperatuursverschil van de lucht over de verdamper constant is. Dit werd voor alle functies op 11,23017°C gesteld. Het maximale luchtdebiet werd in functie van deze temperatuur en het maximale vermogen bepaald volgens formule (2). Dit is weergegeven in Tabel 28. Maximale luchtdebiet van de warmtepomp (m³/h) Woning Zorgtehuis School RVW 3150 116200 SWW 350 12250 Tabel 28: Gevraagd luchtdebiet bij het maximale vermogen van de warmtepomp.

183890 -

Aangezien de warmtepomp niet altijd aan het maximale vermogen werkt, zal het werkelijke luchtdebiet ook lager liggen. Dit is gunstig voor de werking, want de temperatuur van de inkomende lucht volgt uit het gerealiseerde luchtdebiet. Er wordt namelijk maar een beperkt debiet binnenlucht aangevoerd, dus het deel dat ontbreekt wordt aangevuld met buitenlucht. Uit deze balans volgt dan de temperatuur van de inkomende lucht. Deze bepaalt, samen met de werkingstemperatuur van het water, de COP van de warmtepomp. Hoe lager het gevraagde luchtdebiet, hoe hoger de COP dus zal zijn. Figuur 29 vat de werking nog even samen. De COP wordt berekend in een afzonderlijke component waar de vergelijking bepaald bij de invoerparameters ingevoerd is. Uit het geleverde vermogen berekent deze dan het werkelijk verbruikte vermogen. Hierbij is het niet nodig het verbruik van de ventilator nog eens mee te rekenen, aangezien dit al vervat zit in de COP-data die in de literatuurstudie werd meegegeven.

Figuur 29: Schematische opbouw van de warmtepomp in TRNSYS. Een uitzondering wordt gemaakt in het scenario waarbij enkel binnenlucht gebruikt wordt voor de warmtepomp. Hier wordt het vermogen zo bepaald dat bij het benutten van enkel het (constante) ventilatiedebiet de temperatuursdaling maximaal ongeveer 15°C bedraagt. De temperatuursdaling

59

wordt hier iets groter toegelaten dan in andere scenario's omdat de inkomende temperatuur steeds vrij hoog zal zijn. Het betreft namelijk steeds binnenlucht.

4.3.2.4

De scenario's met ELWP

Om de warmte die door de warmtepomp aan de waterstroom toegevoerd is over te dragen aan het boilervat, is een warmtewisselaar nodig. Voor ruimteverwarming voorziet de warmtepomp zo in de volledige vraag, zonder hulpsysteem. Voor sanitair warm water blijft evenwel, behalve voor werking aan 62°C, de interne weerstand van de boiler meewerken. Dit is nodig om ervoor te zorgen dat het water de gewenste temperatuur van 60°C kan bereiken. Voor de dimensionering van de warmtewisselaar wordt een beroep gedaan op productinformatie van een warmtepompboiler van het merk ATC (zie bijlage I). Deze is vervaardigd uit roestvrij staal en kan vermogens aan tot 3 kW. Dit volstaat natuurlijk enkel voor de kleinste functie, namelijk sanitair warm water in woningen. Voor grotere vermogens worden de lengte en het oppervlak van de warmtewisselaar overeenkomstig opgevoerd. Wanneer ook een interne weerstand nodig is, wordt deze telkens boven de warmtewisselaar geplaatst. Dit zorgt ervoor dat deze laatste steeds het koudste water verwarmt en de weerstand het warmste. Uit tests in de simulaties blijkt zich echter een probleem voor te doen. Het model 'type60d' blijkt erg instabiel wanneer met een warmtewisselaar gewerkt wordt. Zo reageert deze slecht op temperatuurs- en debietschommelingen. In bepaalde gevallen voert deze zelfs minder vermogen toe aan het water dan er vraag is. Dit kan uiteraard niet. De problemen doen zich vooral voor bij ruimteverwarming aangezien daar met zeer variabele debieten gewerkt wordt. Om dit op te lossen, werd net voor de warmtewisselaar bij ruimteverwarming een element ingevoegd dat een constant debiet levert. Dit wordt bekomen door het water dat vanuit de warmtepomp vertrekt te mengen met een deel van het retourwater uit de warmtewisselaar. Dit zorgt uiteraard voor een daling van de temperatuur, maar deze blijft steeds hoog genoeg om voldoende energie af te leveren. Dit is zeker het geval voor een hoge warmtevraag aangezien het vertrekkende debiet uit de warmtepomp dan vrij hoog ligt en er dus weinig of geen bijmenging nodig is. De resultaten uit de simulatie zijn op deze manier correcter. De warmtewisselaar geeft hier steeds ongeveer hetzelfde vermogen af als de weerstand in het basisscenario zou leveren. Bijkomende stabiliteit werd voor zowel ruimteverwarming als sanitair warm water verzekerd door het rechtstreeks koppelen van het geleverde vermogen aan het afgegeven vermogen door de warmtewisselaar. Deze opstelling levert vrij optimistische resultaten op met rendementen voor de warmtewisselaar van 95 tot 99%. De impact op de rendabiliteitsanalyse hiervan wordt echter niet van die orde geacht dat dit een probleem vormt. Indien de ELWP enkel voor sanitair warm water of enkel voor ruimteverwarming gebruikt wordt, stroomt het waterdebiet dus naar de warmtewisselaar, geeft in het vat de warmte af, en keert op lagere temperatuur naar de warmtepomp terug. Wanneer de ELWP voor combinatie van beide gebruikt wordt en beide gelijktijdig energie vragen, werkt de warmtepomp tijdelijk aan de hoogst gevraagde temperatuur, namelijk deze van sanitair warm water. Er wordt één debiet uitgestuurd dat daarna gesplitst wordt over de twee functies. Na door de warmtewisselaars te zijn gestroomd, komt dit debiet terug samen en wordt de evenwichtstemperatuur van het retourwater naar de warmtepomp berekend. Uit de simulaties moet wel blijken of het geen te nadelige invloed heeft dat de warmtepomp gelijktijdig voor sanitair warm water en ruimteverwarming werkt. De SPF zal namelijk wat dalen doordat de warmtepomp ook voor ruimteverwarming aan een hogere

60

temperatuur werkt bij een simultane vraag. Indien dit niet haalbaar blijkt, moet de opstelling omgevormd worden zodat de warmtepomp nooit gelijktijdig voor beide functies werkt. Op deze manier kunnen nu alle scenario's gesimuleerd worden. De simulaties gebeuren in stappen van een kwartier teneinde een gedetailleerde analyse te kunnen uitvoeren. In bijlage E is een afbeelding opgenomen van hoe de opbouw van het meest gedetailleerde model er uitziet in de TRNSYS Simulation Studio. Dit is het scenario waarbij de warmtepomp in een woning voor zowel sanitair warm water als ruimteverwarming gebruikt wordt.

4.4 Resultaten van de simulatie 4.4.1 Weergavekarakteristieken voor de resultaten In wat volgt worden de resultaten voor de simulaties weergegeven. Alle resultaten zijn in eerste instantie weergegeven in tabelvorm om een beeld van alle parameters te schetsen en na te gaan of de opstelling wel tot een goed resultaat leidt. Na de weergave in tabellen, volgt telkens ook een vergelijkende analyse van de verschillende scenario's op basis van grafieken. Alle getoonde waardes zijn steeds op jaarbasis berekend, tenzij dit anders aangeduid is. Er wordt steeds naar eerdere scenario's verwezen om de relatieve besparing aan te duiden. Op deze manier kan men zich onmiddellijk een beeld vormen van de impact. Voor het verbruik van sanitair warm water, wordt ook telkens weergegeven hoeveel tekorten er ontstaan op jaarbasis. Een tekort is een moment waarop het comfort niet meer gegarandeerd kan worden. Dit ontstaat wanneer de temperatuur van het boilervat tijdens het verbruik lager dan 35°C zakt. Als dit niet meer dan één maal per maand gebeurt, wordt de impact op het comfort als verwaarloosbaar gezien. Ook het aandeel van de ventilatieverliezen dat gerecupereerd wordt, is telkens weergegeven. Hiermee kan men zich een beeld vormen van de efficiëntie van de recuperatie.

4.4.2 Resultaten voor woningen Tabel 29 geeft het scenario weer waar de energie voor zowel ruimteverwarming als sanitair warm water door een elektrische weerstand geleverd wordt. Deze kunnen naar opwekking met een gasboiler omgerekend worden door een rendement van 0,9 in te rekenen. Bij ruimteverwarming wordt de besparing door vraaggestuurd te gaan ventileren weergegeven, welke een belangrijke invloed op het verbruik blijkt te hebben. Voor sanitair warm water worden de drie verschillende profielen getoond. Profiel 1 is het standaardprofiel, profiel 2 heeft het hoge verbruik en profiel 3 het lage. Voor profiel 1 is een lichte afwijking te zien in het verbruik bij vaste en vraaggestuurde ventilatie. Dit wordt veroorzaakt doordat de warmteverliezen bij vaste ventilatiedebieten groter zijn en dus ook een grotere temperatuursdaling veroorzaken wanneer de woning niet verwarmd wordt. Als gevolg hiervan heeft de boiler iets meer verliezen. Merk ook op dat zich bij het zwaarste verbruiksprofiel drie maal per jaar een tekort voordoet. Daar dit als verwaarloosbaar gezien wordt, blijkt de boiler voor alle profielen voldoende groot gedimensioneerd te zijn.

61

Woning basisscenario B1: zonder warmtepomp Vraag naar RVW (kWh) Energie weerstand Jaarlijkse Besparing door of SWW (l/dag) (kWh) tekorten SWW vraagsturing B1(R): RVW RVW VA 9273 9310 RVW VR 6488 6535 30% B1(S): SWW SWW VA 1 79 1574 0 SWW VR 1 79 1572 0 SWW VA 2 135 2542 3 SWW VA 3 30 834 0 Tabel 29: Scenario zonder warmtepomp voor een woning. Tabel 30 geeft de resultaten weer voor de woning die verwarmd wordt door een warmtepomp op buitenlucht. Het verbruik wordt in deze en volgende tabellen steeds in de grijze balk weergegeven. Het gaat steeds om een verbruik in l/dag voor sanitair warm water en een verbruik in kWh/jaar voor ruimteverwarming. De werkingstemperatuur voor de warmtepomp bedraagt zoals gezegd 40°C. Op deze manier wordt een goede warmte-uitwisseling in de warmtewisselaar van het boilervat bekomen. Wanneer de resultaten voor de warmtepomp op buitenlucht bekeken worden, valt onmiddellijk de lage waarde voor de SPF of Seasonal Performance Factor op. Door met een vergelijkend opwekkingsrendement voor een gasketel van 0,9 te werken, is deze warmtepomp net niet rendabel. Het gaat hier dus om een vrij pessimistische inschatting. De besparing die het gebruik van de warmtepomp oplevert ligt evenwel vrij hoog. Deze is gemeten t.o.v. B1(R), het scenario voor ruimteverwarming zonder warmtepomp. Men moet hier echter bedenken dat dit de besparing ten opzichte van een elektrische verwarming is. Voor verwarming op gas ligt de kostprijs veel lager. Men moet uiteraard ook de bedenking maken dat dit een weergave is van enkele bestaande warmtepompen die niet noodzakelijk voor alle types geldt. Er zijn steeds betere en slechtere toestellen op de markt. De hier gevonden SPF is dan ook vooral nuttig om de invloed van de ELWP erop te testen en zo een relatieve besparing aan te duiden. Daar deze relatief is, kan deze geëxtrapoleerd worden voor meer performante warmtepompen. Ook de besparing door vraagsturing tussen de twee scenario's met warmtepomp wordt weergegeven. Deze ligt in lijn met de gevonden waarde in het eerste scenario. Woning basisscenario B2: warmtepomp voor RVW op buitenlucht T_water Geleverde energie SPF Gebruikte energie Besparing ten Besparing door (°C) WP (kWh) WP (kWh) opzichte van B1(R) vraagsturing RVW VA 9273 kWh WP 40 9373 2,21 4236 55% RVW VR 6488 kWh WP 40 6645 2,16 3082 53% 27% Tabel 30: Scenario met een warmtepomp op buitenlucht voor een woning. In Tabel 31 wordt het eerste scenario met een ELWP weergegeven. Deze voorziet in sanitair warm water en werkt enkel op binnenlucht. Dit wordt enkel onderzocht voor een vast ventilatiedebiet. In de eerste kolom worden de insteltemperaturen voor de warmtepomp weergegeven. Net als in voorgaande tabel worden deze aangeduid met WP 45, WP 50,... Dit om duidelijk te maken dat het over de werkingstemperatuur van de warmtepomp gaat. De interne elektrische weerstand is voor sanitair warm water steeds op 60°C ingesteld zodat de temperatuur van het boilervat hoog genoeg

62

blijft. Aangezien enkel binnenlucht gebruikt wordt, is de invloed van vraagsturing hier niet onderzocht. De resultaten voor de besparing blijken zeer gunstig te zijn. Ook wanneer de warmtepomp op 62°C werkt, wordt een vrij goede SPF bekomen. Het scenario waar de warmtepomp op slechts 45°C ingesteld is, blijkt evenwel een vrij kleine besparing teweeg te brengen. De warmtepomp verzorgt hier dan ook slechts 10% van de vraag. Dit heeft ook zijn implicaties op het aandeel van de ventilatieverliezen dat gerecupereerd wordt, wat bij de insteltemperatuur van 45°C veel te laag is om van echte warmteterugwinning te kunnen spreken. Voor de andere insteltemperaturen zijn de resultaten beter. Woning met ELWP voor SWW, op binnenlucht T_water Energie Geleverde SPF Totaal % vent. Jaarlijkse Besparing (°C) weerstand energie WP verbruik verliezen tekorten t.o.v. B1(S) (kWh) (kWh) (kWh) gerecup. SWW SWW VA 1 79 l/dag WP 45 1415 147 4,55 1447 4% 8 8% WP 50 1033 479 3,95 1155 12% 11 27% WP 55 808 792 3,45 1037 20% 13 34% WP 62 0 1634 2,97 551 35% 17 65% SWW VA 2 135 l/dag WP 45 2255 241 4,45 2309 6% 36 9% WP 50 1453 903 3,90 1685 23% 84 34% WP 55 821 1567 3,43 1278 39% 73 50% WP 62 0 2506 2,96 846 56% 58 67% Tabel 31: Scenario met een ELWP op binnenlucht voor een woning. Door het gebruik van enkel binnenlucht wordt het vermogen van de warmtepomp wel sterk beperkt, tot ongeveer 600 W. Het vaste ventilatiedebiet van 178 m³/h ligt dan ook heel wat lager dan het vereiste debiet van ongeveer 300 m³/h dat in het marktonderzoek in de literatuurstudie teruggevonden werd. De temperatuursdaling wordt hier wel uitgebreid tot 15°C (i.p.v. 11 °C) aangezien het vermogen anders te laag wordt. Dit is hier zonder rendementsverlies mogelijk aangezien de luchttemperatuur voor de warmtepomp steeds zeer hoog is. Het lage vermogen van maximaal 600W heeft enerzijds een positieve invloed aangezien het helpt het verbruik te verminderen. Het vat zal namelijk trager opwarmen, waardoor ook de insteltemperatuur van 60°C minder vaak bereikt wordt tussen twee periodes van verbruik. Ook in de andere simulaties voor sanitair warm water (zie verder) is steeds een kleine afwijking te zien voor de verschillende insteltemperaturen door de variabele vermogensverdeling tussen elektrische weerstand en warmtepomp. Het lage vermogen voor deze simulatie heeft evenwel ook een negatieve impact, namelijk naar comfort toe. De tekorten op jaarbasis zijn met 17 voor het standaardprofiel in zekere zin nog acceptabel, maar in het zwaarste profiel lopen deze op tot wel 84. Dit is uiteraard onaanvaardbaar. Een oplossing zou erin bestaan een groter boilervat te voorzien, zodat 's nachts een grotere voorraad aangelegd kan worden. Het vergroten zou echter ook negatieve consequenties meebrengen voor het rendement, aangezien de fractie waarvoor de warmtepomp verantwoordelijk is sterk daalt voor de insteltemperaturen van 45, 50 en 55°C. Met een groter vat zou de temperatuur in het vat namelijk minder vaak onder 55°C zakken. Indien enkel binnenlucht gebruikt wordt, stemt men dus best de grootte van het boilervat zeer goed af op de noden van het gezin. Een alternatief kan erin bestaan het boilervat gewoon zeer groot te nemen en de warmtepomp permanent op 62°C te laten werken, zonder elektrische weerstand. Dit is weergegeven in Tabel 32. Hierbij werd ook het

63

lage verbruiksprofiel onderzocht om na te gaan of dergelijke grote tank in die situatie ook nog een goed rendement oplevert. De besparingen blijken zeer gunstig te zijn voor alle verbruiksprofielen aan 62°C. Ook het aandeel van de ventilatieverliezen dat gerecupereerd wordt ligt hoger. Voor profiel 1 werden ook twee andere insteltemperaturen onderzocht. Deze blijken inderdaad zeer slecht te presteren door de omvang van de tank. Dit wordt niet enkel veroorzaakt door de geringe afname van water. De grote tank heeft namelijk ook meer mantelverliezen en de extra besparing weegt hier niet tegen op. Voor werking aan 62°C is dit wel het geval. Enkel deze zal dan ook verder geanalyseerd worden. Woning met ELWP voor SWW, op binnenlucht met een boilervat van 300l i.p.v. 150l T_water Energie Geleverde SPF Totaal % vent. Jaarlijkse Besparing (°C) weerstand energie WP verbruik verliezen tekorten t.o.v. B1(S) (kWh) (kWh) (kWh) gerecup. SWW SWW VA 1 79 l/dag WP 50 1652 141 3,93 1688 4% 4 -7% WP 55 1497 358 3,43 1602 9% 4 -2% WP 62 0 1935 2,96 653 40% 4 59% SWW VA 2 135 l/dag WP 62 0 2840 2,96 960 64% 5 62% SWW VA 3 30 l/dag WP 62 0 1102 2,98 370 16% 3 56% Tabel 32: Scenario met een ELWP op binnenlucht met groter boilervat voor een woning. In Tabel 33 wordt de volgende stap gemaakt, een ELWP op binnen- en buitenlucht voor sanitair warm water. Hier werden de drie profielen volledig onderzocht om de impact ervan te kunnen inschatten. Door het grotere te realiseren luchtdebiet (350 m³/h), kan hier makkelijk een vermogen van 1000W gerealiseerd worden. De jaarlijkse tekorten blijven dan ook beperkt tot minder dan één per maand, waardoor deze opstelling voldoende comfort kan garanderen. Voor het standaardprofiel komt uit de resultaten de invloed van vraagsturing duidelijk naar voor. Deze veroorzaakt steeds een zeer grote daling van de SPF door de lagere luchttemperatuur. Men gaat namelijk mengen met buitenlucht, waardoor de resulterende temperatuur van het luchtmengsel net voor de warmtepomp zakt. Ook blijkt hier de nadelige invloed van een laag verbruiksprofiel (VA 3) op het rendement, vooral voor de lagere insteltemperaturen van de warmtepomp. Indien er echter geen weerstand actief is en de ELWP dus op 62°C werkt, blijkt het rendement wel beter. Voor elk profiel is de SPF echter dermate laag bij werking aan 62°C dat de verbruikskosten steeds hoger zullen zijn dan bij een gasboiler. Men kan dan ook verwachten dat deze opstelling niet erg rendabel is. In het geval de ventilatie vraaggestuurd verloopt is er echter geen andere optie omdat het luchtdebiet veel te laag is om in een voldoende vermogen te voorzien indien enkel binnenlucht gebruikt wordt.

64

Woning met ELWP voor SWW, op binnen -en buitenlucht T_water Energie Geleverde SPF Totaal % vent. Jaarlijkse Besparing (°C) weerstand energie WP verbruik verliezen tekorten t.o.v. B1(S) (kWh) (kWh) (kWh) gerecup. SWW SWW VA 1 79 l/dag WP 45 1428 139 3,65 1466 2% 4 7% WP 50 1081 453 3,13 1226 7% 6 22% WP 55 855 769 2,55 1156 12% 10 27% WP 62 0 1724 1,79 961 24% 0 39% SWW VR 1 79 l/dag WP 45 1425 138 2,84 1474 2% 4 6% WP 50 1077 453 2,43 1264 8% 6 20% WP 55 852 768 1,84 1269 13% 10 19% WP 62 0 1721 1,37 1258 26% 0 20% SWW VA 2 135 l/dag WP 45 2345 189 3,59 2398 3% 8 6% WP 50 1700 756 3,09 1944 12% 10 24% WP 55 1051 1475 2,54 1631 24% 11 36% WP 62 0 2726 1,74 1567 37% 6 38% SWW VA 3 30 l/dag WP 45 826 8 3,34 829 0% 0 1% WP 50 825 9 2,75 828 0% 0 1% WP 55 813 36 2,59 827 1% 0 1% WP 62 0 933 1,93 482 8% 0 42% Tabel 33: Scenario met ELWP voor SWW op binnen- en buitenlucht voor een woning. Tabel 34 geeft de ELWP op binnen- en buitenlucht voor ruimteverwarming weer. Het gebruik van enkel binnenlucht is hier geen optie aangezien het vereiste vermogen veel te groot is. In de tabel is een verbetering te zien van de SPF t.o.v. de situatie waar enkel buitenlucht gebruikt werd voor de warmtepomp (B2). De besparingen tegenover dat scenario blijven evenwel beperkt tot 6 en 11%. Het toepassen van vraagsturing op scenario B2 had met een besparing van 27% een veel grotere impact dan het toepassen van een ELWP met 11%. Ook de fractie van de ventilatieverliezen die gerecupereerd wordt ligt niet zo hoog in vergelijking met de vraag. Merk op dat deze bij gebruik voor sanitair warm water bijna even hoog is, hoewel de vraag daar lager is. Dit komt voornamelijk doordat bij ruimteverwarming een groot deel van de vraag met buitenlucht opgelost wordt om het grote vermogen te bereiken. Dit is noodzakelijk om de woning snel genoeg te kunnen opwarmen. Woning met ELWP voor RVW, op binnen- en buitenlucht T_water Geleverde energie WP SPF Totaal verbruik % vent. verliezen Besparing (°C) (kWh) (kWh) gerecup. t.o.v. B1(R)/B2 RVW VA 9273 kWh WP 40 9373 2,48 3784 30% 59% / 11% RVW VR 6488 kWh WP 40 6645 2,30 2889 34% 56% / 6% Tabel 34: Scenario met ELWP voor RVWW op binnen- en buitenlucht voor een woning. De gerecupereerde fracties van de ventilatieverliezen blijven dus vrij beperkt in (bijna) alle tot hiertoe onderzochte scenario's. Om dit te verbeteren, werd ook het gebruik van de ELWP voor zowel ruimteverwarming als sanitair warm water onderzocht. De bedoeling is om door het meer gespreide

65

verbruik het benuttigen van de ventilatielucht te maximaliseren. De resultaten zijn weergegeven in Tabel 35. De besparingen werden t.o.v. 2 scenario's berekend. ELWP 1 staat voor de som van het scenario met ELWP voor RVW en dat met een gewone elektrische weerstand in het boilervat voor SWW. ELWP 2 staat voor de som van de scenario's waarbij de ELWP telkens voor enkel SWW of enkel RVW gebruikt wordt. Dit kan in realiteit nooit voorkomen, maar het is nuttig om de impact van de combinatie te zien. Hierbij is het logisch dat het rendement ten opzichte van ELWP 2 lager is aangezien RVW en SWW nu de binnenlucht moeten delen. Ten opzichte van ELWP 1 blijkt de besparing echter ook negatief te zijn, wat niet de opzet is van het systeem. De oorzaak ligt bij de opstelling. De warmtepomp werkt op 40°C voor ruimteverwarming en op een hogere temperatuur voor sanitair warm water. Wanneer beide echter samen nodig zijn, wordt de hoogste temperatuur geleverd, namelijk deze van sanitair warm water. Dit leidt er toe dat het vat voor ruimteverwarming sneller opwarmt, wat positief is omdat er dan minder lang vraag is. Dit heeft echter ook een keerzijde, namelijk de negatieve impact op de SPF. Deze zakt dermate laag dat deze opstelling niet rendabel is. Wat met het model wel bereikt is, is een groter aandeel van de ventilatielucht aan te spreken om meer warmte te recupereren. Het principe werd dan ook niet afgeschreven, maar licht omgevormd. Een tweede opstelling, weergegeven in Tabel 36, kent een andere opbouw. Hier wordt de ELWP ook voor beide gebruikt, maar nooit gelijktijdig. Hierbij krijgt ruimteverwarming voorrang, conform de resultaten uit paragraaf 2.3.3 van de literatuurstudie. Deze aanpak is ook logisch, want men moet toch de investering doen in het grotere systeem en ruimteverwarming kent het grootste verbruik. Bij deze opstelling komt het er dus op neer dat de ELWP enkel voor sanitair warm water gebruikt wordt als er geen vraag naar ruimteverwarming is. Indien deze laatste er wel is, zorgt de interne weerstand voor de volledige opwarming van het sanitaire boilervat. De optie voor 45°C werd hier niet meer onderzocht aangezien dit reeds in voorgaande tabel een zeer kleine impact bleek te hebben. De besparingen t.o.v. van ELWP 1 zijn steeds positief. Opvallend is echter dat het verlies t.o.v. de theoretische som ELWP 2 zeer klein tot onbestaand is. Dit betekent dat het delen van de afvoerlucht tussen SWW en RVW (bijna) geen enkele negatieve invloed heeft. Ook het aandeel van de ventilatieverliezen dat gerecupereerd wordt ligt hoger doordat de spreiding in de vraag nog beter is. De gerealiseerde bijkomende besparing blijft ondanks de verbetering vrij laag liggen. Enkel de werking aan 62°C lijkt echt een invloed te hebben. Woning met ELWP voor SWW + RVW opstelling 1, op binnen- en buitenlucht T_water Energie Geleverde SPF Totaal % vent. Jaarlijkse (°C) weerstand energie WP verbruik verliezen tekorten SWW (kWh) (kWh) (kWh) gerecup. SWW S+R VA 79 l/dag + 9273 kWh WP 40/45 1418 9560 2,47 5284 WP 40/50 1074 10923 2,36 5253 WP 40/55 810 10997 1,89 6197 WP 40/62 0 11078 1,37 8068 S+R VR 79 l/dag + 6488 kWh WP 40/45 1415 6835 2,30 4387 WP 40/50 1071 7134 2,20 4320 WP 40/55 821 7449 1,81 4946 WP 40/62 0 8347 1,36 6144 Tabel 35: Scenario 1 met ELWP voor RVW en SWW in een woning.

Extra besparing t.o.v. ELWP 1/2

32% 36% 39% 48%

5 8 10 8

1% /-1% 2% /-5% -16%/-25% -51%/-70%

37% 40% 44% 53%

4 8 9 8

2% /-1% 3% /-4% -11%/-19% -38%/-48%

66

Woning met ELWP voor SWW + RVW opstelling 2, op binnen- en buitenlucht T_water Energie Geleverde SPF Totaal % vent. Jaarlijkse (°C) weerstand energie WP verbruik verliezen tekorten SWW (kWh) (kWh) (kWh) gerecup. SWW S+R VA 79 l/dag + 9273 kWh WP 40/50 1286 9667 2,50 5152 WP 40/55 1211 9839 2,50 5147 WP 40/62 348 10820 2,42 4820 S+R VR 79 l/dag + 6488 kWh WP 40/50 1265 6968 2,32 4269 WP 40/55 1178 7149 2,30 4288 WP 40/62 274 8182 2,12 4131 Tabel 36: Scenario 2 met ELWP voor RVW en SWW in een woning.

Extra besparing t.o.v. ELWP 1/2

34% 37% 51%

0 0 0

4% / -3% 4% / -4% 10% / -2%

39% 42% 59%

0 0 0

4 % / -3% 4% / -3% 7% / 0%

In een laatste simulatie voor woningen werd bovenstaande opbouw herhaald, met het verschil dat voor sanitair warm water de ELWP enkel op binnenlucht werkt en een overeenkomstig groter boilervat heeft. De resultaten zijn weergegeven in Tabel 37. De besparing wordt hier ook uitgezet t.o.v. ELWP 3, zijnde de theoretische som van de scenario's met een ELWP voor RVW en een ELWP op binnenlucht voor SWW. De resultaten voor deze opbouw zijn de beste die tot dusver bekomen werden, ook naar recuperatie van de ventilatieverliezen toe. Indien men de ELWP wil gebruiken voor de combinatie van SWW en RVW lijkt dit dan ook de aangewezen oplossing. Woning met ELWP voor SWW + RVW opstelling 2, op binnenlucht (SWW) en mix (RVW) T_water Energie Geleverde SPF Totaal % vent. Jaarlijkse (°C) weerstand energie WP verbruik verliezen tekorten SWW (kWh) (kWh) (kWh) gerecup. SWW S+R VAi 79 l/dag + 9273 kWh WP 40/62 256 11111 2,51 4683 Tabel 37: Scenario 3 met ELWP voor RVW en SWW in woning.

65%

0

Extra besparing t.o.v. ELWP 1/3 12%/0%

Om de bekomen resultaten van de simulaties eenvoudig grafisch met elkaar te kunnen vergelijken, worden deze in wat volgt samen in grafieken weergegeven. Het gaat telkens om het totale energetische verbruik op jaarbasis in kWh. Men kan zich op deze manier een duidelijk beeld vormen van de besparing. De verschillen in verbruik geven echter niet altijd aanleiding tot een verschil in kostprijs. T.o.v. elektrische verwarming mogen de resultaten als representatief voor de kosten beschouwd worden, maar de kostenbesparing tegenover verwarming op gas moet blijken uit de economische analyse (zie verder). Er moet in ieder geval wel meer dan de helft bespaard worden op de fractie die de warmtepomp levert indien men in de buurt van de kosten van een gasboiler wil komen. Figuur 30 geeft de verschillende scenario's met gebruik voor sanitair warm water weer. Hierbij staat EW voor elektrische weerstand en ELWP uiteraard voor extractielucht warmtepomp. Het bijvoegsel 'i' wijst erop dat enkel binnenlucht gebruikt wordt. Er worden drie insteltemperaturen voor de warmtepomp weergegeven. Deze bij 45°C had namelijk een te kleine impact om verder mee te nemen. De temperatuur aangegeven als EW slaat op de insteltemperatuur van 60°C van het vat die in dat geval enkel door de elektrische weerstand behouden wordt. Zoals reeds aangehaald, helpt deze ook de warmtepomp bij werking aan 50 en 55°C om de insteltemperatuur van 60°C te bereiken.

67

Jaarverbruik in een woning voor SWW (kWh) 3000 2500 2000

Twater,WP (°C)

1500

50 55

1000

62

500

EW

0 EW

ELWP VA

ELWP VR

Profiel 1

ELWPi VA

EW

ELWP VA Profiel 2

ELWPi VA

EW

ELWP VA

ELWPi VA

Profiel 3

Figuur 30: Overzicht van het verbruik met een ELWP voor SWW in een woning. In de grafiek valt onmiddellijk voor alle profielen de goede prestatie op van de ELWP met groot boilervat die enkel op binnenlucht werkt. Dit lijkt dan ook de aangewezen instelling om verder mee te nemen in de analyse. De besparingen voor scenario's met buitenlucht blijven echter beperkt. Wanneer de warmtepomp alle energie levert en op 62°C werkt, blijft meer dan de helft van het verbruik bestaan. Dit lijkt dus in elk geval geen rendabele optie t.o.v. een gasboiler. Indien men van vraaggestuurde ventilatie gebruik maakt, ligt de besparing nog lager. Om een rendabel systeem te realiseren, zou men kunnen uitgaan van een vraaggestuurd systeem dat telkens wacht op een impuls van de boiler om te beginnen ventileren. Dergelijke opbouw valt echter buiten het bestek van deze studie. Wat ook opvalt in de figuur, is dat gezinnen met een beperkt verbruik of bijvoorbeeld alleenstaanden beter niet investeren in een ELWP, tenzij enkel de warmtepomp werkt en geen interne weerstand. Dit is ook logisch aangezien er in profiel 3 zo weinig verbruikt wordt dat alles anders door de elektrische weerstand gecompenseerd wordt. Dit punt buiten beschouwing gelaten, zijn er relatief gezien weinig verschillen tussen de drie profielen. Naast het scenario waarbij de ELWP op 62°C en binnenlucht werkt, is ook dat met een insteltemperatuur van 50°C (en buitenlucht) interessant voor verdere analyse. Deze realiseert een hoge SPF en mogelijks kan deze een goed rendement opleveren indien de elektrische weerstand vervangen wordt door een element op gas. In Figuur 31 wordt de besparing voor ruimteverwarming getoond. Het basisscenario is ook hier een elektrische weerstand. Uit de figuur blijkt voornamelijk de beperkte besparing die men realiseert door over te stappen van een gewone warmtepomp op buitenlucht (WP) naar een ELWP. Men moet evenwel bedenken dat de weergegeven schaal een groter bereik van verbruik beslaat dan bij sanitair warm water. Een kleine wijziging heeft hier dus een grotere impact. Niettemin lijkt vooral bij vraaggestuurde ventilatie de winst zeer klein te zijn. Voor de economische analyse wordt enkel de vergelijking met een gewone warmtepomp meegenomen aangezien het niet de doelstelling is van deze studie om lucht-water warmtepompen in vraag te stellen. Enkel de invloed van extractielucht is in het kader van dit onderzoek belangrijk. Bovendien biedt de vergelijking met een warmtepomp het voordeel dat de invloed van de gekozen COP minder een rol speelt. De WP en de ELWP werken namelijk met dezelfde instellingen. De resultaten zijn zo op een grotere variëteit aan warmtepompen toepasbaar. Wat ook verder onderzocht zal worden, is de besparing die vraagsturing teweeg brengt. Uit de figuur blijkt namelijk dat het een veel grotere impact heeft om bij een gewone warmtepomp

68

naar een vraaggestuurd ventilatiesysteem over te gaan dan naar een ELWP. Indien men bij het bouwen van een woning met een beperkt budget rekening moet houden, kan het dus mogelijk interessanter zijn om voor vraagsturing te opteren dan voor een ELWP. De verdere uitwerking hiervan volgt in de economische analyse.

Jaarverbruik in een woning voor RWW (kWh) 10000 8000 6000 4000 2000 0 EW

WP

ELWP

EW

WP

Vast debiet

ELWP

Vraagsturing

Figuur 31: Overzicht van het verbruik met een ELWP voor RVW in een woning. Figuur 32 ten slotte toont de ELWP die gebruikt wordt voor een combinatie van sanitair warm water (S) en ruimteverwarming (R). De benaming in de legende slaat uiteraard enkel op de werkingstemperatuur voor sanitair warm water aangezien de insteltemperatuur voor ruimteverwarming steeds 40°C is. De scenario's zijn telkens gebaseerd op een WP of ELWP die in eerste instantie voor ruimteverwarming gebruikt wordt. Deze dienen als referentie voor het scenario waarbij de ELWP voor zowel SWW als RVW werkt, maar de voorrang aan RVW gegeven wordt. De opstelling waarbij beide simultaan gebruik kunnen maken van de warmtepomp, bleek uit de tabellen zo slecht te zijn dat deze hier niet opgenomen is.

Jaarverbruik in een woning voor SWW & RVW (kWh) 12000 10000 8000

Twater,WP (°C)

6000

50 55

4000

62

2000

EW

0 EW

EW S + WP R

EW S + ELWP R Vast debiet

ELWP S+R

ELWP Si+R

EW

EW S + WP R

EW S + ELWP R

ELWP S+R

Vraagsturing

Figuur 32: Overzicht van het verbruik met een ELWP voor RVW & SWW een woning. In de grafiek blijkt opnieuw dat de impact van de ELWP niet zo groot is t.o.v. andere scenario's waar er een warmtepomp in het spel is. De opstelling waarbij de ELWP in eerste instantie voor RVW op binnen- en buitenlucht gebruikt wordt en hiernaast ook voor SWW op enkel binnenlucht is (nipt) de

69

beste. De onderlinge besparingen bij vraaggestuurde ventilatiesystemen blijken weer zeer klein. Voor de economische analyse wordt het scenario met ELWP voor RVW en SWW(i) op 62°C meegenomen aangezien dit hetgeen met de grootste impact is. Voor vraagsturing wordt hetzelfde scenario beschouwd, maar zonder dat de ELWP voor SWW op binnenlucht werkt. Uiteraard worden ook de basisscenario's nog steeds ter referentie gehanteerd. Uit de drie grafieken bleek dus dat gebruik voor sanitair warm water verhoudingsgewijs een grotere impact heeft. De oorzaak ligt uiteraard bij het feit dat voor ruimteverwarming veel grotere debieten gevraagd worden en de temperatuur van de gemengde lucht (T_WP) dus dichter bij deze van de buitenlucht ligt. Dit effect wordt weergegeven voor de maand januari in Figuur 33 en Figuur 34. In het geval enkel binnenlucht gebruikt wordt voor sanitair warm water is de temperatuur uiteraard gelijk aan deze van de binnenlucht. Ook de vergelijking tussen vaste (VA) en vraaggestuurde (VR) ventilatiedebieten wordt in de grafiek gemaakt. De temperatuur vormt aldus ook de reden voor de lagere relatieve besparingen wanneer de ELWP in combinatie met vraagsturing wordt ingezet. Voor sanitair warm water werd de insteltemperatuur van 62°C weergegeven omdat deze de grootste impact heeft. Alle luchttemperaturen werden bepaald op basis van daggemiddelden, waarbij wel enkel de temperaturen beschouwd werden op de tijdstippen dat de installatie effectief in werking is.

Luchttemperaturen voor scenario woning ELWP SWW 62 (°C) 25 20 15 T_afvoerlucht

10

5

T_WP_VA

0

T_WP_VR

-5

T_ buitenlucht 31/jan

29/jan

27/jan

25/jan

23/jan

21/jan

19/jan

17/jan

15/jan

13/jan

11/jan

9/jan

7/jan

5/jan

3/jan

1/jan

-10

Figuur 33: Mengen van binnen- en buitenlucht bij gebruik van een ELWP voor SWW in een woning.

Luchttemperaturen voor scenario woning ELWP RVW (°C) 25 20 15 T_afvoerlucht

10 5

T_WP_VA

0

T_WP_VR

-5

T_ buitenlucht 31/jan

29/jan

27/jan

25/jan

23/jan

21/jan

19/jan

17/jan

15/jan

13/jan

11/jan

9/jan

7/jan

5/jan

3/jan

1/jan

-10

Figuur 34: Mengen van binnen- en buitenlucht bij gebruik van een ELWP voor RWW in een woning. 70

4.4.3 Resultaten voor zorgtehuizen Het basisscenario zonder warmtepomp in het zorgtehuis wordt weergegeven in Tabel 38. Hier wordt zoals gezegd enkel met vaste ventilatiedebieten gewerkt vermits er toch continu bezetting is. Ook wordt er maar één profiel voor sanitair warm waterverbruik beschouwd. Het boilervat voor sanitair warm water is zo gedimensioneerd dat er nooit tekorten voorkomen. In de zorgsector is dit namelijk een meer kritische parameter dan bij woningen. Zorgtehuis basisscenario B1: zonder warmtepomp Vraag naar RVW (kWh) of Energie weerstand (kWh) SWW (l/dag) B1(R): RVW RVW VA 888911 894147 B1(S): SWW SWW VA 5950 104422 Tabel 38: Basisscenario zonder warmtepomp voor een zorgtehuis.

Jaarlijkse tekorten SWW

0

Tabel 39 geeft het tweede basisscenario weer, namelijk dit met een warmtepomp op buitenlucht voor de ruimteverwarming. Merk op dat de SPF hier hoger ligt dan bij de woning. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt doordat er meer continu en langer verwarmd wordt, ook bij hoge buitentemperaturen. De kamertemperatuur van 23°C moet namelijk steeds gehandhaafd worden. Zorgtehuis basisscenario B2: warmtepomp voor RVW op buitenlucht T_water Geleverde energie WP SPF Gebruikte energie WP Besparing ten opzichte (°C) (kWh) (kWh) van B1(R) RVW VA 888911 kWh WP 40 912099 2,52 362619 59% Tabel 39: Basisscenario met warmtepomp op buitenlucht voor een zorgtehuis. In Tabel 40 wordt dan weer het scenario met de ELWP voor sanitair warm water weergegeven. De analyse werd enkel gemaakt voor werking met binnenlucht aangezien het vereiste ventilatiedebiet dermate groot is dat hiermee net voldoende vermogen geleverd kan worden voor opwarming van het boilervat. Hierdoor wijkt de temperatuur voor de warmtepomp nauwelijks af van de binnentemperatuur. De besparingen blijken dan ook vrij hoog te liggen, net als de SPF. De uitzondering is weer de insteltemperatuur van 45°C, waar slechts een verwaarloosbare fractie van de benodigde energie geleverd wordt. Zorgtehuis met ELWP voor SWW, op binnenlucht T_water Energie Geleverde SPF Totaal % Vent. Jaarlijkse Besparing (°C) weerstand energie WP verbruik verliezen tekorten t.o.v. B1(S) (kWh) (kWh) (kWh) gerecup. SWW SWW VA 1 5950 l/dag WP 45 104262 162 4,76 104296 0% 0 0% WP 50 77691 23881 4,14 83460 6% 0 20% WP 55 47812 58657 3,66 63852 15% 0 39% WP 62 0 116403 3,23 36052 29% 0 65% Tabel 40: Scenario met ELWP op binnenlucht voor SWW in een zorgtehuis.

71

De ELWP voor ruimteverwarming wordt dan weer weergegeven in Tabel 41. Deze werkt uiteraard wel op een mix van binnen- en buitenlucht aangezien het benodigde vermogen hoger is. Ook hier wordt een veel hogere SPF bekomen dan in woningen. Dit wordt zowel veroorzaakt door de meer continue vraag als door het hogere ventilatiedebiet. Dit laatste leidt namelijk tot een hogere temperatuur van de binnenlucht, zoals zal blijken uit de analyse van de temperatuur (zie verder). Met een besparing van 23% t.o.v. een gewone warmtepomp is dit scenario zeker het onderzoeken waard. Merk ook het hoge percentage aan ventilatieverliezen dat gerecupereerd wordt op. Ook dit kent als voornaamste oorzaak de continue vraag. Met een recuperatie van 70% van de ventilatieverliezen kan men hier al van een vrij goede warmteterugwinning spreken. Zorgtehuis met ELWP voor RVW, op binnen- en buitenlucht T_water Geleverde energie WP SPF Totaal verbruik % Vent. verliezen Besparing (°C) (kWh) (kWh) gerecup. t.o.v. B1(R)/B2 RVW VA 888911 kWh WP 40 912099 3,26 279912 70% 69% / 23% Tabel 41: Scenario met ELWP op binnen- en buitenlucht voor RVW in een zorgtehuis. Tabel 42 toont het scenario waar de ELWP simultaan voor SWW en RVW gebruikt kan worden. Net als bij woningen staat ELWP 1 voor de som van het scenario met ELWP voor RVW en dat met een gewone elektrische weerstand in het boilervat voor SWW. ELWP 2 staat weer voor de theoretische som van de scenario's waarbij de ELWP telkens voor enkel SWW of enkel RVW gebruikt wordt. Ook hier zijn de resultaten voor dit scenario zeer slecht. Zorgtehuis met ELWP voor SWW + RVW opstelling 1, op binnen- en buitenlucht T_water Energie Geleverde SPF Totaal % Vent. Jaarlijkse (°C) weerstand energie WP verbruik verliezen tekorten SWW (kWh) (kWh) (kWh) gerecup. SWW

Extra besparing t.o.v. ELWP 1/2

S+R VA 5950 l/dag + 888911 kWh WP 40/45 104258 910418 3,26 383833 71% 0 0% / 0% WP 40/50 47408 956991 2,37 451828 71% 0 -18%/-24% WP 40/55 28897 983523 1,67 618651 72% 0 -61%/-80% WP 40/62 0 1023365 1,38 741267 73% 0 -93%/-135% Tabel 42: Scenario 1 met ELWP op binnen- en buitenlucht voor SWW en RVW in een zorgtehuis. Opnieuw werd overgegaan naar een opstelling waarbij de ELWP steeds gebruikt wordt voor ruimteverwarming en enkel beschikbaar is voor sanitair warm water als er geen vraag naar ruimteverwarming is. De resultaten zijn weergegeven in Tabel 43. Zorgtehuis met ELWP voor SWW + RVW opstelling 2, op binnen- en buitenlucht T_water Energie Geleverde SPF Totaal % vent. Jaarlijkse (°C) weerstand energie WP verbruik verliezen tekorten SWW (kWh) (kWh) (kWh) gerecup. SWW

Extra besparing t.o.v. ELWP 1/2

S+R VA 5950 l/dag + 888911 kWh WP 40/50 103686 910384 3,26 383268 72% 0 0% / -5% WP 40/55 90091 926638 3,26 374193 74% 0 3% / -9% WP 40/62 84128 933002 3,25 370932 76% 0 3% / -17% Tabel 43: Scenario 2 met ELWP op binnen- en buitenlucht voor SWW en RVW in een zorgtehuis.

72

Hier is de besparing t.o.v. het gebruik voor enkel ruimteverwarming positief, maar toch vrij klein. Ook is te zien dat door de combinatie er minder binnenlucht voor beide beschikbaar is dan in afzonderlijk gebruik voor SWW of RVW (ELWP 2). De vraag naar RVW is dan ook dermate continu dat er voor SWW nog weinig tijdstippen overblijven. Ook het aandeel gerecupereerde ventilatieverliezen kent hierdoor maar een kleine stijging. Figuur 35 toont het overzicht van het totale verbruik voor sanitair warm water in de verschillende scenario's. De ELWP bij de werkingstemperatuur van 62°C kan hier op het eerste zicht zeker concurreren met een gasboiler. Ook voor de andere temperaturen worden gunstige besparingen bekomen. Aangezien ook bij 55°C een zeer hoge SPF bereikt wordt, zullen de opstellingen met insteltemperaturen van 55 en 62°C gebruikt worden in de economische analyse.

Jaarverbruik in een zorgtehuis voor SWW (kWh) 120000

Twater,WP (°C)

100000 80000

50

60000

55

40000

62

20000

EW

0 EW

ELWPi

Figuur 35: Overzicht van het verbruik met een ELWP voor SWW in een zorgtehuis. Op Figuur 36 wordt het overzicht getoond bij gebruik voor ruimteverwarming. Zoals eerder aangehaald, is hier een duidelijke besparing te zien door over te stappen van een gewone warmtepomp op buitenlucht naar een ELWP.

Jaarverbruik in een zorgtehuis voor RWW (kWh) 1000000 900000 800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 EW

WP

ELWP

Figuur 36: Overzicht van het verbruik met een ELWP voor RVW in een zorgtehuis.

73

Het gebruik voor RVW en SWW wordt weergegeven op Figuur 37. Hier lijkt het combineren van RVW met een insteltemperatuur van 50°C voor SWW weinig zinvol. Zelfs de insteltemperatuur van 62°C lijkt weinig rendabel. Deze opstelling wordt dan ook niet verder onderzocht. Het gaat hier namelijk over een besparing van slechts enkele procenten. Dergelijk klein verschil kan al simpelweg vervallen door licht andere invoerparameters te gebruiken. Een verdere analyse van dit scenario is dus niet nuttig.

Jaarverbruik in een zorgtehuis voor SWW & RVW (kWh) 1200000 1000000

Twater,WP (°C)

800000

50

600000

55

62

400000

EW 200000 0 EW

EW S + WP R

EW S + ELWP R

ELWP Si+R

Figuur 37: Overzicht van het verbruik met een ELWP voor SWW & RVW in een zorgtehuis. Dit laatste scenario blijkt dus niet erg interessant, maar dat komt dan ook doordat er reeds in de afzonderlijke opstellingen een zeer goed gebruik van de ventilatielucht is. Dit wordt ook aangetoond door de temperatuur van de lucht die de ELWP bij gebruik voor ruimteverwarming bereikt, weergegeven op Figuur 38. De bekomen temperatuur ligt hier heel wat hoger dan voor de woning het geval was. Een afzonderlijke grafiek voor de luchttemperatuur bij gebruik van de ELWP voor sanitair warm water is hier niet weergegeven, aangezien deze steeds gelijk is aan de temperatuur van de afvoerlucht.

Luchttemperaturen voor scenario zorg ELWP RVW (°C) 25 20 15 10

T_afvoerlucht

5

T_WP

0

T_ buitenlucht

-5 31/jan

29/jan

27/jan

25/jan

23/jan

21/jan

19/jan

17/jan

15/jan

13/jan

11/jan

9/jan

7/jan

5/jan

3/jan

1/jan

-10

Figuur 38: Mengen van binnen- en buitenlucht bij gebruik van een ELWP voor RWW in een zorgtehuis. 74

4.4.4 Resultaten voor scholen De laatste functie die onderzocht werd is een school, zij het enkel voor ruimteverwarming. Deze werkt bovendien enkel tijdens schooluren, dus ook niet in weekends of vakantieperiodes. Tabel 44 toont het verbruik wanneer een elektrische weerstandsverwarming wordt toegepast. Het gebruik voor een warmtepomp op buitenlucht volgt in Tabel 45. Merk op dat de SPF hier vrij laag ligt. Dit komt doordat de werkingstemperatuur van de warmtepomp 45°C moet bedragen om te voldoen aan de grote warmtevraag van de school. School basisscenario B1: zonder warmtepomp Vraag naar RVW (kWh) Energie weerstand (kWh) RVW RVW VA 191574 Tabel 44: Basisscenario zonder warmtepomp voor een school.

195356

School basisscenario B2: warmtepomp voor RVW op buitenlucht T_water Geleverde energie WP SPF Gebruikte energie WP Besparing ten opzichte (°C) (kWh) (kWh) van B1 RVW VA 191574 kWh WP 45 198516 2,13 93119 52% Tabel 45: Basisscenario met warmtepomp op buitenlucht voor een school. De toepassing van de ELWP wordt weergegeven in Tabel 46. De besparing t.o.v. een gewone warmtepomp ligt hier vrij hoog. Er is dan ook een ruime capaciteit aan ventilatielucht beschikbaar om de temperatuur van de lucht op te drijven. Niettemin is ook het percentage ventilatieverliezen dat gerecupereerd wordt zeer hoog. Dit komt doordat de tijdstippen van ventilatie en ruimteverwarming goed op elkaar afgestemd zijn. School met ELWP voor RVW, op binnen- en buitenlucht T_water Geleverde energie WP SPF Totaal verbruik (°C) (kWh) (kWh)

% vent. verliezen gerecup.

Besparing t.o.v. B1/B2

RVW VA 191574 kWh WP 45 198516 2,79 71129 76% Tabel 46: Scenario met ELWP voor RVW op binnen- en buitenlucht voor een school.

64% / 24%

Een overzicht van de scenario's wordt gegeven in Figuur 39. Merk hier opnieuw de gunstige besparing op door over te schakelen van een gewone warmtepomp naar een ELWP. Zoals eerder aangehaald, is de lucht-water warmtepomp de enige referentie die voor ruimteruimteverwarming verder beschouwd zal worden.

75

Jaarverbruik in een school voor RWW (kWh) 250000 200000 150000 100000 50000 0 EW

WP

ELWP

Figuur 39: Overzicht van het verbruik met een ELWP voor RVW in een school. Ook voor de school is een verloop van de temperatuur net voor de warmtepomp opgesteld. Dit wordt getoond op Figuur 40. De periodes van werking worden telkens onderbroken door een weekend of vakantieperiode. In analogie met zorgtehuizen is hier een duidelijke invloed van de ventilatielucht merkbaar, wat voor de goede werking van de ELWP zorgt.

Luchttemperaturen voor scenario school ELWP RVW (°C) 25 20 15 10

T_afvoerlucht

5

T_WP

0

T_ buitenlucht

-5 31/jan

29/jan

27/jan

25/jan

23/jan

21/jan

19/jan

17/jan

15/jan

13/jan

11/jan

9/jan

7/jan

5/jan

3/jan

1/jan

-10

Figuur 40: Mengen van binnen- en buitenlucht bij gebruik van een ELWP voor RWW in een school.

4.4.5 Vergelijkende analyse resultaten 4.4.5.1

Vergelijking tussen gebouwfuncties

Om weer te geven in welke functie de ELWP de grootste relatieve besparing kent, werden de verschillende functies tegenover een basisscenario en elkaar geplaatst. Hierbij werd aan de basisopstelling een verbruik van 100% toegekend. Voor elke functie werd dan het verbruik relatief tegenover het eigen basisscenario geplaatst. Het resultaat bij gebruik voor sanitair warm water is weergegeven in Figuur 41. Voor de woning wordt enkel profiel 1 getoond. De ELWP in het zorgtehuis is met voorsprong de efficiëntste. De vraag en het aanbod zijn daar dan ook groter en meer continu.

76

Enkel als de ELWP in de woning ook op binnenlucht werkt, komt deze in de buurt van die prestatie. Uit de grafiek blijkt ook nogmaals dat een ELWP bij vraagsturing een vrij kleine impact heeft. Figuur 42 toont de ELWP bij gebruik voor ruimteverwarming. De resultaten zijn gelijkaardig. Men moet wel bedenken dat hoewel de relatieve besparing kleiner is bij RVW, de absolute besparing wel veel groter is. Voor RVW blijkt de ELWP in de school nog iets beter te presteren dan in het zorgtehuis. De ventilatieverliezen en de warmtevraag zijn daar dan ook hoger en zijn op hetzelfde ogenblik geconcentreerd. De combinatie van het gebruik voor SWW en RVW is hier niet opgenomen aangezien dit enkel voor woningen een interessante optie bleek te zijn.

Verbruik ELWP voor SWW (%) 120

Twater,WP (°C)

100 80

60

EW

40

50°C

20

62°C

0

EW

ELWP VA

Basis

ELWP VR

ELWPi VA

Woning

ELWPi Zorgtehuis

Figuur 41: Vergelijking van het verbruik van de ELWP voor SWW in verschillende functies.

Verbruik ELWP voor RVW (%) 120 100 80 WP

60

ELWP

40 20 0 Basis

Woning VA

Woning VR

Zorgtehuis

School

Figuur 42: Vergelijking van het verbruik van de ELWP voor RWW in verschillende functies.

4.4.5.2

Vergelijking tussen simulaties en metingen

In Figuur 43 wordt de vergelijking gemaakt tussen de bekomen resultaten uit de simulaties en deze uit de metingen in de woningen in Tongeren (T) en Maldegem (M). Enkel de vaste ventilatiedebieten worden weergegeven.

77

Verbruik ELWP voor SWW (%) 120

Twater,WP (°C)

100 80

50

60

55

40

62

20

EW

0 ELWP Basis

ELWPi

ELWP

ELWPi

ELWP

ELWPi

ELWPi

ELWPi

Simulatie profiel 1 Simulatie profiel 2 Simulatie profiel 3 Meting T. Meting M.

Figuur 43: Vergelijking van het verbruik van de ELWP voor SWW in metingen en simulaties. Aangezien voor profiel 1 het verbruik van de woning te Maldegem gebruikt werd, zouden de resultaten vrij goed moeten overeenstemmen. Bij toepassing van de ELWP op enkel binnenlucht en aan 62°C blijkt dit ook het geval te zijn. Het rendement van de simulatie zou hier merkelijk beter moeten zijn dan dit in de meting omdat de temperatuursdaling over de lucht gerealiseerd door de warmtepomp enkele graden hoger is. Men moet hier wel bedenken dat de opstellingen niet geheel identiek zijn. Wanneer de ELWP op binnenlucht werkt, werd telkens een tank van 300 liter aangenomen. In het basisscenario met elektrische weerstand voor de simulaties is echter een tank van 150 liter gebruikt. De bedoeling is hier namelijk de vergelijking met een typische boiler te maken. Het vraagt minder energie om deze op temperatuur te houden dan bij de tank van 300 liter. Bij de meting in de woning te Maldegem was de referentie op elektrische weerstand uiteraard dezelfde tank van 300 liter als bij de werking van de ELWP. Hierdoor ziet de relatieve besparing er groter uit. Dit is ook (deels) de reden waarom het voor de meting te Maldegem het wel rendabel blijkt om een ELWP op enkel binnenlucht te laten werken aan een temperatuur van 50 of 55°C. In de simulaties was dit helemaal niet het geval. Aangezien het verschil op dit punt vrij groot is, is de grootte van het boilervat waarschijnlijk niet de enige oorzaak. Ook de verwerking van de meetresultaten in Watt naar een verbruiksprofiel in liter kunnen aan de oorzaak liggen. Indien dit verbruik iets te laag is ingeschat, kan dit grote gevolgen hebben voor het rendement. Bij een lager verbruik zakt de temperatuur van het vat minder laag waardoor de warmtepomp minder moet werken, met een daling van het rendement tot gevolg. De afwijking in het verbruik hoeft echter niet noodzakelijk bij de omzetting van het profiel te liggen. Ook het gedrag van het gezin kan een rol spelen. Uit de analyse van de meting te Maldegem bleek namelijk dat het verbruiksprofiel in de meetperiodes van 50 en 55°C wat afweek van de periode op elektrische weerstand. Het verbruik in deze periodes was iets geconcentreerder en minder verspreid over de dag. Een kortstondig hoger verbruik kan leiden tot een iets grotere temperatuursdaling in het vat, waardoor de warmtepomp een groter aandeel levert en de besparing iets groter kan zijn. De belangrijkste oorzaak voor de afwijking tussen de simulatie en de meting is waarschijnlijk echter de instelling van het boilervat. Hoe de interne weerstand en de warmtepomp op elkaar afgesteld zijn, kan een invloed op de werking hebben. Mogelijk was dit voor het opgemeten toestel wat verschillend van het model in de simulatie. Men ziet dan ook dat de afwijking zich enkel voordoet waar de warmtepomp en de elektrische weerstand samenwerken.

78

Indien de warmtepomp op 62°C werkt en dus alle energie levert, zijn de resultaten wel sterk gelijkend. Aangezien voornamelijk net met deze instelwaarde verder gewerkt wordt, kan men aannemen dat de resultaten van de verdere analyse vrij representatief zijn.

4.4.6 Overzicht van de resultaten voor verdere analyse Niet alle uitgevoerde simulaties bleken interessante opties te zijn voor verder onderzoek in een economische analyse. De resultaten die verder onderzocht zullen worden, zijn weergegeven in Tabel 47. Wat gebruik van de ELWP voor sanitair warm water betreft, worden de drie profielen verder onderzocht. Relatief gezien was de besparing wel gelijk, maar in absolute cijfers verschilde deze wel sterk. Dit kan een grote invloed op de terugverdientijd hebben. Niet alle profielen zullen volledig uitgewerkt worden, het is enkel de bedoeling steeds de meest optimistische en de meest pessimistische inschatting te bekomen. Voor gebruik van enkel binnenlucht wordt enkel de insteltemperatuur van 62°C bekeken aangezien deze de enige haalbare bleek te zijn. In het vraaggestuurde scenario is het uiteraard niet mogelijk enkel op binnenlucht te werken. Hoewel dit bij een mix met buitenlucht zeer slecht bleek te presteren, wordt het ter referentie nog eens opgenomen. Bij mix met buitenlucht voor een vast debiet, levert de instelling op 62°C steeds de grootste besparing op. Deze blijft echter lager dan wanneer enkel binnenlucht gebruikt wordt en is dus ook niet interessant voor verdere analyse. De instelling op 50°C of 55°C voor zowel woningen als zorgtehuizen kan wel interessant zijn omdat de warmtepomp hier een kleiner aandeel heeft met een hogere SPF. Qua kosten presteert het systeem dan mogelijk beter wanneer de interne elektrische hulpweerstand vervangen wordt door een gaselement. Hoewel dit toestel niet teruggevonden werd in het marktonderzoek, is de opstelling wel mogelijk. De temperatuur van 50 of 55°C werd gekozen door diegene te nemen met SPF die hoger is dan de verhouding van de gas- en elektriciteitskosten (zie verder). Zoals hierboven aangehaald, moet men bij de resultaten wel bedenken dat de warmtepomp in de simulaties bij deze insteltemperaturen een kleiner aandeel verzorgt dan in de metingen. Naar ruimteverwarming toe bleken alle onderzochte opties interessant en deze zullen dus integraal verder onderzocht worden. Hierbij wordt wel enkel de vergelijking met een gewone luchtwater warmtepomp gemaakt omdat, zoals eerder aangehaald, het gekozen COP-verloop dan minder een rol speelt. Voor gebruik van de ELWP voor de combinatie van ruimteverwarming en sanitair warm water, worden enkel woningen onderzocht waarbij de werkingstemperatuur voor sanitair warm water 62°C bedraagt. Lagere insteltemperaturen en gebruik in zorgtehuizen bleken namelijk een zeer kleine besparing op te leveren.

Woningen

Zorgtehuizen

- VAi 62 profiel 1/2/3 - VA 50 profiel 1/2/3 - VR 62 profiel 1

- VAi 55/62

Scholen

SWW: basis = EW

RVW: basis = WP - VA - VA - VR SWW + RVW: basis = EW + WP - VAi 62 profiel 1 - VR 62 profiel 1 Tabel 47: Scenario's voor de economische analyse.

- VA

79

5 Economische analyse van de resultaten 5.1 Parameters voor de economische analyse 5.1.1 Kostprijzen voor de verschillende opstellingen Om de economische rendabiliteit van het systeem te kunnen begroten, is een eerste vereiste parameter de aankoopprijs. Uit het marktonderzoek in de literatuurstudie bleek de prijs voor een typische ELWP die voor sanitair warm water in een woning gebruikt wordt en over een intern boilervat beschikt gemiddeld 2715 euro exclusief BTW te bedragen. Voor andere opstellingen werden geen prijzen en/of toestellen teruggevonden. De kostprijzen hiervoor worden dan ook geëxtrapoleerd uit de gevonden waarden. Dit gebeurt eveneens wanneer de prijzen omgezet worden naar grotere functies. Tabel 48 geeft de (geschatte) prijzen voor de verschillende installaties weer. De prijzen voor lucht-water warmtepompen van allerlei vermogens werden eenduidig teruggevonden in de literatuurstudie. Er bestaan echter grote verschillen tussen de verschillende fabrikanten. Voor de prijs werd dan ook een gemiddelde aangenomen tussen de gevonden eenheidsprijzen voor het vermogen in kwestie. Voor de sanitair warm waterboilers in woningen werd gebruikt gemaakt van relevante toestellen. De prijzen werden bekomen via een verkoopdienst [59] en vergeleken met gelijkaardige toestellen [60] ter controle. Er is voor toestellen gekozen met een boilervat van ongeveer 150l om in overeenstemming te zijn met de simulaties. De prijs van de ELWP voor SWW is een gemiddelde uit het marktonderzoek. Indien ook buitenlucht gebruikt wordt, wordt 200 euro bij de prijs gerekend. Indien de ELWP bovendien over een inwendig gaselement i.p.v. een elektrische weerstand beschikt, wordt het verschil in kostprijs tussen een gasboiler en een elektrische boiler erbij opgeteld. Bij de ELWP voor RVW werd de prijs voor de gewone warmtepomp genomen met een ruim geschatte extra kost van 500 euro voor de bijkomende kanalen en dergelijke. De laatste opstelling voor de woning is deze waar de ELWP voor zowel SWW als RVW instaat. Hier werd bij de prijs van de ELWP voor RVW de helft van de prijs van de ELWP voor SWW opgeteld. Het combineren van beide in één toestel zou namelijk een zekere kostenbesparing teweegbrengen. Voor het zorgtehuis en de school werden de prijzen geëxtrapoleerd. Uit de prijsvergelijking van gewone warmtepompen in de literatuurstudie blijkt namelijk dat indien het vermogen sterk opgedreven wordt, de prijs vermenigvuldigd moet worden met een factor van 1/4 van het quotiënt van het hoge en het lage vermogen. Dit werd dan uiteraard toegepast om de prijzen van de gewone lucht-water warmtepompen in het zorgtehuis en de school te berekenen, maar ook voor de andere opstellingen. Deze schatting kan een bepaalde afwijking van de werkelijkheid vertonen, maar de verhoudingen tussen de functies zijn in ieder geval gelijk. De resulterende prijzen voor alle te onderzoeken scenario's zijn nog eens samen met het verbruik aan gas en elektriciteit opgenomen in bijlage F. Om het verbruik voor een gaselement te bekomen, werd met een opwekkingsrendement van 0,9 rekening gehouden.

80

Luchtwater WP

Gasboiler

Elektrische boiler

ELWP SWW

ELWP RVW

Prijzen woning Vermogen (kW) 9 1,5 1,5 1 9 7 8 Excl. BTW 8200 713 431 2715 8700 Incl. 21% BTW (€) 9922 863 522 3285 10527 Prijzen zorgtehuis Vermogen (kW) 333 35 35 35 333 Excl. BTW (€) 75850 4159 2514 15838 91971 Incl. 21% BTW (€) 91779 5033 3042 19163 111285 Prijzen school Vermogen (kW) 526 526 Excl. BTW (€) 119811 127117 Incl. 21% BTW (€) 144971 153811 Tabel 48: Marktwaarden en schattingen voor de prijzen van verschillende installaties.

ELWP SWW + RVW 10 10058 12170 -

Om in de woning ook de bijkomende vergelijking te kunnen maken tussen het aanschaffen van een ELWP of een vraaggestuurd ventilatiesysteem, werden de prijzen voor ventilatiesystemen uit de literatuurstudie nog eens opgelijst in Tabel 49. Enkel het vraaggestuurd systeem van Duco wordt beschouwd omdat dit, net als de simulaties, over CO2-sturing beschikt. Kostprijzen ventilatiesystemen C Niet vraaggesstuurd Vraaggestuurd (DucoTronic) Excl. BTW (€) 2000 4500 Incl. 21% BTW (€) 2420 5445 Tabel 49: Kostprijzen voor een gewoon en een vraaggestuurd ventilatiesysteem C.

5.1.2 Energieprijzen Wanneer men de kosten van een technische installatie op langere termijn in rekening wil brengen, is het belangrijk de mogelijke variaties in de gas- en elektriciteitskosten mee in rekening te brengen. Uit grafieken voor de laatste jaren blijkt dat de prijsevolutie een stijgend, maar zeer grillig verloop kent [61, 62]. Het lijkt dan ook weinig zinvol om met een gemiddelde waarde van de afgelopen jaren te werken. Als richtwaarde wordt het "Basisaanbod" van Electrabel voor de maand mei 2012 gebruikt. Voor woningen zijn er de tarieven voor particulieren [63], terwijl voor zorgtehuizen en scholen deze voor professionelen [64] gebruikt kunnen worden. De resulterende prijzen zijn opgenomen in Tabel 50. De totale kost bestaat uit een basiskost, een distributiekost, een transportkost en een toeslag. Voor deze laatste drie werd telkens het gemiddelde van de 13 distributeurs actief in het Vlaamse Gewest genomen. Op het bekomen totaalbedrag moet dan nog eens 21% BTW betaald worden. Wanneer men de elektriciteitsprijs door de gasprijs deelt, bekomt men een factor van 2,71 voor woningen en 3,35 voor zorgtehuizen en scholen. Indien men enkel in dit prijzenscenario zou rekenen, moet de SPF van de ELWP hoger liggen dan deze waarde om interessanter dan een gasboiler te kunnen zijn.

7 8

Vaillant atmoSTOR VGH Classic 160 gasgestookte boiler. Pacific Thermor Elektrische boiler 150l.

81

Energieprijzen (c€/kWh) Woning Elektriciteit Gas Basisprijs 9,23 5,46 Distributie 10,92 2,57 Transport 1,21 Toeslag 0,87 0,19 Totaal excl. BTW 22,23 8,22 Totaal incl. 21% BTW 26,90 9,94 Tabel 50: Energieprijzen voor mei 2012 bij Electrabel.

Zorg & school Elektriciteit Gas 7,18 4,28 9,05 0,91 1,00 0,72 0,16 17,94 5,35 21,72 6,48

5.1.3 Evolutie van de energieprijzen Aangezien de toekomst niet eenvoudig te voorspellen is, is het voor een economische analyse nuttig een aantal scenario's voor de prijsevolutie te onderzoeken. De tijdspanne wordt hier op 20 jaar genomen aangezien dit de levensduur van de warmtepomp is. De mogelijke toekomstbeelden zijn weergegeven in Figuur 44 voor elektriciteit en Figuur 45 voor gas. Januari 2013 wordt gezien als het tijdstip van aankoop. Als basis worden de energieprijzen voor woningen weergegeven. Scenario 1 is het nulgroeiscenario. Hierbij blijft de prijs op een constant niveau voor de komende jaren. Vermits er inflatie optreedt, betekent dit dat de prijzen relatief gezien zouden dalen. In scenario 2 wordt verondersteld dat de prijzen gewoon de inflatie volgen en dus een normale stijging vertonen. De gemiddelde inflatie over de laatste 12 jaar, berekend uit de statistieken van de Belgische overheid [65], bedraagt 2,34%. Deze wordt gebruikt in scenario 2. Scenario 3 tenslotte voorspelt een sterke stijging van de prijzen met 9% per jaar. Dit is een vrij hoge waarde, maar energieprijzen zijn dan ook vrij onvoorspelbaar.

Voorspelde elektriciteitskost (c€/kWh) 160 140 120 100

1. Nulgroei

80

2. Inflatiegroei

60

3. Sterke groei

40 20 0 2013 2015 2017 2019 2021 2023 2025 2027 2029 2031 2033

Figuur 44: Voorspelde elektriciteitskost over 20 jaar voor 3 scenario’s bij woningen.

82

Voorspelde kost aardgas (c€/kWh) 60 50 40 3. Sterke groei

30

2. Inflatiegroei 20

1. Nulgroei

10 0 2013 2015 2017 2019 2021 2023 2025 2027 2029 2031 2033

Figuur 45: Voorspelde gaskost over 20 jaar voor 3 scenario’s bij woningen.

5.1.4 Rente Het geld dat men vandaag uitgeeft aan bijvoorbeeld een ELWP, zou over de daaropvolgende jaren rente kunnen gegenereerd hebben op een spaarrekening. Om de besparingen reëel te kunnen begroten, moeten deze dan ook mee onderzocht worden. Ook hier dient weer met een aantal scenario's rekening te worden gehouden. De rente hangt namelijk af van allerlei factoren en kan sterk variëren. Volgens de Euribor-index van de rente over 12 maanden van de laatste 13 jaar [61], kan men als richtwaarden ongeveer 1%, 3% en 6% aannemen voor de verschillende scenario's.

5.2 Economische rendabiliteit 5.2.1 Werkwijze 5.2.1.1

Opstellen formule

De verschillende parameters die hierboven weergegeven zijn laten toe de uitersten te bepalen voor de terugbetaaltijd van een ELWP. Door op deze manier te werken, kan een realistische vork bepaald worden waarbinnen de prestaties in realiteit zouden moeten vallen. Er zijn echter steeds afwijkingen mogelijk, aangezien de berekening deels op aannames en schattingen voor prijzen gebaseerd is. Om de terugverdientijd te bepalen, wordt telkens de TCO of Total Cost of Ownership vermeerderd met het verbruik berekend. Dit wordt voor elk jaar herhaald om een gedetailleerd overzicht te krijgen. Hierbij worden de verbruikskosten telkens onderworpen aan de evoluties in energieprijzen die voor dat specifieke scenario van toepassing zijn. Aangezien voor de investering de TCO berekend wordt, heeft ook de jaarlijkse rente een invloed. Deze werkwijze leidt tot formule (8).

83

(8) Met: K = totale kosten na jaar n [€] K-1 = totale kosten na jaar n-1, voor n = 1 is deze waarde gelijk aan I [€] I = investeringskost [€] n = aantal jaar waarover verrekend wordt r = jaarlijkse rente E = Energetisch verbruik (gas en/of elektriciteit) [kWh] C = energieprijs (gas en/of elektriciteit) [€/kWh] e = jaarlijks groeipercentage energieprijzen De eerste term slaat op de volledige kosten van het voorgaande jaar en de tweede en derde op de rente die men voor het huidige jaar verliest ten gevolge van de investering in de ELWP. De derde term wordt van de tweede afgetrokken aangezien de rente voor voorgaande jaren reeds in de eerste term vervat zit. De vierde term tenslotte staat voor de energiekosten in het huidige jaar, verrekend met de evolutie van de energieprijzen. Op deze manier kunnen voor verschillende opstellingen de totale kosten per jaar berekend worden. Dit wordt gedaan voor 20 jaar, aangezien dat de levensduur van de installatie is. Daar de ELWP geen geld opbrengt, maar een besparing realiseert, wordt de totale kost per jaar tegenover deze van het basisscenario geplaatst. Het jaar waarin de totale kost voor de ELWP lager is dan deze van het basisscenario, wordt als de terugverdientijd gezien. Wat in formule (8) wel verwaarloosd wordt, is de jaarlijkse rente die men zou kunnen realiseren op het bedrag dat men in het verbruik bespaard heeft. Tegenover de totale kost kan men deze echter als verwaarloosbaar zien. Bovendien zou het invoeren van deze nuance ertoe leiden dat de verschillende scenario's niet meer eenduidig naast mekaar kunnen gezet worden.

5.2.1.2

Combinatie van de parameters

In wat voorafging werden heel wat verschillende evoluties voor prijzen en dergelijke meegegeven. Om nu op een bondige manier een rendabiliteitsanalyse te kunnen uitvoeren rekening houdend met alle factoren, is het wenselijk er enkele samen te nemen. Er wordt voor geopteerd telkens de meest pessimistische, de neutrale en de meest optimistische combinatie te onderzoeken. Deze zijn weergegeven in Tabel 51. Het gaat hier dan over de parameters e en r van formule (8). In het pessimistische scenario P(G) bijvoorbeeld wordt de elektriciteitsprijs hoog genomen en de gasprijs laag. Of een scenario pessimistisch of optimistisch is, wordt namelijk bepaald aan de hand van de invloed op de terugverdientijd van de ELWP. Zo zullen bij een lage gasprijs de gewone gasboilers interessanter zijn, waardoor scenario PG het meest pessimistisch is. Tegenover een elektrische boiler of een gewone warmtepomp zou dan weer PE het meest pessimistisch zijn, aangezien een lagere elektriciteitprijs daar lagere besparingen betekent. De verschillende waarden kunnen aldus gebruikt worden om de terugverdientijd van de ELWP voor een variatie aan toekomstscenario's te berekenen. Scenario's voor mogelijke evoluties Gasprijs (e) P(G) Pessimistisch t.o.v. basisscenario gas 0% P(E) Pessimistisch t.o.v. basisscenario elektriciteit 9% N Neutraal 2,34% O(G) Optimitisch t.o.v. basisscenario gas 9% O(E) Optimitisch t.o.v. basisscenario elektriciteit 0% Tabel 51: Combinaties voor de verschillende toekomstscenario's.

Elektriciteitsprijs (e) 9% 0% 2,34% 0% 9%

Rente (r) 6% 6% 3% 1% 1%

84

5.2.2 Analyse voor woningen Volgens formule (8) en de parameters uit Tabel 51 werd de terugverdientijd van de ELWP berekend ten opzichte van de basisscenario's. Hierbij werd steeds enkel de investering voor het verwarmingstoestel meegerekend, niet de prijs van het ventilatiesysteem. Dit laatste moet immers verplicht aanwezig zijn voor de binnenluchtkwaliteit. Dit geldt ook voor de vraaggestuurde systemen. Het is namelijk enkel de bedoeling de rendabiliteit van de ELWP aan te tonen indien men al voor vraagsturing geopteerd heeft. De meerkost van dit ventilatiesysteem is bijgevolg niet meegerekend. De resultaten bij gebruik van de ELWP voor sanitair warm water in woningen zijn weergegeven in Tabel 52. Er wordt telkens een optimistisch (O) een neutraal (N) en een pessimistisch (P) scenario weergegeven. De referentie voor de terugverdientijd is telkens de elektische boiler (EW) of de gasboiler. Zowel voor vaste ventilatiedebieten (VA) als vraaggestuurde (VR), wordt de ELWP op 62°C ingesteld. Voor de eerste werkt deze wel enkel op binnenlucht. Deze twee situaties kwamen namelijk naar verbruik toe als interessantste naar voor. Ook de werking aan 50°C is weergegeven, omdat hier een intern gaselement verder opwarmt tot 60°C en het toestel dus kan inspelen op variërende gasprijzen. In de tabel blijkt dit echter niet het geval te zijn. De optie waarbij de ELWP enkel op binnenlucht en aan 62°C werkt, blijkt de beste. Niettemin levert elk pessimistisch scenario een terugverdientijd hoger dan de levensduur van 20 jaar op. Bij vergelijking met een gasboiler is dit zelfs zo voor het neutrale scenario. In dit geval zou de installatie dus niet rendabel zijn. Wanneer vraaggestuurde ventilatie bekeken wordt, valt op dat deze enkel optimistisch bekeken een (zeer klein) rendement haalt. Deze optie lijkt dus niet interessant. Om ook de invloed van een wijziging in het profiel van sanitair warm waterverbruik te onderzoeken, worden ook het profiel 2 en 3 weergegeven. Hierbij wordt profiel 2 wegens zijn grote verbruik gebruikt om een nieuwe grens voor de optimistische terugverdientijd te definiëren. Profiel 3 geeft op dezelfde manier een nieuwe pessimistische grens weer, hoewel dit weinig uitmaakt. Reeds voor profiel 1 bleek dit hoger dan 20 jaar te zijn. Profiel 2 daarentegen slaagt er wel in de prestaties te verbeteren door te terugverdientijd met ongeveer 3 jaar te verlagen. Terugverdientijd in jaren t.o.v. de basisscenario's voor SWW Referentie ELWP VAi 62°C ELWP VA 50°C ELWP VR 62°C O N P O N P O N P SWW-profiel 1 EW 9 15 >20 9 17 >20 18 >20 Gasboiler 15 >20 >20 >20 >20 >20 >20 >20 SWW-profiel 2 EW 6 6 Gasboiler 12 19,5 SWW-profiel 3 EW >20 >20 Gasboiler >20 >20 Tabel 52: Interval van terugverdientijden voor een ELWP voor SWW in een woning.

>20 >20 -

Een visuele weergave van de berekening van het neutrale scenario is getoond op Figuur 46. Een weergegeven jaartal slaat steeds op het einde van dat jaar. Wanneer de totale opgelopen kosten elkaar snijden, wordt de installatie rendabel. Dit bepaalt dan ook de terugverdientijd. Voor de ELWP aan 50°C ligt de investeringskost het hoogst aangezien deze zowel menging met buitenlucht als een

85

inwendig gaselement vereist. De reden dat de ELWP die enkel op binnenlucht werkt iets beter presteert dan deze, lijkt dan ook voornamelijk bij de iets lagere investeringskost te liggen. Merk op dat de totale kost van de verschillende ELWP's zich steeds verder verwijdert van deze van de gasboiler. Hiertegenover zou het systeem dus nooit rendabel zijn in het neutrale scenario. Voor de vergelijking met een elektrische boiler is dit wel het geval. Op het einde van de levensduur heeft de beste ELWP hier een totale besparing van 1376 euro gerealiseerd. De Net Present Value of NPV hiervan zou volgens formule (7) uit de literatuurstudie 762 euro bedragen. Dit geeft aan wat de besparing vandaag waard is. Tegenover een gasboiler wordt er uiteraard geen winst gemaakt, alsook in het scenario met vraaggestuurde ventilatie.

Totale opgelopen kost bij ELWP voor SWW (€) 16000 14000 12000 10000

EW

8000

Gasboiler

6000

ELWP VAi 62

4000

ELWP VA 50

2000

ELWP VR 62 Aankoop 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032

0

Figuur 46: Totale opgelopen kost in het neutrale scenario (N) bij een ELWP voor SWW in een woning bij SWW-profiel 1. Tabel 53 geeft de terugverdientijd weer wanneer de ELWP in een woning voor ruimteverwarming gebruikt wordt. Zoals eerder aangehaald, wordt de ELWP enkel tegenover een gewone lucht-water warmtepomp geplaatst en niet tegenover bijvoorbeeld een stookketel. Het is namelijk niet de opzet van deze studie om lucht-water warmtepompen in vraag te stellen. Naast de ELWP bij zowel een ventilatiesysteem met vaste debieten als een vraaggestuurd, wordt ook de terugverdientijd van het vraagsturingssysteem op zich onderzocht. Dit vormt een uitzondering, want het is het enige scenario waarbij de meerkost voor het ventilatiesysteem meegerekend wordt. Indien men bij een woning moet kiezen tussen vraaggestuurde ventilatie en een ELWP, kan zo de vergelijking gemaakt worden. Uit de tabel blijkt dat de ELWP op een ventilatiesysteem met vaste debieten vrij goed rendeert. In het neutrale scenario ligt de terugverdientijd namelijk op 6 jaar. Het installeren van vraaggestuurde ventilatie zonder ELWP daarentegen krijgt men slechts na 16 jaar terugbetaald. De ELWP lijkt dus een betere investering indien men de keuze moet maken. Wanneer men de twee zou willen combineren, ligt de terugverdientijd ook op 16 jaar. Men mag dit echter niet vergelijken met het vraagsturingssysteem op zich, aangezien de kosten voor de ventilatie niet meegerekend zijn. De bijkomende investering in een ELWP indien reeds vraaggestuurde ventilatie aanwezig is in de

86

woning, lijkt maar matig interessant. Voor het optimistische scenario wordt hier evenwel een vrij goed resultaat van 6 jaar bekomen. Terugverdientijd in jaren t.o.v. de basisscenario's voor RWW Referentie ELWP WP + VR O N P O N P RVW VA WP 5 6 8 9 16 >20 RVW VR WP 6 16 >20 Tabel 53: Interval van terugverdientijden voor een ELWP voor RVW in een woning. In Figuur 47 wordt het neutrale scenario weergegeven ingeval men in eerste instantie met vaste ventilatiedebieten werkt. Merk op dat het installeren van vraaggestuurde ventilatie wel tot grotere besparingen leidt. Deze komen echter net niet tot uiting binnen de levensduur van 20 jaar. De ELWP presteert dan ook iets beter en levert op het einde van de levensduur een besparing op van 2035 euro op, met een overeenkomstige NPV van 1167 euro tot gevolg.

Totale opgelopen kost bij ELWP voor RVW (€) 50000 45000 40000 35000 30000 25000

WP

20000

ELWP

15000

WP + VR

10000 5000 2032

2031

2030

2029

2028

2027

2026

2025

2024

2023

2022

2021

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

Aankoop

0

Figuur 47: Totale opgelopen kost in het neutrale scenario (N) voor een ELWP voor RVW in een woning zonder vraaggestuurde ventilatie. In Tabel 54 wordt de laatste situatie voor woningen weergegeven, deze waarbij de ELWP zowel voor RVW als SWW werkt. Opnieuw wordt dit voor zowel een woning met vaste ventilatiedebieten als een woning met vraagsturing onderzocht. Ook worden weer de twee alternatieve verbruiksprofielen voor sanitair warm water meegegeven. De invloed werd geëxtrapoleerd uit het gebruik van de ELWP voor enkel SWW. In de tabel zijn opnieuw dezelfde kenmerken als hiervoor terug te vinden. Ter vervanging van elektrische installaties is de ELWP interessant, maar indien voor SWW een gasboiler gebruikt wordt is dit niet het geval. Ook in het geval van vraaggestuurde ventilatie is de invloed beperkt. Merk op dat de terugverdientijd beter was voor de situatie waar de ELWP enkel ingezet werd voor ruimteverwarming.

87

Terugverdientijd in jaren t.o.v. de basisscenario's voor SWW + RVW Referentie ELWP VA R+Si 62°C ELWP VR R+S 62°C O N P O N P SWW-profiel 1 EW SWW + WP RVW 5 6 9 7 12 Gas SWW + WP RVW 9 >20 >20 16 >20 SWW-profiel 2 EW SWW + WP RVW 3 Gas SWW + WP RVW 6 SWW-profiel 3 EW SWW + WP RVW >20 Gas SWW + WP RVW >20 Tabel 54: Interval van terugverdientijden voor een ELWP voor SWW en RVW in een woning.

>20 >20 -

De resultaten voor het neutrale scenario voor de woning zonder vraagsturing zijn opnieuw weergegeven in Figuur 48. Hierbij worden ook de opstellingen getoond waarbij de ELWP enkel zou instaan voor RVW. Merk op dat de beste combinatie hier inderdaad deze is waarbij de ELWP enkel ingezet wordt voor RVW en een gasboiler het SWW-verbruik voor zijn rekening neemt. Deze uitkomst is niet verwonderlijk aangezien bij de analyse voor SWW al bleek dat de ELWP het niet kan halen tegenover een gasboiler. Enkel ten opzichte van de situatie met een elektrische boiler wordt een besparing gerealiseerd. Deze bedraagt 5677 euro, met een NPV van 3143 euro als gevolg.

Totale opgelopen kost bij ELWP voor SWW + RVW (€) 70000 60000 50000 EW S + WP R

40000

Gas S + WP R 30000

EW S + ELWP R

20000

Gas S + ELWP R

10000

ELWP VA R+Si 62 Aankoop 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032

0

Figuur 48: Totale opgelopen kost in het neutrale scenario (N) voor een ELWP voor SWW en RVW in een woning zonder vraaggestuurd ventilatiesysteem bij SWW-profiel 1.

5.2.3 Analyse voor zorgtehuizen Voor de berekening van de terugverdientijd bij zorgtehuizen werd dezelfde methode als hierboven gehanteerd. De resultaten voor een ELWP die ingezet wordt voor SWW zijn weergegeven in Tabel 55. Tegenover een elektrische boiler worden zeer goede resultaten behaald, maar tegenover de

88

gasboiler helemaal niet. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door verhouding tussen de elektriciteitsprijs en de gasprijs. Het schaalvoordeel dat het zorgtehuis biedt bleek namelijk vooral interessant om de prijs van het gas te drukken. De prijs voor elektriciteit bedraagt hierdoor 3,35 zoveel als deze voor gas. Het is dus niet verwonderlijk dat de gasboiler veel beter presteert. Enkel in het optimistische scenario, wanneer de gasprijzen sneller stijgen dan deze van elektriciteit, blijkt de ELWP haalbaar. Merk op dat hier het scenario waar de ELWP op 55°C ingesteld wordt iets beter presteert. Dit scenario werd bewust gekozen omdat de SPF iets hoger is dan 3,35, de verhouding tussen de elektriciteits- en gasprijzen. De vergelijking met een elektrische boiler toont weinig variatie, waardoor men vrij zeker kan zijn van het rendement. Terugverdientijd in jaren t.o.v. de basisscenario's voor SWW Referentie

ELWP VAi 55°C ELWP VAi 62°C O N P O N P EW 1 2 2 2 2 2 Gasboiler 7 >20 >20 7 >20 >20 Tabel 55: Interval van terugverdientijden voor een ELWP voor SWW in een zorgtehuis. Het verloop voor het neutrale scenario is weergegeven op Figuur 49. Merk op dat de insteltemperatuur van 55°C net niet haalbaar is t.o.v. een gasboiler. Mits een kleine wijziging in de prijzen zou dit dus wel het geval kunnen zijn. De ELWP met insteltemperatuur van 55°C levert t.o.v. een elektrische boiler wel een grote besparing van 376240 euro op het einde van de levensduur. Dit komt neer op een NPV van maar liefst 208315 euro. Men ziet dan ook dat de totale kosten voor een elektrische boiler zeer snel sterk oplopen.

Totale opgelopen kost bij ELWP voor SWW (€) 700000 600000 500000 400000

EW

300000

Gasboiler ELWP VAi 55

200000

ELWP VAi 62

100000 Aankoop 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032

0

Figuur 49: Totale opgelopen kost in het neutrale scenario (N) voor een ELWP voor SWW in een zorgtehuis.

89

De toepassing van de ELWP voor RVW is weergegeven in Tabel 56. Deze presteert hier zeer goed. Bovendien kan men ook hier vrij zeker zijn van het rendement aangezien het pessimistische en het optimistische scenario erg dicht bij elkaar liggen. Terugverdientijd in jaren t.o.v. de basisscenario's voor RWW Referentie

ELWP

O N P WP 2 2 2 Tabel 56: Interval van terugverdientijden voor een ELWP voor RVW in een zorgtehuis. Het neutrale scenario is opnieuw weergegeven op Figuur 50. Men ziet dat ook indien er een onderschatting van de investeringskost zou zijn, de installatie nog steeds rendabel kan zijn. De besparing op het einde van de levensduur ligt met 426901 euro dan ook weer vrij hoog. De overeenkomstige NPV bedraagt 236365 euro.

Totale opgelopen kost bij ELWP voor RVW (€) 2500000

2000000 1500000 WP

1000000

ELWP 500000

2032

2031

2030

2029

2028

2027

2026

2025

2024

2023

2022

2021

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

Aankoop

0

Figuur 50: Totale opgelopen kost in het neutrale scenario (N) voor een ELWP voor RVW in een zorgtehuis.

5.2.4 Analyse voor scholen De laatste onderzochte functie is een school. Hier is enkel de ELWP voor RVW van toepassing en deze is weergegeven in Tabel 57. De terugverdientijd is net als bij het zorgtehuis zeer kort en kent een kleine spreiding. Terugverdientijd in jaren t.o.v. de basisscenario's voor RWW Referentie ELWP O N P WP 2 2 3 Tabel 57: Interval van terugverdientijden voor een ELWP voor RVW in een school.

90

Figuur 51 toont het verloop voor het neutrale scenario. De totale besparing op het einde van de levensduur ligt met 106904 euro wat lager dan bij het zorgtehuis. De vraag is dan ook kleiner. De overeenkomstige NPV bedraagt 59190 euro.

Totale opgelopen kost bij ELWP voor RVW (€) 900000 800000 700000 600000 500000 400000

WP

300000

ELWP

200000

100000 2032

2031

2030

2029

2028

2027

2026

2025

2024

2023

2022

2021

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

Aankoop

0

Figuur 51: Totale opgelopen kost in het neutrale scenario (N) voor een ELWP voor RVW in een school.

5.2.5 Vergelijkende analyse Tot hiertoe zijn heel wat scenario's en situaties onderzocht die niet allen even interessant bleken te zijn. De aanbevolen opstelling en instelling voor de ELWP in verschillende situaties is weergegeven in Tabel 58. Indien men de ELWP in een van deze situaties wil toepassen, toont deze tabel telkens de voordeligste optie. Niet alles opties zijn echter even rendabel. In wat volgt worden de terugverdientijden voor de verschillende opties weergegeven in Tabel 58 nog eens tegenover elkaar gezet.

Woning VA

VR Zorgtehuis VA School VA

SWW

RVW

SWW + RVW

ELWP aan 62°C op binnenlucht

ELWP op binnen- en buitenlucht

ELWP aan 62°C op binnen- en buitenlucht

ELWP op binnen- en buitenlucht

ELWP op binnen- en buitenlucht voor RVW, op binnenlucht voor SWW aan 62°C ELWP op binnen- en buitenlucht, voor SWW aan 62°C

ELWP aan 55°C op binnenlucht

ELWP op binnen- en buitenlucht

-

-

ELWP op binnen- en buitenlucht Tabel 58: Interessantste instellingen voor de ELWP in verschillende situaties.

91

Om de resultaten visueel eenvoudig weer te geven, wordt van de opmaak gebruik gemaakt die getoond is in Figuur 52. In eerste instantie wordt het interval weergegeven tussen de meest optimistische en de meest pessimistische schattingen. De neutrale schatting wordt hier bijkomend in aangeduid aangezien dit de meest waarschijnlijke is. Indien deze niet weergegeven is, valt deze buiten de levensduur van 20 jaar. Voor de variatie veroorzaakt door de verschillende profielen van sanitair warm waterverbruik wordt een interval toegevoegd. Op deze manier kan men dit nog onderscheiden. De resultaten zelf zijn weergegeven in Figuur 53, Figuur 54 en Figuur 55. Een bespreking volgt erna. Alle terugverdientijden zijn steeds t.o.v. het weergegeven basisscenario (EW, Gas en/of WP) berekend.

LEGENDE terugverdientijd Pessimistisch tot optimistisch Neutraal Uitbreiding met variatie in SWW-profiel Figuur 52: Legende bij Figuur 53, Figuur 54 en Figuur 55.

Terugverdientijd ELWP voor SWW (jaren) Woning VA <> EW Woning VR <> EW Zorgtehuis <> EW

Woning VA <> Gas Woning VR <> Gas Zorgtehuis <> Gas 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Figuur 53: Terugverdientijden voor de interessantste opstellingen van de ELWP voor SWW t.o.v. de basisscenario's.

92

Terugverdientijd ELWP voor RVW (jaren) Woning VA <> WP Woning VR <> WP Zorgtehuis <> WP School <> WP 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Figuur 54: Terugverdientijden voor de interessantste opstellingen van de ELWP voor RVW t.o.v. de basisscenario's.

Terugverdientijd ELWP voor RVW + SWW (jaren) Woning VA <> WP+EW Woning VR <> WP+EW

Woning VA <> WP+Gas Woning VR <> WP+Gas 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Figuur 55: Terugverdientijden voor de interessantste opstellingen van de ELWP voor RVW en SWW t.o.v. de basisscenario's. In de grafieken zijn een aantal aspecten te zien die steeds terugkeren. Bij gelijk welke functie kan de ELWP voor sanitair warm water als waarschijnlijk rendabel gezien worden tegenover een elektrische boiler. Hier doet men dus een goede investering door over te schakelen. Indien men echter over een gasleiding beschikt, is het beter gebruik te maken van een boiler op gas. Voor de ELWP wordt de levensduur hier telkens overschreden. De gasprijs is namelijk dermate laag t.o.v. de elektriciteitsprijs dat een gasboiler steeds de meest rendabele optie is. Wanneer ruimteverwarming bekeken wordt, blijkt de ELWP veel gunstiger. Dit is uiteraard deels te verklaren door het feit dat het enige referentiescenario een gewone warmtepomp is. Niettemin zijn de resultaten erg goed en lijkt het zeker zinvol om de investering te maken. De combinatie van de ELWP voor RVW en SWW levert gelijkaardige resultaten op wanneer voor sanitair warm water een elektrische gasboiler gebruikt wordt. Indien men echter weer toegang heeft tot een gasleiding, is het beter de ELWP enkel voor ruimteverwarming in te zetten. Wat men ook ziet terugkeren in de resultaten, is dat de ELWP minder 93

rendabel is bij een vraaggestuurd systeem. Dit is uiteraard logisch aangezien er dan minder binnenlucht beschikbaar is. Het effect is echter dermate groot dat het niet aangewezen is te investeren in een ELWP indien de woning reeds over vraaggestuurde ventilatie beschikt. Wanneer de ELWP in een woning met vraagsturing ingezet wordt voor sanitair warm water, blijkt er zelfs geen enkele kans te bestaan dat de installatie zich tijdens de levensduur terugbetaalt. Een laatste tendens in de grafieken is de grotere rendabiliteit indien de ELWP in grotere functies ingezet wordt. De terugverdientijd is niet enkel steeds korter, ook de spreiding is kleiner. Dit betekent dat er ook een grotere zekerheid bestaat over de rendabiliteit. Ook indien één van de aangenomen richtprijzen een onderschatting blijkt te zijn, kan men nog steeds aannemen dat de installatie rendabel is.

94

6 Conclusie Het toepassen van een warmtepomp op extractielucht of ELWP om water op te warmen kan een oplossing bieden om bij mechanische extractieventilatie of systeem C een deel van de verloren warmte te gaan recupereren. De installatie kan hierbij zowel ingezet worden voor sanitair warm water of ruimteverwarming als voor de combinatie van beide. Het systeem heeft echter zijn beperkingen en is zeker niet in elke situatie even rendabel. De prestatie van de ELWP hangt namelijk af van heel wat factoren die sterk kunnen variëren in verschillende situaties. Naar technische prestaties toe hebben vooral de water- en luchttemperaturen waarbij de warmtepomp werkt een invloed aangezien deze de COP en dus het uiteindelijke verbruik bepalen. De watertemperatuur hangt voornamelijk af van het doel in kwestie. Indien de warmtepomp gebruikt wordt om sanitair warm water op te warmen, heeft ook het verbruiksprofiel een grote invloed. Hoe meer men verbruikt, hoe lager de temperatuur in het boilervat zakt. Op deze manier kan de warmtepomp op een lagere watertemperatuur werken en toch nog een voldoende groot aandeel van de benodigde energie leveren. Niettemin is zowel uit metingen als simulaties gebleken dat de voordeligste optie voor woningen er steeds in bestaat de warmtepomp maximaal te benutten door deze aan de hoogste vereiste watertemperatuur te laten werken. Voor sanitair warm water is dit 62°C. Uit metingen bij 12 verschillende gezinnen is namelijk gebleken dat het typische dagelijkse verbruik in woningen op slechts 79 liter per dag aan 60°C ligt. Dit is slechts de helft van de zogenaamde piekprofielen die doorgaans ter referentie gehanteerd worden. Doordat een zorgtehuis een meer continue afname van tapwater kent, blijkt de ELWP daar wel goede prestaties te leveren indien de werkingstemperatuur slechts 55°C bedraagt. Naast de watertemperatuur heeft ook de luchttemperatuur een invloed op de performantie. Deze wordt sterk beïnvloed door de functie in kwestie, en dan vooral door de manier van ventileren. Hoe meer warme lucht er afgevoerd wordt, hoe hoger het rendement. Indien men enkel binnenlucht gebruikt kan men bij een hoger debiet namelijk een hoger vermogen realiseren. Anderzijds zorgt het hoger ventilatiedebiet aan binnenlucht, indien de menging met buitenlucht gemaakt wordt, voor een hogere temperatuur van het luchtmengsel en dus een hogere COP van de warmtepomp. Het heeft echter geen zin het ventilatiedebiet verder op te drijven dan strikt noodzakelijk voor de binnenluchtkwaliteit aangezien de ELWP slechts een beperkt deel van de resulterende warmteverliezen kan recupereren. Dit aandeel varieert ook per functie en hangt voornamelijk af van hoe goed de vraag naar energie en de ventilatie op elkaar afgestemd zijn. De recuperatie blijkt dan ook minder effectief in woningen waar slechts 30 tot 60% van de warmte gerecupereerd wordt. Voor meer grootschalige functies als zorgtehuizen en scholen wordt vlot 70% gehaald. Deze laatste hebben doorgaans namelijk wel ergens een energievraag wanneer er geventileerd wordt. De variatie in parameters leidt tot grote verschillen in de besparingen t.o.v. referenties als een elektrische boiler voor sanitair warm water en een lucht-water warmtepomp voor ruimteverwarming. Voor een woning blijkt de ELWP voor SWW naar verbruik toe vooral nuttig wanneer deze enkel op binnenlucht werkt en dus het ventilatiedebiet maximaal benut. De besparing kan tot 65% bedragen tegenover een elektrische boiler. Bij gebruik voor ruimteverwarming wordt ook een besparing gerealiseerd, hoewel deze met ongeveer 10% tegenover een gewone warmtepomp niet erg hoog is. Het gebruik van de ELWP voor de combinatie van beide levert enkel goede resultaten op wanneer beide functies er niet gelijktijdig gebruik van kunnen maken. Hierbij

95

moet de ELWP dan in de eerste plaats voor ruimteverwarming dienen en kan deze enkel voor sanitair warm water dienst doen wanneer er naar de eerste geen vraag is. Op deze manier kan nog eens een bijkomende besparing van 10% gerealiseerd worden. Indien de ELWP ingezet wordt op een vraaggestuurd ventilatiesysteem, zijn de besparingen in alle gevallen kleiner. Dit is ook logisch aangezien er dan minder warme lucht beschikbaar is. Voor meer grootschalige functies als scholen en zorgtehuizen liggen de besparingen bij gebruik voor ruimteverwarming steeds hoger door de betere coherentie tussen de energievraag en de ventilatie. T.o.v. een gewone warmtepomp bedragen deze ongeveer 25%. Het gebruik van de ELWP voor sanitair warm water in een zorgtehuis levert vergelijkbare resultaten op als in woningen. Gebruik voor combinatie van beide leidt hier tot een verwaarloosbare extra besparing. Deze laatste opstelling buiten beschouwing gelaten, wordt dus wel een substantiële besparing gerealiseerd. De resultaten zijn conform de bevindingen uit literatuuronderzoek naar eerder uitgevoerde tests, waar de besparing op het totale verbruik voor ruimteverwarming en sanitair warm water samen 9 tot 21% zou bedragen bij toepassing van een ELWP voor ruimteverwarming of sanitair warm water. Naar economische rendabiliteit toe zijn er evenwel enkele verschuivingen merkbaar. Hier wordt dan ook rekening gehouden met een aantal bijkomende parameters, zoals de kostprijs, de rente die men op het geïnvesteerde bedrag verliest en de energieprijzen met hun evolutie. Voor alle functies blijkt de ELWP snel terug verdiend te worden indien deze voor ruimteverwarming ingezet wordt. Voor woningen ligt de terugverdientijd t.o.v. een gewone warmtepomp tussen 5 en 8 jaar. Voor de ELWP bij vraaggestuurde ventilatiesystemen loopt het interval van 6 jaar tot het einde van de levensduur en is men dus niet zeker van een rendement. Ook bleek dat indien men tussen een vraagsturing en een ELWP moet kiezen, de ELWP de beste optie is. In zowel scholen als zorgtehuizen bedraagt de terugverdientijd van de ELWP voor RVW 2 tot 3 jaar. Hier kan men dus vrij zeker zijn dat de installatie goed zal renderen, zelfs indien de investeringskosten hoger zouden uitvallen dan geschat. Indien de ELWP voor sanitair warm water ingezet wordt, blijkt de terugverdientijd sterk op te lopen. Enkel bij het zorgtehuis is men nog zeker van het rendement als men de ELWP tegenover een elektrische boiler ziet. Bij woning is dit minder het geval maar is het systeem doorgaans wel rendabel. Wanneer men als referentiescenario echter een gasboiler gebruikt, is dit nergens het geval. De SPF kan dan ook moeilijk de verhouding tussen elektriciteits- en gasprijzen benaderen. Voor metingen in situ werd hetzelfde fenomeen waargenomen. Enkel indien de gasprijzen sterk zouden stijgen zonder dat de elektriciteitsprijzen hierin meegaan is de ELWP de beste optie voor de opwekking van sanitair warm water. Om dezelfde reden heeft het combineren van de ELWP voor ruimteverwarming en sanitair warm water weinig zin. Men kan dus stellen dat een ELWP voornamelijk een goede investering is wanneer deze voor ruimteverwarming gebruikt wordt ter vervanging van een gewone lucht-water warmtepomp. Dit besluit bleek ook al uit een literatuuronderzoek naar de toepassing van de ELWP. Qua verkoopscijfers heeft deze in Zweden namelijk bijna het volledige marktaandeel van de lucht-water warmtepompen overgenomen. Met deze resultaten is al een stap in het onderzoek naar de ELWP gezet, maar een aantal aspecten kunnen nog verder bestudeerd worden. Zo komt als besluit naar voor dat het inzetten van een ELWP bij vraaggestuurde ventilatie meestal weinig rendabel is. Men zou deze prestatie wel kunnen verbeteren door een systeem samen te stellen waarbij de ventilatie wacht op een signaal van de warmtepomp alvorens in werking te treden. Op deze manier zouden de pieken in de ventilatie steeds kunnen samenvallen met de vraag naar ruimteverwarming of sanitair warm water. Een Belgische

96

ventilatieproducent9 is recent met dergelijk onderzoek gestart. Een ander aspect van de ELWP dat verder onderzoek vereist is de invloed op het E-peil van een gebouw. Via een onderzoek naar gelijkwaardigheid voor dit systeem kan hier een oplossing voor geformuleerd worden. Eens dergelijke studie uitgevoerd is, zou ook de ELWP gebruik kunnen maken van eventuele subsidies.

9

Het ventilatiebedrijf Duco te Veurne [49].

97

Bijlagen Bijlage A

Metingen van sanitair warm waterverbruik

99

Bijlage B

Plannen van de gebouwen

124

Bijlage C

Ventilatievereisten en warmteverliezen

125

C1

Woning

126

C2

Zorgtehuis

128

C3

School

130

Bijlage D

Resultaten formule COP

132

Bijlage E

Opstelling in de TRNSYS Simulation Studio

133

Bijlage F

Investeringskosten en verbruik

134

Bijlage G

Referentiesystemen voor de COP

136

Bijlage H

Technische fiche vloerverwarmingsnet

138

Bijlage I

Technische fiches warmtepompboilers

139

I1

Dimplex

140

I2

Ariston

150

I3

ATC

157

98

BIJLAGE A: METINGEN VAN SANITAIR WARM WATERVERBRUIK Op de hierna volgende pagina's zijn de resultaten weergegeven voor de metingen naar sanitair warm waterverbruik. Er wordt telkens een overzicht gegeven van de gezinssamenstelling, de eigenschappen van de boiler en het verbruik in kWh en in liter. Het verbruik in liter werd telkens omgerekend naar het verbruik aan 60°C, aangezien dit de temperatuur is waarmee in de simulatie gewerkt wordt. Een uniforme taptemperatuur laat bovendien toe de resultaten te vergelijken. De eerste grafiek geeft telkens het gemiddelde verbruik in liter over de meetperiode weer. Aangezien alle tijdstippen uitgemiddeld zijn, moet dit niet als een absoluut verbruik gezien worden, maar eerder een indicatie voor het verbruiksprofiel. De tweede grafiek geeft wel een absoluut verbruik weer, namelijk het totale waterverbruik over elke dag van de meting. De gemiddelde dag uit deze grafiek wordt getoond in grafiek 3. Deze toont dus het absolute verbruik in liter over één dag van de meetperiode. Grafiek 4 ten slotte geeft voor deze zelfde dag het verbruik in Watt weer. Door de laatste twee grafieken met elkaar te vergelijken kan men de mantelverliezen en het effectieve verbruik van elkaar onderscheiden.

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

99

Case 1 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

5 personen Activiteit

1959 1961 1987 1989 1990

Werk Werk Student Student Werk

M V M M M

Boiler Insteltemp. (°C) 60

Inhoud (l) 290

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 0 0 2 1 0

Max. vermogen (kW) 1.5

Maximaal (kWh) 9.8

Douches/week

Gem. vermogen (kW) 0.4

Doucheduur (min)

2 7 3 1 7

5 10 10 15 15

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 16.9 135 276

Gemiddeld verbruik aan 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

100

Dagverbruik aan 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 12/12/2011 (l)

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 12/12/2011 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

101

Case 2 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

3 personen Activiteit

1969 1969 1995

Werk Werk Student

M V V

Boiler Insteltemp. (°C) 80

Inhoud (l) 100

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 0 0 0

Max. vermogen (kW) 1,9

Maximaal (kWh)

Douches/week

Doucheduur (min)

7 7 7

Gem. vermogen (kW) 0,21

10 15 15

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 8 79 135

5

Gemiddeld verbruik over 2 weken aan 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

102

Dagverbruik aan 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 17/12/2011 (l)

20:00

21:00

22:00

23:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 17/12/2011 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

103

Case 3 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

2 personen Activiteit

1959 1961

Werk Thuis

M V

Boiler Insteltemp. (°C) 90

Inhoud (l) 120

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 0 0

Max. vermogen (kW) 2,1

Maximaal (kWh) 3,7

Douches/week

Doucheduur (min)

3 4

Gem. vermogen (kW) 0,15

5 5

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 6,2 30 86

Gemiddeld verbruik over 2 weken aan 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

104

Dagverbruik aan 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 9/12/2012 (l)

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 9/12/2011 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

105

Case 4 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

4 personen Activiteit

1960 1961 1990 1995

Werk Werk Student Student

M V V M

Boiler Insteltemp. (°C) 90

Inhoud (l) 60

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 0 0 0 0

Max. vermogen (kW) 2,3

Maximaal (kWh) 6,3

Douches/week

Doucheduur (min)

5 5 2 7

Gem. vermogen (kW) 0,26

5 5 15 5

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 8,8 73 131

Gemiddeld verbruik over 2 weken aan 60°C

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

106

Dagverbruik aan 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 17/12/2011 (l)

20:00

21:00

22:00

23:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 17/12/2011 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

107

Case 5 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

4 personen Activiteit

1968 1967 1991

Werk Deeltijds Student

M V V

Boiler Insteltemp. (°C) 90

Inhoud (l) 80

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 0 0 0

Max. vermogen (kW) 1,6

Maximaal (kWh) 3,7

Douches/week

Doucheduur (min)

3 4 3

Gem. vermogen (kW) 0,13

5 5 10

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 8,5 62 154

Gemiddeld verbruik over 2 weken aan 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

108

Dagverbruik aan 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 29/12/2011 (l)

20:00

21:00

22:00

23:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 29/12/2011 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

109

Case 6 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

2 personen Activiteit

1965 1971

Werk Werk

M V

Boiler Insteltemp. (°C) 60

Inhoud (l) 300

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 0 1

Max. vermogen (kW) 1,6

Maximaal (kWh) 5,7

Douches/week

Doucheduur (min)

10 6

Gem. vermogen (kW) 0,24

10 10

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 7,1 64 94

Gemiddeld verbruik over 11 dagen aan 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

110

Dagverbruik aan 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 21/01/2012 (l)

20:00

21:00

22:00

23:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 21/01/2012 (W) 3000 2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

111

Case 7 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

2 personen Activiteit

1979 1975

Werk Werk

M V

Boiler Insteltemp. (°C) 90

Inhoud (l) 40

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 0 0

Max. vermogen (kW) 3

Maximaal (kWh) 2,9

Douches/week

Doucheduur (min)

4 4

Gem. vermogen (kW) 0,12

5 5

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 4,6 33 65

Gemiddeld verbruik over 2 weken aan 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

112

Dagverbruik op 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 2/02/2012 (l)

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 2/02/2012 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

113

Case 8 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

3 personen Activiteit

1954 1958

Thuis Werk

V M

Boiler Insteltemp. (°C) 70

Inhoud (l) 150

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 1 0

Max. vermogen (kW) 2,7

Maximaal (kWh) 5,5

Douches/week

Doucheduur (min)

6 5

Gem. vermogen (kW) 0,23

10 10

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 7,7 87 137

Gemiddeld verbruik aan 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

114

Dagverbruik aan 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 17/02/2012 (l)

20:00

21:00

22:00

23:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 17/02/2012 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

115

Case 9 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

3 personen Activiteit

1963 1963 1988

Werk Deeltijds Werk

M V M

Boiler Insteltemp. (°C) 70

Inhoud (l) 180

Baden/week

Douches/week 0 0 0

Max. vermogen (kW) 1,9

Doucheduur (min)

3 4 6

Gem. vermogen (kW) 0,43

10 10 15

Afwasmethode Vaatwas

Dagverbruik Gemiddeld Maximaal Gemiddeld Maximaal (kWh) (kWh) (l) (l) 10,2 15,3 79 178

Gemiddeld verbruik over 2 weken op 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

116

Dagverbruik op 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 28/03/2012 (l)

20:00

21:00

22:00

23:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 28/03/2012 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

117

Case 10 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

3 personen Activiteit

1961 1966 1997 2001

Werk Werk Student Student

M V V M

Boiler Insteltemp. (°C) 80

Inhoud (l) 120

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 0 1 1 0

Max. vermogen (kW) 2,9

Maximaal (kWh)

Douches/week

Doucheduur (min)

4 3 4 5

Gem. vermogen (kW) 0,24

10 10 10 10

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 7 87 112

5,7

Gemiddeld verbruik over 2 weken op 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

118

Dagverbruik op 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 8/03/2012 (l)

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 8/03/2012 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

119

Case 11 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

2 personen Activiteit

1960 1963

Werk Werk

M V

Boiler Insteltemp. (°C) 80

Inhoud (l) 75

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 0 0

Max. vermogen (kW) 0,92

Maximaal (kWh)

Douches/week

Doucheduur (min)

3 4

Gem. vermogen (kW) 0,087

5 5

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 4 38 75

2,1

Gemiddeld verbruik over 2 weken op 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

120

Dagverbruik op 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 5/04/2012 (l)

20:00

21:00

22:00

23:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 05/04/2012 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

121

Case 12 Gezinssamenstelling Geboortejaar Geslacht

3 personen Activiteit

1979 1980 2002

Werk Werk Student

M V V

Boiler Insteltemp. (°C) 80

Inhoud (l) 100

Dagverbruik Gemiddeld (kWh)

Baden/week 0 3 3

Max. vermogen (kW) 2,3

Maximaal (kWh) 6,7

Douches/week

Doucheduur (min)

6 3 3

Gem. vermogen (kW) 0,28

15 15 10

Afwasmethode Vaatwas

Gemiddeld Maximaal (l) (l) 10,6 125 199

Gemiddeld verbruik over 12 dagen aan 60°C (l)

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

122

Dagverbruik aan 60°C (l) 300 250 200 150 100 50 0

Verbruik op gemiddelde dag 11/04/2012 (l)

20:00

21:00

22:00

23:00

20:00

21:00

22:00

23:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Verbruik op gemiddelde dag 11/04/2012 (W) 3000

2500 2000 1500 1000 500

Bijlage A: Metingen van sanitair warm waterverbruik

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0

123

BIJLAGE B: PLANNEN VAN DE GEBOUWEN

Gelijkvloers

Verdiep

Plannen woning [29], totale binnenoppervlakte 143 m² over 2 verdiepingen.

Gelijkvloers

Verdiep 1, 2 en 3

Schematische weergave zorgtehuis, totale binnenoppervlakte 5700 m² over 4 verdiepingen.

Gelijkvloers

Verdiep

Schematische weergave school, totale binnenoppervlakte 4752 m² over 2 verdiepingen.

Bijlage B: Plannen van de gebouwen

124

BIJLAGE C: VENTILATIEVEREISTEN EN WARMTEVERLIEZEN In de hierop volgende pagina's wordt telkens de opbouw van het gebouw geschetst, worden de ventilatievereisten getoond en de warmteverliezen berekend. Met deze laatste wordt dan de ketel gedimensioneerd. Voor de woning worden de warmteverliezen in het TRNBUILD-model berekend, terwijl voor het zorgtehuis en de school een formule voor de warmteverliezen werd opgesteld. Ook de grootte en inhoud van het vloerverwarmingsnet wordt berekend, volgens de technische fiche in bijlage H. Dit dient als referentie in de TRNSYS-simulaties voor de grootte van het boilervat voor ruimteverwarming. Op deze manier wordt de extra energie die nodig is om het systeem na een periode van stilstand terug operationeel te krijgen mee verrekend.

Bijlage C: Ventilatievereisten en warmteverliezen

125

BIJLAGE C1: Ventilatievereisten en warmteverliezen WONING Woonoppervlakte Gebouwvolume

143.28 m²

Binnentemperatuur:

20 °C

620 m³

Buitentemperatuur:

-8 °C

Transmissieverliezen Verliesoppervlakken in m² Zitruimte Inkom Toilet Berging Slpk1 Slpk2 Slpk3 Hal Badk. Badk.WC. Totaal Buitenmuren 60.4 10.5 0.0 21.1 33.1 20.4 25.6 3.5 18.3 3.7 196.5 Ramen 23.8 0.0 0.0 2.4 4.2 5.6 3.3 0.0 2.0 0.7 41.9 Buitendeur 0.0 2.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.3 Dak 9.1 0.0 0.0 0.0 23.5 17.4 20.1 8.7 10.3 2.5 91.7 Bodem 60.7 9.3 1.7 13.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 85.1 Overkraging 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 6.7 0.0 0.0 0.0 6.7 Totaal verliesopp.

U-waardes Ht W/(m²*K) W/K 0.3 59.0 0.8 31.5 0.8 1.7 0.2 17.8 0.1 2.8 0.2 1.3

424.14 m²

Beschermd volume

620 m³

Compactheid C

1.462 m

Globale U-waarde

C≤1: 1
0.27 W/(m²*K)

4
23.29

Totale transmissieverliezen

3191.43 W

Ventilatie- en infiltratieverliezen Ventilatiedebieten Living Slpk1 Slpk2 Slpk3 Inkom Hal Berging Toilet Badk. Keuken m³ 139.6 51.7 38.6 44.3 20.2 19.2 28.9 3.5 26.4 m² 60.7 23.5 17.4 20.1 9.3 8.7 13.3 1.7 12.8 m³/h 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 per m² m³/h 218.6 84.6 62.7 72.4 33.6 31.4 48.0 6.1 46.0 Min. debiet m³/h 75.0 25.0 25.0 25.0 50.0 25.0 50.0 75.0 Max. debiet m³/h 150.0 72.0 72.0 72.0 75.0 75.0 75.0 Resulterend m³/h 150.0 72.0 62.7 72.0 33.6 31.4 50.0 25.0 50.0 75.0 Afvoerverdeling bij vraagsturing 0.4 0.1 0.2 Debiet m³/h 150.0 72.0 62.7 72.0 121.5 206.7 149.6 34.2 85.2 87.8 1/h 1.1 1.4 1.6 1.6 6.0 10.8 5.2 9.7 3.2 0.6 Halveren debiet (referentie: metingen in realiteit + gesprek Duco) Debiet simulatie m³/h 75.0 36.0 31.4 36.0 60.8 103.4 74.8 17.1 42.6 43.9 1/h 0.5 0.7 0.8 0.8 3.0 5.4 2.6 4.8 1.6 0.3 Volume Oppervlakte Vereist debiet

Totaal_aanvoer 372.32 m³

356.748 m³/h 0.9581758 1/h 178.374 m³/h 0.479 1/h

Infiltratiedebiet Drukverschil Referentie Reëel

Infiltratie 50 Pa

2 744.6 0.4 148.9

2 Pa

Totale ventilatieverliezen

3396 W

Totale infiltratieverliezen

1418 W

1/h m³/h 1/h V ~ sqrt(p) m³/h

Totale warmteverliezen Totale verliezen Warmtevraag

8005.5 W 55.9 W/m²

Bijlage C1: Ventilatievereisten en warmteverliezen woning

126

Dimensionering ketel Vraag: 8.0 kW

<200 kW

=> 1 ketel nodig van 1.1 * vermogen

Ketelvermogen: 8.8 kW Dimensionering vloerverwarming Werkingstemperatuur (°C) Tussenafstand buizen (m) Af te geven warmte (W/m²) m buislengte per m² m buis nodig Diameter buis (m) Volume in buizen (m³)

35.0 0.2 56.0 5.0 716.4 0.0 0.1

Tijd nodig om op te warmen na stilstand? Soortelijke warmte (J/(kg*K)) 4186.0 Delta_T (°C) 15.0 Soortelijk gewicht (kg/m³) 998.0 Benodigde warmte (J) 9026231.0 Tijd nodig (s) 1025007.7 Tijd nodig (min) 17083.5

45.0 0.3 voor T_i = 20°C en tegelvloer ( zie bijlage H) 77.0 3.3 477.6 0.0 0.1

4186.0 25.0 998.0 10029145.6 1138897.4 18981.6

Bijlage C1: Ventilatievereisten en warmteverliezen woning

127

BIJLAGE C2: Ventilatievereisten en warmteverliezen ZORGTEHUIS Aantal kamers

102

Verdiepingen

Binnentemperatuur T_binnen_graaddagen Buitentemperatuur

4

23 °C 20 °C -8 °C

Opbouw zorgtehuis Gelijkvloers

Gemeenschappelijke (50%) en technische en ondersteunende ruimtes (50%)

Verdiepen

Kamers Ondersteunende ruimtes Gemeenschappelijke ruimtes

34 2 3

Lengte (m)

Diepte (m)

Hoogte (m)

Opp. (m²) Volume (m³)

Gelijkvloers

Totaal Gemeenschappelijk Ondersteunend

95.0

15.0

3.5

1425.0 712.5 712.5

4987.5 2493.8 2493.8

Verdiepen

Kamer Ondersteunend Gemeensch. Gang Totale verdiep

4.0 6.0 7.0 74.0 95.0

6.0 6.0 15.0 3.0 15.0

3.0 3.0 3.0 3.0 3.0

24.0 36.0 105.0 222.0 1425.0

72.0 108.0 315.0 666.0 4275.0

Transmissieverliezen zorgtehuis K-peil

Buitenafmetingen

25 Lengte (m) Diepte (m) 95.8

Hoogte (m) 15.8

14.3

Verliesopp (m²)

6219.0

Compactheid C

3.5

1
Um

0.5

4
Opp. (m²) Volume (m³) 1513.6 21645.1

C≤1:

Transmissieverliezen In extremis

2840.3 *(20-T_e) 79527.3 W

Als T_e > 17 => Q=0

Ventilatie- en infiltratieverliezen zorgtehuis Ventilatiedebieten Kamer Volume Oppervlakte Vereist debiet

m³ m² m³/h per m² m³/h 1/h

Infiltratiedebiet Volumes alle ruimtes

Gemeensch. Boven 72.0 24.0 75.0 1.0

315.0 105.0 3.6 378.0 1.2

Gemeensch. Beneden Totaal_aanvoer 2493.8 712.5 3.6 2565.0 1.0

12672.8

13617.0 1.1

17812.5 m³ Drukverschil

Referentie Reëel

Infiltratie 50 Pa

2 35625 0.4 7125

2 Pa

1/h m³/h 1/h m³/h

Totale ventilatieverliezen In extremis

4629.8 *(20-T_e) 129633.8 W

Als T_e > 17 => Q=0

Totale infiltratieverliezen In extremis

2422.5 *(20-T_e) 67830.0 W

Als T_e > 17 => Q=0

Bijlage C2: Ventilatievereisten en warmteverliezen zorgtehuis

V ~ sqrt(p)

128

Totale warmteverliezen Totale verliezen In extremis

9892.5 *(20-T_e) 276991.1 W

Warmtevraag

Als T_e > 17 => Q=0

48.6 W/m²

Dimensionering ketel Warmtevraag

277.0 kW

Ketelvermogen

332.4 kW

<600 kWh

=>

2 ketels nodig, elk 0.6 * vermogen

Dimensionering vloerverwarming Werkingstemperatuur (°C) Tussenafstand buizen (m) Af te geven warmte (W/m²) m buislengte per m² m buis nodig Diameter buis (m) Volume in buizen (m³)

35.0 0.1 55.5 10.0 52357.5 0.0 10.5

45.0 0.3 Voor T_i = 23°C en tegelvloer (zie bijlage H) 66.5 3.3 17452.5 0.0 3.5

Tijd nodig om op te warmen na stilstand? Soortelijke warmte (J/(kg*K)) 4186.0 4186.0 Delta_T (°C) 12.0 22.0 Soortelijk gewicht (kg/m³) 998.0 998.0 Benodigde warmte (J) 527739692.2 322507589.7 Tijd nodig (s) 1587715.3 970270.4 Tijd nodig (min) 26461.9 16171.2

Bijlage C2: Ventilatievereisten en warmteverliezen zorgtehuis

129

BIJLAGE C3: Ventilatievereisten en warmteverliezen SCHOOL Aantal jaren

6

Binnentemperatuur

21 °C

Klassen per jaar

4

T_binnen graaddagen

18 °C

Buitentemperatuur

-8 °C

Totaal klassen

28

Leerlingen per klas

25

Leerlingen totaal

600

Verdiepen

2

Opbouw school Gelijkvloers

Sporthal Ondersteunend Secretariaat Refter Klassen

1 1 1 1 9

Verdieping

Klassen Leeraarskamer Ondersteunend Polyvalent lokaal

19 1 1 1

Gelijkvloers

Sporthal Refter Klas Ondersteunend Gang Circulatie

Lengte (m) 16 30 7 49 63 7

Totaal Verdieping

Diepte (m) Hoogte (m) Opp. (m²) Volume (m³) 22 8.4 352 2956.8 22 4 660 2640 1 m² per leerling 9 4 63 252 9 4 441 1764 4 4 252 1008 22 4 154 616

116

22

4

2552

11756.8

Klas Leraarskamer Ondersteunig Polyvalent Gang Circulatie

7 14 14 16 77 7

9 9 9 22 4 13

4 4 4 4 4 4

63 126 126 352 308 91

252 504 504 1408 1232 364

Totale verdiep

100

22

4

2200

8800

Transmissieverliezen school K-peil

25 Lengte (m)

Buitenafmetingen Verliesopp (m²)

Diepte (m) 116.8

Hoogte (m) 22.8

9

Opp. (m²) Volume (m³) 2663.0 23967.4

7838.9 C≤1:

Compactheid

3.1

1
Um (W/(m²*K))

0.4

4
Transmissieverliezen In extremis

3303.8 *(18-T_e) 85897.8 W

Als T_e > 15 => Q=0

Bijlage C3: Ventilatievereisten en warmteverliezen school

130

Ventilatie- en infiltratieverliezen school Ventilatiedebieten Volume Oppervlakte Vereist debiet

Klas Sporthal Refter Leraars Polyvalent Totaal_aanvoer Zonder refter 252.0 2956.8 2640.0 504.0 1408.0 14564.8 63.0 352.0 660.0 126.0 352.0 3.6 3.6 3.6 22.0 22.0 550.0 1267.2 13200.0 453.6 1267.2 31588.0 2.2 0.4 5.0 0.9 0.9 2.2

m³ m² m³/h per m² m³/h per persoon m³/h 1/h

Infiltratiedebiet Volumes alle ruimtes

18388.0

20556.8 m³ Drukverschil

Referentie

Infiltratie 50.0 Pa

Reëel

2.0 Pa

Totale ventilatieverliezen ( refter enkel middag) In extremis Totale infiltratieverliezen In extremis

2 41113.6 0.4 8222.72

1/h m³/h 1/h m³/h

V ~ sqrt(p)

10739.9 *(18-T_e) 279237.9 W

Als T_e > 15 => Q=0

2795.7 *(18-T_e) 72688.8 W

Als T_e > 15 => Q=0

16839.4 *(18-T_e) 437824.5 W

Als T_e > 15 => Q=0

Zonder refter Refter

6251.9 *(18-T_e) 4488.0 *(18-T_e)

Zonder refter

12351.4 *(18-T_e)

Totale warmteverliezen Totale verliezen (refter enkel middag) In extremis Warmtevraag

92.1 W/m²

Dimensionering ketel Warmtevraag Ketelvermogen

437.8 kW

<600 kWh

=>

2 ketels nodig, elk 0.6 * vermogen

525389.4 kW

Dimensionering vloerverwarming Werkingstemperatuur (°C) Tussenafstand buizen (m) Af te geven warmte (W/m²) m buislengte per m² m buis nodig Diameter buis (m) Volume in buizen (m³)

40 0.1 98.0 10 43425 0.016 8.7

Tijd nodig om op te warmen na stilstand? Soortelijke warmte (J/(kg*K)) 4186 Delta_T (°C) 22 Soortelijk gewicht (kg/m³) 998 Benodigde warmte (J) 802457646.8 Tijd nodig (s) 1527.4 Tijd nodig (min) 25.5

45 0.2 Voor T_i = 21°C en tegelvloer (zie bijlage H) 96.5 5 21712.5 0.016 4.4

4186 27 998 492417192 937.2 15.6

Bijlage C3: Ventilatievereisten en warmteverliezen school

131

BIJLAGE D: RESULTATEN FORMULE COP T_Water (°C) 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55

T_Lucht (°C)

COP_origineel -7 -2 2 7 12 15 20 22 24 26 -7 -2 2 7 12 15 20 22 24 26 -7 -2 2 7 12 15 20 22 24 26 -7 -2 2 7 12 15 20 22 24 26 -7 -2 2 7 12 15 20 22 24 26

Bijlage D: Resultaten formule COP

1.63 2.00 2.35 3.46 3.98 4.73 6.09 6.44 6.63 6.80 1.34 1.66 1.97 2.95 3.42 4.12 5.24 5.55 5.74 5.89 1.05 1.35 1.62 2.49 2.89 3.53 4.45 4.82 4.96 5.09 1.00 1.03 1.27 2.03 2.38 2.98 3.87 4.16 4.28 4.41 1.00 1.00 1.00 1.54 1.84 2.40 3.30 3.57 3.69 3.81

COP_formule

Verschil 1.15 1.72 2.35 3.31 4.35 4.97 5.95 6.31 6.63 6.92 1.34 1.66 2.12 2.87 3.73 4.26 5.10 5.40 5.68 5.93 1.33 1.46 1.79 2.39 3.13 3.60 4.36 4.64 4.89 5.12 1.11 1.12 1.36 1.88 2.55 3.00 3.73 4.01 4.26 4.50 0.69 0.62 0.83 1.32 1.99 2.45 3.22 3.51 3.80 4.05

-0.48 -0.28 0.00 -0.15 0.37 0.24 -0.14 -0.13 0.00 0.12 0.00 0.00 0.15 -0.08 0.31 0.14 -0.14 -0.15 -0.06 0.04 0.28 0.11 0.17 -0.10 0.24 0.07 -0.09 -0.18 -0.07 0.03 0.11 0.09 0.09 -0.15 0.17 0.02 -0.14 -0.15 -0.02 0.09 -0.31 -0.38 -0.17 -0.22 0.15 0.05 -0.08 -0.06 0.11 0.24

132

BIJLAGE E: OPSTELLING IN DE TRNSYS SIMULATION STUDIO

Bijlage E: Opstelling in de TRNSYS Simulation Studio

133

BIJLAGE F: INVESTERINGSKOSTEN EN VERBRUIK Woning SWW Scenario SWW-profiel 1 EW Gasboiler ELWP VAi 62°C ELWP VA 50°C ELWP VR 62°C SWW-profiel 2 EW Gasboiler ELWP VAi 60°C ELWP VA 50°C SWW-profiel 3 EW Gasboiler ELWP VAi 60°C ELWP VA 50°C

Investeringskost (€)*

Verbruik elektriciteit (kWh/jr)

Verbruik gas (kWh/jr)

522 863 3285 3826 3485

1573 0 653 145 1258

0 1748 0 1201 0

522 863 3285 3826

2542 0 960 245

0 2824 0 1889

834 0 370 3

0 927 0 917

522 863 3285 3826 *Alle prijzen incl. 21% BTW

Woning RVW Scenario Investeringskost (€)* VA WP ELWP WP VR VR (zonder meerekenen kostprijs ventilatiesysteem) WP ELWP * Alle prijzen incl. 21% BTW

Verbruik elektriciteit (kWh/jr) 9922 10527 13552

4236 3784 3082

9922 10527

3082 2889

Woning SWW + RVW Scenario SWW-profiel 1, VA EW S + WP R Gas S + WP R ELWP R + Si 62°C SWW-profiel 1, VR EW S + WP R Gas S + WP R ELWP R + Si 62°C SWW-profiel 2, VA EW S + WP R Gas S + WP R ELWP R + S 62°C SWW-profiel 3, VA EW S + WP R Gas S + WP R ELWP R + S 62°C

Investeringskost (€)*

Verbruik elektriciteit (kWh/jr)

Verbruik gas (kWh/jr)

10444 10785 12170

5809 4236 4433

0 1748 284

10444 10785 12170

4655 3082 3859

0 1748 304

10444 10785 12170

6778 4236 4740

0 2824 284

5070 4236 4150

0 927 284

10444 10785 12170 *Alle prijzen incl. 21% BTW

Bijlage F: Investeringskosten en verbruik

134

Zorgtehuis SWW Scenario EW Gasboiler ELWP VAi 62°C ELWP VA 55°C

Investeringskost (€)* Verbruik elektriciteit (kWh/jr) 3042 104422 5033 0 19163 36052 20159 16027 *Alle prijzen incl. 21% BTW

Verbruik gas (kWh/jr) 0 116024 0 53124

Zorgtehuis RWW Scenario WP ELWP

Investeringskost (€)*

Verbruik elektriciteit (kWh/jr) 91779 111285

362619 279912

*Alle prijzen incl. 21% BTW

School RWW Scenario WP ELWP

Investeringskost (€)*

Verbruik elektriciteit (kWh/jr) 144971 153811

93119 71129

*Alle prijzen incl. 21% BTW

Bijlage F: Investeringskosten en verbruik

135

BIJLAGE G: REFERENTIESYSTEMEN VOOR DE COP

COP-data voor de Daikin Altherma ERHQ011 [41].

Bijlage G: Referentiesystemen voor de COP

136

COP-data voor de CIAT Ecociat [42]

Bijlage G: Referentiesystemen voor de COP

137

BIJLAGE H: TECHNISCHE FICHE VLOERVERWARMINGSNET

Uittreksel uit technische fiche Vasco vloerverwarming [66].

Bijlage H: Technische fiche vloerverwarmingsnet

138

BIJLAGE I: TECHNISCHE FICHES WARMTEPOMPBOILERS

Bijlage I: Technische fiches warmtepompboilers

139

BIJLAGE I1: TECHNISCHE FICHE DIMPLEX Bron: [53]

Bijlage I1: Technische fiche Dimplex

140

BIJLAGE I2: BROCHURE ARISTON Bron: [67]

Bijlage I2: Brochure Ariston

150

BIJLAGE I3: TECHNISCHE FICHE ATC Bron: [68]

Bijlage I3: Technische fiche ATC

157

J.02 Warmtepompen en airconditioners

SXVD-1PH ATC/Gree Lucht/Water Warmtepomp inverter Boiler

Sanitaire Boiler voor lucht/water warmtepomp type SXVD-1PH Sanitair warmwatervat voor Versati lucht/water warmtepomp of aanverwante. Ombouwkit naar 3 fase beschikbaar. Merk   ATC - Gree Toepassing   Aansluiting op de Versati lucht/water warmtepomp   Aansluiting op monoblok Fujitsu lucht/water warmtepomp   Voorraadvat voor sanitair warm water Specificaties   Inhoud: 200 of 300L.   Koud water in: ½” V   Aansluitdiameter tapwater (koud in, warm uit): ½” V e   Aansluitdiameter verwarming (1 warmtewisselaar): ¾” V e   Aansluitdiameter verwarming (2 warmtewisselaar): ¾” V   Wordt geleverd met elektrische weerstand (3kW)     en 2 sonden voor een extra nauwkeurige regeling   Binnenmantel en warmtewisselaars vervaardigd uit INOX   Geschikt voor aansluiting op thermisch zonnepaneel of stookketel   Via de Hydrobox kan het desinfectieprogramma geactiveerd worden dat de watertemperatuur op regelmatige basis tot maximum 70°C opwarmt   50mm isolatie Toebehoren   3-weg kraan, 1", type N3D25   Thermische aandrijving, type T230   Magnesiumstick, type Magnesium sub assy SXVD Toe te passen binnen units   Hydrobox, Type GRS-CQ/I

J.02 SXVD-1PH 1/3 - 2012/4/27 - BE-NL

www.airtradecentre.com

J.02 Warmtepompen en airconditioners Technische gegevens Type Inhoud Spanning Elektrische hulpverwarming Voedingskabel Koud water in

Buitendiameter

warm water uit

Buitendiameter

Circulerend Water inlaat / uitlaat

Buitendiameter

Water inlaat / uitlaat (warmtepomp)

Buitendiameter

Lengte warmtewisselaar

Onderste (wp) Bovenste

Afmetingen (D×H) Verpakkingsafmetingen

J.02 SXVD-1PH 2/3 - 2012/4/27 - BE-NL

L H B

L V/Ph/Hz W mm² mm inch mm inch mm inch mm inch m m mm mm mm mm

SXVD200LC/A-K-1PH 200

SXVD300LC/A-K-1PH 300 230/1/50 3000 3G2,5 DN15 1/2 DN15 1/2 DN20 3/4 DN20 3/4

13 10 540×1595 630 1620 625

18,50 10 620×1620 710 1645 705

www.airtradecentre.com

J.02 Warmtepompen en airconditioners Afmetingen Type M [m] N [m] D [mm] D1 [mm] H [mm] A [mm] B [mm] C [mm] E [mm] F [mm] I [mm] J [mm] K [mm]

SXVD200LCJ2 / A-K 10 13 540 438 1595 272 105 112 432 431 80 247.50 739

J.02 SXVD-1PH 3/3 - 2012/4/27 - BE-NL

SXVD300LCJ2 / A-K 10 18.50 620 528 1620 280 105 112 464 399 95 202.50 718

www.airtradecentre.com

Bibliografie 1.

2. 3. 4.

5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

13. 14. 15. 16. 17.

18. 19. 20. 21. 22.

23.

De Cock, O. and D. Dhaeze, Technische haalbaarheid van een warmtepomp en vraaggestuurde ventilatie in lage-energiegebouwen. Universiteit Gent, Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding, 2012. EPB-eisen. Opgevraagd op 20/10/2011 via www.energiesparen.be. Norm NBN EN 13779: Ventilatie voor niet-residentiële gebouwen - Prestatie-eisen voor ventilatie- en luchtbehandelingssystemen. Beusen, A. and K. Verreth, Studieopdracht voor de ontwikkeling van specifieke energieprestatie-indicatoren voor woonzorgcentra - II. Vlaamse Overheid Departement welzijn, volksgezondheid en gezin, 2010. Janssens, A., Technische installaties in gebouwen 2. Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2009. VIPA, Ontwikkeling van specifieke energieprestatie-indicatoren voor rusthuizen. Eindvergadering 3 juni 2008. Orme, M., Estimates of the energy impact of ventilation and associated financial expenditures. Energy and Buildings, 2001. 33(3): p. 199-205. Van Den Bossche, P., Energietechniek in Gebouwen: Warm Water. WTCB. Janssens, A., Bouwfysiche Aspecten van Gebouwen. Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2009. Zegers, F.T.S. and C.J. van der Leun, Overzicht warmwaterverbruik in huishoudens met en zonder zonneboiler. ECOFYS, 1996. Yokoyama, R., et al., Performance analysis of a CO(2) heat pump water heating system under a daily change in a standardized demand. Energy, 2010. 35(2): p. 718-728. Hekmat, D., H.E. Feustel, and M.P. Modera, Impacts of Ventilation Strategies on EnergyConsumption and Indoor Air-Quality in Single-Family Residences. Energy and Buildings, 1986. 9(3): p. 239-251. Wallman, P.H., et al., Assessment of Residential Exhaust-Air Heat-Pump Applications in the United-States. Energy, 1987. 12(6): p. 469-484. Williams, G.T., The Exhaust Air Heat-Recovery Heat-Pump for Residential Applications in Canada. Journal of Heat Recovery Systems, 1984. 4(3): p. 165-180. Kreps, K., et al., Beste Beschikbare Technieken (BTT) voor Legionella-beheersing in Nieuwe Sanitaire Systemen. VITO, 2007. De zonneboiler voor sanitair warm water. Opgevraagd op 02/11/2011 via www.eandis.be/eandis/klant/k_reg_warm_water.htm. Guo, J.J., J.Y. Wu, and R.Z. Wang, A new approach to energy consumption prediction of domestic heat pump water heater based on grey system theory. Energy and Buildings, 2011. 43(6): p. 1273-1279. Van der Leun, C.J., Warmtapwaterverbruik in de dienstensector: Deelrapport IV: Bejaardentehuizen. NOVEM, 1992. Van Den Bossche, P., Productie van Sanitair Warm Water. WTCB, 2010. Dodoo, A., L. Gustavsson, and R. Sathre, Primary energy implications of ventilation heat recovery in residential buildings. Energy and Buildings, 2011. 43(7): p. 1566-1572. Liddament, M.W. and M. Orme, Energy and ventilation. Applied Thermal Engineering, 1998. 18(11): p. 1101-1109. Blom, I., L. Itard, and A. Meijer, LCA-based environmental assessment of the use and maintenance of heating and ventilation systems in Dutch dwellings. Building and Environment, 2010. 45(11): p. 2362-2372. Jokisolao, J., et al., Performance of balanced ventilation with heat recovery in residential buildings in a cold climate. International Journal of Ventilation, 2003. 2(3): p. 223-235.

Bibliografie

161

24. 25. 26. 27.

28. 29.

30. 31. 32. 33. 34. 35.

36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51.

Ventilatie Thermelec. Opgevraagd op 05/11/2011 via www.thermelec-ventilatie.be. Productoverzicht Ventilatie Renson. Opgvraagd op 05/11/2011 via www.renson.be. Codumé X-VENT. Opgevraagd op 05/11/2011 via www.codume.com. Ventilatie van gebouwen – Mechanische ventilatie: ventielen, kanalen, ventilatoren en luchtgroepen. Opgevraagd op 10/11/2011 via www.wtcb.be/homepage/index.cfm?cat=publications&sub=infofiches&pag=42&art=8. Roulet, C.A., et al., Real heat recovery with air handling units. Energy and Buildings, 2001. 33(5): p. 495-502. Himpe, E. and L. Trappers, De totale energieconsumptie van een nulenergiewoning: Impact van de gebouwschil & van de technische installaties. Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2011. Towards improved performances of mechanical ventilation systems. European TIP-Vent project, 2001. Gesprek met Matthias Zuliani van Ingenium. 15/11/2011, Brugge, België. Fehrm, M., W. Reiners, and M. Ungemach, Exhaust air heat recovery in buildings. International Journal of Refrigeration-Revue Internationale Du Froid, 2002. 25(4): p. 439-449. Berntsson, T., Heat sources - technology, economy and environment. International Journal of Refrigeration-Revue Internationale Du Froid, 2002. 25(4): p. 428-438. About Heat Pumps. Opgevraagd op 19/11/2011 via www.heatpumpcentre.org. Norm NBN EN 144511: Luchtbehandelingsapparatuur, koeleenheden met vloeistof en warmtepompen met elektrisch aangedreven compressoren voor ruimteverwarming en koeling. Limb, M.J., Heat Pumps for Ventilation Exhaust Air Heat Recovery: An Annotated Bibliography. AIVC, 1996. Fracastoro, G.V. and M. Serraino, Energy analyses of buildings equipped with exhaust air heat pumps (EAHP). Energy and Buildings, 2010. 42(8): p. 1283-1289. Wallman, P.H. and W.J. Fisk, Exhaust-Air Heat-Pump Performance with Unsteady-State Operation. Heat Recovery Systems & Chp, 1990. 10(3): p. 231-241. Strobbe, T., Studie warmtepomp (stageverslag). Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2010. Plannings-aanwijzig voor de Viessmann Vitocal 350-A. Opgevraagd op 20/11/2011 via www.viessmann.com/web/belgium/be_tdis_NL.nsf/webstart?OpenFrameset. Daikin Altherma Technical Data. Ontvangen op 21/11/2011 via mailings met Kathleen De Kerpel van Universiteit Gent. Technische Fiche ECOCIAT. Ontvangen op 19/12/2011 via mailings met Patrick Callaert van CIAT Belgium. BCIS, Life expectancy of building components: surveyors' experiences of buildings in use: a practical guide. 2006, Londen: BCIS. Taelman, J., In situ testen van vraaggestuurde ventilatiesystemen in woningen. Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2011. Rosseel, S., Optimalisatie van concepten voor vraaggestuurde residentiële ventilatie. Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2008. Fisk, W.J. and A.T. De Almeida, Sensor-based demand-controlled ventilation: a review. Energy and Buildings, 1998. 29(1): p. 35-45. Liddament, M.W., A guide to energy efficient ventilation. AIVC, 1996. Assortiment. Opgevraagd op 25/10/2011 via www.co2-meter.com/Overzicht.html. Gesprek met Stefan Verbrugge en Anthonie Vandamme van Duco. 22/12/2011, Veurne, België. Brochure premies 2011. Opgevraagd op 17/12/2011 via www.energiesparen.be. Van Landeghem, H., Bedrijfskunde. Universiteit Gent, Vakgroep Industrieel Beheer, 2009.

Bibliografie

162

52.

53. 54.

55.

56.

57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68.

Vansteenkiste, W., Haalbaarheid en primaire energieprestatie van absorptiekoelmachines bij direct stoken en in trigeneratie. Universiteit Gent, Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding, 2011. Toelichting bij technische fiche Dimplex warmtepompboilers. Ontvangen op 01/12/2011 via mailings met Marc Van den Eynde van Thermocomfort (Dimplex). Vande Kerckhove, B., Zomercomfort in passief-huizen: gevoeligheidsanalyse aan de hand van multi-zone energiesimulaties. Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, 2011. Eindrapport Onwikkeling van Specifieke Energieprestatie-indicatoren voor Rusthuizen. Katholieke Universiteit Leuven, Universiteit Gent, FDA Architecten & Ingenieurs, Daidalos Peutz, Ingenium. Laverge, J., et al., Energy saving potential and repercussions on indoor air quality of demand controlled residential ventilation strategies. Building and Environment, 2011. 46(7): p. 14971503. Opgemeten COP-data. Ontvangen op 15/05/2012 via mailings met Anthonie Vandamme van Duco. Gesprek met Rik Desmet, technisch directeur VTI Waregem. 16/02/2012, Waregem, België. LBG engineering. Opgvraagd op 12/04/2012 via www.lbge.be. Junkers warmte voor het leven. Opgevraagd op 12/04/2012 via www.junkers.be. Actuele Euribor rente tarieven. Opgevraagd op 5/05/2012 via www.homefinance.nl/algemeen/informatie/euribor. Elektriciteitsgrafieken België. Opgevraagd op 17/12/2011 via www.sholt.nl. Prijsfiches in het Vlaamse Gewest. Opgevraagd op 02/05/2012 via www.electrabel.be/nl/particulier/prices-and-conditions. Prijsfiches in het Vlaamse Gewest. Opgevraagd op 02/05/2012 via www.electrabel.be/nl/zelfstandigen/prices-and-conditions. Inflatie. Opgevraagd op 5/05/2012 via statbel.fgov.be/nl/statistieken/cijfers/economie/consumptieprijzen/inflatie/. Technische documentatie VASCO Vloerverwarming/Wandverwarming (pagina 18). Opgevraagd op 15/02/2012 via www.vasco.be (> Downloads > Brochures). Documentatie sanitaire warmtepomp. Opgevraagd op 02/03/2012 via www.ariston.be. Warmtepomp SXVD-1PH. Opgevraagd op 02/03/2012 via www.airtradecentre.com/BE/NL/documentation.

Bibliografie

163