Evaluatie Energieneutrale woningen Havankpark Leeuwarden. 2 de tussenrapportage

Evaluatie Energieneutrale woningen Havankpark Leeuwarden 2de tussenrapportage

Evaluatie Energieneutrale woningen Havankpark Leeuwarden 2de tussenrapportage

in opdracht van: Novem

uitgevoerd door: ing. L. Kleinegris ir. E. Vrins ing D. Maas W/E adviseurs duurzaam bouwen Postbus 256 5000 AG Tilburg tel. 013-5835312 rapportnummer: 5750 Tilburg, november 2002 tel. (013) 5835312 [email protected]

W/E adviseurs Gouda Tilburg

Conceptrapportage Evaluatie Havankpark

2

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee

Inhoudsopgave 1

SAMENVATTING..........................................................................................................2

2

INLEIDING .....................................................................................................................4 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

3

CONTROLE EN EVALUATIE ..............................................................................................4 INSTALLATIE-TECHNISCHE BESCHRIJVING ......................................................................4 PV-PANELEN ..................................................................................................................6 OVERIGE ASPECTEN........................................................................................................6 BEREKENINGEN ENERGIEVERBRUIK ...............................................................................7 BEREKENINGEN VERMOGENS .........................................................................................9 WERKING COLLECTIEVE INSTALLATIE ..............................................................10

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

ALGEMEEN ...................................................................................................................10 HET BUFFERVAT ...........................................................................................................10 ZONNECOLLECTOREN ...................................................................................................11 WARMTEPOMPEN .........................................................................................................12 WARMTELEVERING VOOR TAPWATER EN VLOERVERWARMING ....................................13

4

EVALUATIE ENERGIENEUTRALITEIT ..................................................................15

5

EVALUATIE INNOVATIEVE ASPECTEN................................................................17 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

ZONNECOLLECTOREN ...................................................................................................17 WARMTEPOMP TAPWATER ...........................................................................................22 WARMTEPOMP RUIMTEVERWARMING ..........................................................................27 THERMISCHE STRATIFICATIE BUFFERVAT .....................................................................29 OPLAADBOILER ............................................................................................................31 PV-PANELEN ................................................................................................................33 METINGEN SERRE .........................................................................................................34

LITERATUUR ..........................................................................................................................37 BIJLAGE 1B: HUISHOUDELIJK ENERGIEVERBRUIK......................................................38

Evaluatie woningen Havankpark


1


1 Samenvatting Inhoud In deze 2de tussenrapportage wordt de collectieve installatie nader beschreven. De beschrijving wijkt op onderdelen af van de beschrijving in de eerste tussenrapportage omdat de regeltechnische beschrijving is aangepast. De genoemde regeltechnische beschrijving geeft antwoord op de meeste vragen die in de 1ste tussenrapportage nog onduidelijk waren. Na de 1ste tussenrapportage zijn een aantal aanpassingen in de installatie en regeling uitgevoerd. Tevens zijn de flows gemeten en deels ingesteld. In het voorjaar is voorts een start gemaakt met de jaarmonitoring van de energiegebruiken. In hfst 2 wordt een beschrijving van de installatie en de berekeningsgronden hiervan weergegeven. Hfst. 3 geeft een nadere beschrijving van de werking en regeling van het systeem. In hfst. 4 wordt een eerste verkenning van de resulterende verbruiken gegeven. Hfst. 5 ten slotte geeft een uitgebreide weergave van de innovatieve systeemaspecten.Het functioneren van ieder installatieonderdeel wordt hier apart beschreven, waarna conclusies en regelacties worden weergegeven. Conclusies mbt de werking van de installatie De thermische zonne-installatie levert geen bijdrage aan de energieopbrengst van de installatie. De reden hiervan kan als volgt verklaard worden: De uittredetemperatuur staat begrensd op 70ºC. De temperatuur in het buffervat onderin bedraagt in de meetperiode bijna continu ca. 50°C. Het secundaire circuit pas aangestuurd bij een Delta T tussen collectoruittrede en aanvoer van 25°C. Het zonnesysteem komt dus niet op gang. De volgende regelacties kunnen het aantal nuttige bedrijfsuren van de installatie verhogen. Het verdient echter nog meer aanbeveling de regeling aan te passen conform suggestie (p.23). − Verhoog temperatuur collectoruittrede − Verlaag temperatuur in het buffervat Doordat de zonne-installatie niet goed werkt wordt de warmtepomp tapwater zeer frequent in bedrijf gesteld. Dit veroorzaakt een hoog energiegebruik. De hoge temperatuur onderin de buffer wordt veroorzaakt door een onjuiste dimensionering van de flows van het overdrachtcircuit naar de boiler: − hierdoor wordt veel te warm water onderin het vat wordt geïnjecteerd en wordt de vatgelaagdheid ernstig verstoord. − als gevolg hiervan komt het zonnecircuit nauwelijks op gang. De flow over P3 aanpassen aan de flow over P2, met in achtneming van de dimensionering van de TSA. Door hogere temperatuurinstelling van de collectoren: − kan de buffer bovenin een hogere temperatuur krijgen, − waardoor een hoger vermogen naar de boiler overgedragen kan worden. Bij grotere warmteoverdracht uit het buffervat zal het elektrisch element niet in bedrijf hoeven komen. Bij regeling van het elektrische element op de warmtapwateraanvoertemperatuur zal deze minimaal in bedrijf komen. Toepassing van een mengregeling op de



2

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee warmtapwateraanvoer zal het onder veilige condities mogelijk maken de temperatuur van de boiler te verhogen, zodat piekverbruiken geen aanleiding hoeven zijn voor inschakelen van het elektrische element. Conclusies m.b.t. de energieneutraliteit − De installatie zal met huidige voortzetting niet energieneutraal zijn. Het verbruik in de meetperiode is al ruim 8000 kWh. Het elektriciteitsverbruik overstijgt het vooraf berekende elektriciteitsverbruik dus ruimschoots (dit was 6000 kWh). Het hoge verbruik wordt veroorzaakt door het veelvuldig in bedrijf zijn van de warmtepomp tapwater en bijschakelen van het elektrische weerstandselement. Bij huidige voortzetting van verbruik zou het jaarverbruik van de warmtepomp echter naar de 15.000 kWh gaan. Hierboven op komt het elektriciteitsverbruik van het weerstandselement in de boiler. Omdat de zomerperiode een gunstiger verbruikspatroon heeft worden veel slechtere prestaties verwacht voor de komende winterperiode. − Er kan nauwelijks een bijdrage van de zonne-installatie worden geconstateerd. Directe meting is vereist. − De warmtapwaterafname verloopt vrij goed volgens de vooraf berekende verbruiken. Omdat warmtapwaterverbruik vrij gelijkmatig over het jaar verdeeld is zou dit verbruik richting 18.500 kWh gaan. Met iets hogere verliezen in de winter zal het berekende verbruik ongeveer gehaald worden. − De PV panelen wekken te weinig elektriciteit op. De verstreken meetperiode betreft 40% van het jaar waarbij slechts 25% van de berekende op te wekken hoeveelheid elektriciteit is opgewekt. NB omdat het de zomerperiode betreft zou al een meer dan evenredig deel opgewekt moeten zijn. Controleer of de gehele installatie op de meter is aangesloten en spreek de leverancier aan op de garantieopbrengst. Regelacties De huidig beschikbaar gestelde documenten kloppen niet met elkaar. Uit de regeltechnische beschrijving blijkt dat een aantal meetpunten en kleppen niet, of niet correct, op tekening staan dan wel zijn opgenomen in de monitoring. Dit dient alsnog te geschieden. Deze zijn in de tekst als cursief en met opmerking weergegeven. Er zullen een aantal extra metingen geplaatst dienen worden om definitieve uitspraken over de veroorzaking van opbrengsten te doen. Op basis van de metingen en beschrijving wordt geadviseerd de regelingen aan te passen. Voor delen van regelingen dient dit in overleg met de leverancier dan wel het waterleidingbedrijf te geschieden. In hfst. 5 worden meer acties aangegeven.



3


2 Inleiding 2.1

Controle en evaluatie

Tijdens de bouwfase van de woningen en de installatie zijn diverse uitvoeringsbegeleiding- en controlebezoeken verricht door W/E adviseurs. Eveneens zijn de woningen en collectieve installatie bij oplevering gecontroleerd. Op basis van deze bouwbezoeken zijn diverse verbeterpunten aangedragen, waarvan een aantal direct zijn uitgevoerd. Door personele wisselingen bij de verantwoordelijke installateur is W/E adviseurs niet direct kunnen beginnen met de monitoring van de installaties. Op afstand is steeds contact geweest met de installateur en de Vereniging van Eigenaren. De problemen in de installatie bleken zich op te stapelen, met als vervelende consequentie dat de collectieve installatie, met het naderen van de winter (2001), steeds meer elektriciteit bleek te verbruiken. W/E heeft in een aantal tussenbezoeken, op basis van meetgegevens en visuele controle, aanvullend verbeterpunten en wijzigingen in de installatie aangedragen. Deze zijn neergelegd in een tussenevaluatie [W/E 03]. Op basis van deze tussenevaluatie heeft de installateur een aantal verbeteringen doorgevoerd waardoor de installatie beter is gaan werken. Met de directe monitoring van de installatie is daarom pas per 1 april 2002 een aanvang gemaakt. De verbruiken van alle installatieonderdelen in de collectieve installatie zijn sedert 3 juni volledig opgenomen Omdat er sedert de oplevering van de installatie (juli 2001) en de start van de metingen diverse onbekende regelingrepen in de installatie zijn gedaan is in de tussenrapportage eveneens aanbevolen debietmetingen te verrichten. Dit ter controle van de potentieel over te dragen energie volgens ontwerp. Deze flowmetingen zijn in augustus 2002 verricht

2.2

Installatie-technische beschrijving

Het energiegebruik voor verwarming wordt reeds sterk beperkt door toepassing van extreme isolatie, de serre op de zuidzijde staat garant voor een optimaal gebruik van passieve zonneenergie. Gebalanceerde ventilatie vindt plaats met HR-warmteterugwinning, waardoor de verliezen voor ventilatie beperkt zijn. De resterende warmtevraag wordt ingevuld door een installatie gevoed door zonnecollectoren en warmtepompen. Het elektriciteitsverbruik van deze warmtepompen wordt geleverd PV-panelen op het dak. In onderstaand schema is het principe van de gehele collectieve installatie weergegeven.



4


acht energieneutrale woningen met PV-cellen

PV-cellen tbv installatie

warmtepomp verwarming en warmtepomp

zonnecollectoren opslag zonneenergie

geïsoleerde ringleidingen, gescheiden voor verwarming (ZLTS) en warmtapwater buffering warmtapwater / verwarming

Figuur 1: Schematische voorstelling van de installaties

Ruimteverwarming en tapwater De woningen zijn aangesloten op een collectief systeem en worden voorzien van warm water voor ruimteverwarming en warmtapwater vanuit een thermisch gelaagd opslagvat van 12 m3 in de centrale installatieruimte. Het buffervat wordt gevoed door ruim 40 m2 vacuümbuis zonnecollectoren (type Thermomax TMS 30) op het dak van deze ruimte. De Thermomax zonnecollectoren hebben een hogere benutbaarheid in periodes met minder zonnestraling. Bovendien leveren zij een hoger rendement bij diffuse zonnestraling. De collectoren zijn in drie parallelle strangen aangesloten. Twee strangen bestaan uit 4 seriegeschakelde collectoren, een strang uit drie seriegeschakelde collectoren. Ten behoeve van vorstbeveiliging is het collectorcircuit gevuld met een water-glycolmengsel. Aanvullend wordt het vat verwarmd door twee elektrische compressie warmtepompen (Type: Waterkotte), gescheiden voor ruimteverwarming en warmtapwater. De temperatuur voor het warmtapwater zal ongeveer 65ºC en de temperatuur voor verwarming maximaal 35ºC. De warmte hiervoor wordt onttrokken aan de bodem via verticale bodemwarmtewisselaars (AB van den Berg). Hfst.3 geeft een nadere beschrijving van opbouw en werking van de installatie. Woningen De woningen worden middels een voor warmtapwater en verwarming gescheiden circulatieleiding voorzien van warmwater. Deze leidingen zijn gescheiden vanwege het temperatuurverschil van tapwater en CV water. De leidingen zijn zeer goed geïsoleerd om distributieverliezen te minimaliseren. De verwachte verliezen voor warmtapwater (ca. 20%) zullen aanzienlijk hoger zijn dan de verliezen voor ruimteverwarming (ca.5%) omdat de laatste verwacht slechts ca. een maand of vijf gebruikt worden en de temperatuur voor warmtapwater veel hoger is.De circulatieleidingen sluiten in de meterkast aan op de woninginstallatie. Hier wordt de warmteafgifte individueel bemeterd door een warmtemeter voor ruimteverwarming en een hoeveelheidmeter voor warmtapwater.. Het warmteafgiftesysteem in de woningen bestaat in zijn geheel uit vloerverwarming (Type: WTH) aangebracht op isolatieplaten. De woonkamer, badkamer en slaapkamers worden op ruimtetemperatuur geregeld. Door de zeer goede isolatie hoeft nachtverlaging niet te worden aangehouden. Hierdoor kan de capaciteit van het verwarmingtoestel (de warmtepomp) kleiner zijn en is het energiegebruik lager omdat kortstondige opwarming een lager rendement van het toestel (COP) betekent. Hiermee wordt tegelijk tegemoet gekomen aan een nadeel van



5

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee vloerverwarming, NL de trage werking van opwarming. Ventilatie De in de woning benodigde basisventilatie wordt verzorgd door een gebalanceerd ventilatiesysteem met HR warmteterugwinning Type J.E.Stork Air WHR 90 met gelijkstroommotor) met een rendement van ongeveer 90% (±5%). Met het gebalanceerde ventilatiesysteem wordt lucht in woonkamer en slaapkamers ingeblazen en lucht uit keuken, toilet, badkamer en berging afgevoerd. Door het hoge rendement van de warmteterugwinning wordt toegevoerde verse buitenlucht (of serrelucht) van bijvoorbeeld – 7°C door afgevoerde warme binnenlucht van bijvoorbeeld 20°C verwarmd tot ongeveer 16°C. Om vorstproblemen in de HR-wtw te voorkomen daalt het toerental van de toevoerventilator bij vorst. Het gemiddelde rendement van de wtw zal hierdoor dalen. Om dit zoveel mogelijk te voorkomen wordt de toevoerlucht uit de serre betrokken. Door de hogere temperatuur in de serre ten opzichte van buiten zal de WTW gedurende langere tijd volledig kunnen werken. In een aantal woningen is het aanvoerkanaal vanuit de serre op wens van de bewoners, vanuit esthetisch overwegingen, komen te vervallen. Zeer belangrijk is dat naast het mechanische ventilatiesysteem ramen open gezet kunnen worden om de woning te kunnen spuien. Vooral de spuimogelijkheden van de serre en tussen de woning en de serre zijn van groot belang.

2.3

PV-panelen

PV panelen. De installatie van de woningen wordt voorzien van elektrische energie door photovoltaïsche zonnepanelen (PV-panelen) van BP SolarNed (type: BP-585L). Gekozen is voor multikristallijne cellen met een verhoogde opbrengst, vooral op bewolkte dagen. Deze leveren een opbrengst van 85 Wp per paneel. Op iedere woning liggen 26 panelen voor de woning zelf. Tevens zijn zowel op de woningen als op de technische ruimte, ten behoeve van de collectieve installatie, 79 panelen geïnstalleerd. Het totaal geïnstalleerde vermogen bedraagt 24,4 kWp. De cellen zijn precies op zuid en onder een hoek van 35° op het dak geplaatst. Per woning leveren de panelen jaarlijks ca. 2000 kWh. Dit betekent een dekking van ca. 2/3 van het gemiddelde energieverbruik van ruim 3000 kWh per huishouden. Bij het beoogde energiezuinig gebruik in de woningen dienen de panelen het totale huishoudelijke elektriciteitsverbruik te dekken. De zonnepanelen zetten zonlicht om in gelijkstroom. Door middel van een inverter (omvormer) in iedere woning wordt deze omgezet in wisselstroom van 230V. De ongelijktijdigheid in vraag en aanbod wordt opgevangen doordat het systeem met het openbare elektriciteitsnet is gekoppeld. De aan het net teruggeleverde elektriciteit wordt ingekocht door het energiebedrijf als groene stroom.

2.4

Overige aspecten

Waterbesparende voorzieningen De woningen zijn voorzien van gescheiden tapwatercircuits: de ene voorziet in drinkwater, de andere in grijswater. Het grijswater, afkomstig van regenwater, wordt in twee betonnen tanks,



6

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee aan de noordzijde van de woningen, verzameld en kan gebruikt worden voor toiletspoeling, de wasmachine en in de tuin. De grijswateraansluitingen zitten in het toilet (vaste aansluiting spoelreservoir), en de buitenkraanaansluiting aan de zuidkant van de woning. Hiernaast bestaan de waterbesparende voorzieningen uit de toepassing van doorstroombegrenzers, spaardouches en toiletten met een spoelreservoir van 4-liter (Gustavson). Oorspronkelijk was eveneens voorzien in hot-fill aansluitingen voor eventuele vaatwasser en wasmachine. Deze zijn echter niet aangebracht. Beperking tapwatervraag De vraag naar warmtapwater is eveneens beperkt door toepassing van doorstroombegrenzers en spaardouchekoppen. De leidinglengtes voor warmtapwater zijn zo kort mogelijk gehouden, waardoor leidingverliezen minimaal zullen zijn.

2.5

Berekeningen energieverbruik

De energievraag bestaat uit een vraag voor dekking van huishoudelijk electriciteitsverbruik en elektriciteitsverbruik voor de collectieve installatie waardoor voorzien wordt in de opwekking van warmte. Huishoudelijk elektriciteitsverbruik Het jaarlijkse huishoudelijke elektriciteitsverbruik wordt aangenomen op gemiddelde van 2.000 kWh per woning. In totaal bestaat de huishoudelijke energievraag hiermee uit 16.000 kWh. Dit is lager dan het elektriciteitsverbruik gemiddelde per huishouden in Nederland van ruim 3.000 kWh. Dit is alleen mogelijk door energiebewust gebruik en toepassing van energiezuinige elektrische apparatuur. In de woningen wordt, door het ontbreken van een gasaansluiting, elektrisch gekookt. In bijlage 1b is een specificatie van het verondersteld te realiseren huishoudelijk elektriciteitsverbruik gegeven. Collectieve installatie Met behulp van een simulatieprogramma zijn de energiebalansen bepaald voor de periodes zomer, winter en voor- en najaar [W/E 01]. Hieruit bleek dat de zonopbrengst gedurende de zomerperiode de gehele warmtevraag, inclusief warmteverlies buffer, geheel moet dekken.Voor het overige deel van het jaar zullen de warmtepompen het grootste deel van de warmtevraag dekken. Het elektriciteitsverbruik voor de collectieve installatie is als volgt opgebouwd: De warmtevraag voor warmtapwater in de centrale installatieruimte is de warmtevraag aan de meter van de woningen, inclusief leidingverliezen. Met de gekozen uitgangspunten is dit ruim 19.000 kWh per jaar voor de acht woningen. Voor verwarming is dit met 12.600 kWh per jaar en voor warmtapwater 15.100 kWh per jaar.

Hierbij is uitgegaan van een dekking door de zonneverwarmingsinstallatie van 15% voor verwarming en 55% voor warmtapwater. Voor de naverwarming door de warmtepompen is dan nog een energievraag van ongeveer 10.700 kWh per jaar nodig voor verwarming en 8.600 kWh per jaar voor warmtapwater. Deze verbruiken gelden voor de acht woningen.



7


Met de aangenomen COP’s van 250% (warmtapwater) en 440% (ruimteverwarming), inclusief pompenergie, wordt het ingeschatte elektriciteitsverbruik van de warmtepompen 2.500 kWh per jaar voor verwarming en 3.500 kWh per jaar voor warmtapwater. Het systeem wordt zo gemaakt dat een minimim aan pompenergie nodig is.

De leidingverliezen zijn in absolute zin zo veel mogelijk beperkt door leidingisolatie, maar zijn in relatieve zin door de lage warmtevraag vrij groot. De leidingverliezen zijn ingeschat door de warmteverliezen van geïsoleerde leidingen met de verwachte temperaturen te berekenen. De jaarlijkse verliezen voor de leidingen komen daarmee op ongeveer 4.000 kWh voor warmtapwater en 600 kWh voor verwarming. De verliezen voor warmtapwater zijn hoger vanwege een hogere watertemperatuur en doordat zij het gehele jaar optreden, terwijl de verwarmingsleiding maar een maand of vijf per jaar gebruikt wordt. Relatief bedragen de leidingverliezen ongeveer 20% voor warmtapwater en 5% voor verwarming, gerekend met de warmtevraag bij de centrale installatieruimte. Hiermee wordt de warmtevraag aan de meter van de woningen voor verwarming 12.000 kWh en voor warmtapwater 15.100.

Jaarlijkse energieopbrengst. De totale jaaropbrengst van de installatie wordt geleverd door de PV-panelen. De fabrikant heeft zich garant gesteld voor een opbrengst van tenminste 905 kWh/kWp per jaar bij een gemiddeld jaar. De bijdrage van de PV-panelen wordt hiermee aangenomen op een jaarlijkse elektriciteitsproductie van de PV-cellen 905 * 24,40 = 22.080 kWh De energiestromen zijn onderstaand in de tabel samengevat weergegeven. Met de beschreven aannames zullen de woningen dus energieneutraal zijn. Energiestromen acht woningen Warmte verwarming [kWh]

Warmte tapwater [kWh]

Warmtevraag woningen aan de meter

12.000

15.100

Warmtevraag woningen bij installatieruimte (incl. leidingverliezen)

12.600

19.100

Dekking zonneverwarming (15%-55%)

-1.900

-10.500

Naverwarmen door warmtepomp

10.700

8.600

Elektriciteitsvraag warmtepomp verwarming (COP 440% - 250%)

(2.430)

(3.440)

Huishoudelijk elektriciteitsverbruik

Vraag Productie elektriciteit elektriciteit [kWh] [kWh]

5.870 16.000

Productie PV-cellen Totaal elektriciteit


22.075 21.870


22.075

8


2.6

Berekeningen vermogens

Transmissieberekening Berekeningen zijn gemaakt volgens NEN 5066 “Warmteverliesberekening voor gebouwen” (KPD Hoogeveen dd. 23-02-1999). De vereiste ventilatieluchtdebieten zijn bepaald volgens NEN 2687. Bij de berekeningen is uitgegaan van een beperkt ventilatieverlies en ontbreken van opwarmtoeslag. Uit de transmissieberekeningen blijkt een warmtebehoefte voor de hoekwoning van 3,9 kW en voor de tussenwoning van 3,6 kW. In norm NEN 5066 “Warmteverliesberekening voor gebouwen” wordt geen rekening gehouden met LTV systemen. Sinds kort is de berekeningsmethode ISSO-51 beschikbaar. Deze berekeningsmethode sluit beter aan op de werkelijke vermogensbehoefte. Er kon voor dit project helaas nog geen rekening worden gehouden met ISSO-51, omdat er nog slechts een concept versie van gereed was. Op te stellen vermogen warmtepomp ruimteverwarming Het op te stellen vermogen is berekend door: 1. De totale warmtebehoefte van de woningen volgens transmissieberekening is 29,9 kW. Door toepassing van een buffervat in combinatie met een gelijktijdig gebruik van de woningen is een gelijktijdigheidfactor van 50% aangenomen. Samen met berekende leidingverliezen van 5% resulteert dit in een op te stellen vermogen van 15,7 kW. 2. De momentane vraag per woning is gesteld op 2,5 kW. Indien ook hier een gelijktijdigheid van 50% en leidingverliezen van 5% wordt aangenomen resulteert dit in een op te stellen vermogen van 10,5 kW. Voor de bepaling van de warmtepomp zijn beide resultaten gemiddeld. De warmtecapaciteit van de warmtepomp bij een aanvoertemperatuur van 40ºC dient hiermee een vermogen te leveren van 13,7 kWth. Op te stellen vermogen warmtepomp tapwater Het op te stellen vermogen voor de warmtepomp en buffervat is berekend door ThermoNoord BV naar ruime verbruiksnormen van 125 lt van 63ºC. Deze resulteren in een verwarmingsvermogen van 8 kW bij toepassing van een indirect gestookte boiler met een inhoud van 1200 lt. Omdat uitgegaan wordt van een lager warmtapwaterverbruik wordt dit vermogen gehandhaafd, maar een kleinere boilerinhoud van 1000lt. gekozen.



9


3 Werking collectieve installatie 3.1

Algemeen

De verwarmingsinstallatie bestaat uit een aantal te onderscheiden deelsystemen. Centraal staat het buffervat waar zonne-energie in wordt opgeslagen. Zonnecollectoren op het dak vangen de energie van de zon op, welke via het leidingcircuit naar het vat wordt getransporteerd. Aan dit vat zijn ook de twee warmtepompen gekoppeld die warmte leveren als er onvoldoende zonneenergie beschikbaar is. De ene warmtepomp levert warmte voor tapwater, de andere voor ruimteverwarming. In de top van het vat heersen temperaturen geschikt voor tapwater, in het midden van het vat temperaturen geschikt voor ruimteverwarming. Deze temperatuurzone is tevens verantwoordelijk voor de voorverwarming van het water boven in het vat. Aan de top van het vat wordt de boiler voor het tapwater aangesloten, in het midden de regelinrichting voor ruimteverwarming en de bijbehorende transportleidingen. De digitale regeling van de installatie is beschreven in "Regeltechnische omschrijving energiezuinige woningen Havankpark te Leeuwarden" d.d. 07-12-2001 en bestaat uit een aantal programmeerbare componenten die geregeld en uitgelezen worden in het Desigo Insight systeem. Uitlezing op afstand is mogelijk, de daartoe geautoriseerde gebruiker (Tadema Installaties) kan ook ingrijpen in de installatie. Om inzicht te verkrijgen in de werking en de regeling van de installatie in de praktijk, is het van belang de principiële werking van de installatie te doorgronden. Bij de beschrijving wordt gerefereerd aan . “Principeschema ECO-installatie” Revisie dd.12-11-01 (Zie bijlage 4).

3.2

Het buffervat

Het buffervat is het hart van de verwarmingsinstallatie, hier passeren alle energiestromen en alle installatiedelen zijn er mee verbonden. Principe werking Verwarmingsprocessen die gevoed worden met zonne-energie worden in de regel voorzien van een warmtebuffer. Vanwege het tegenfase-karakter van zonne-aanbod en behoefte is een opslag van warmte noodzakelijk. De aangeboden zonne-energie dient zoveel mogelijk als exergie opgeslagen te worden. De warmtebuffer die toegepast wordt is met een inhoud van 12 m3 relatief groot. Hierdoor is het mogelijk een periode van vijf dagen zonder zon te overbruggen. Bovendien is veel aandacht aan een zorgvuldige isolatie besteed. Het totale oppervlak van het zonnecollectorveld is 40 m2. De verhouding tussen de hoeveelheid energie die per dag door deze zonnecollectoren kan worden geproduceerd en de hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen in het buffervat verhoudt zich als 1 staat tot 5. Dat wil zeggen er zijn 5 zonnedagen nodig om het vat volledig met warmte te vullen. Het buffervat voedt zowel de tapwatervoorziening als de ruimteverwarming van de woningen. De gewenste aanvoertemperatuur niveaus zijn 60°C voor de warmtapwaterlevering en 35°C voor de ruimteverwarming. Er zijn in principe twee verschillende mogelijkheden om warmte op te slaan in het buffervat;



10

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee -

een opslag waarin het water volledig wordt gemengd een opslag waarin het water niet wordt gemengd, er treedt stratificatie op in het vat waarbij het warmste water boven in het vat wordt opgeslagen en water van een lagere temperatuur lager in het vat.

Bij gemengde opslag verliest het warmste water exergie waardoor het tot het gemiddelde exergie niveau daalt. Bij gelaagde opslag wordt het exergie niveau van het warmste water bewaard. Bij een gemengde opslag van warmte duurt het een aantal dagen voordat de temperatuur in het vat geschikt is voor levering van tapwater. Er zijn nl. 5 zonnige dagen nodig om bij gemengde opslag het vat op een temperatuur boven de 65°C te brengen. Er moet altijd aanvullende energie voor tapwater worden geleverd, bij gelaagde opslag hoeft de aanvullende voorziening nauwelijks ingeschakeld te worden. Bij gelaagde opslag wordt de dagproductie van warmwater van 65°C reeds boven in het vat opgeslagen. Met andere woorden: zodra de zon schijnt is er warmte voor de opwarming van warm tapwater beschikbaar.De warmte van de zon kan dus direct efficiënter worden gebruikt: Een ander belangrijk voordeel van gelaagde opslag is dat de aanvoer van de collectoren zou koud mogelijk gehouden moet worden, waardoor de jaarlijkse bedrijfstijd van de collectoren toeneemt. De te verhogen temperatuur door de warmtepompen dient bovendien vanaf een zo hoog mogelijk temperatuurniveau plaats te vinden om het rendement (COP) zo hoog mogelijk te handhaven. Voorwaarde om de gelaagde opslag in stand te houden is dat waterstromen in het buffervat alleen optreden wanneer dit nodig is en dat deze van de gewenste temperatuur zijn. Pompen mogen alleen ingeschakeld zijn als dit nodig is en alleen bij de vooraf bepaalde temperatuur. Anders gaat de gelaagde opslag verloren. (Zie voor details bijlage 1). NB ook bij het ontwerp van de inlaatdiffusoren is nauwkeurig aandacht besteed aan het voorkomen van ongewenste werveling in het vat, die de gelaagdheid zouden kunnen verstoren. Regeling In de regeling dient het primaat van verwarmen bij de zon te liggen. Deze warmt het (zwart) water in het grote buffervat op. Door de thermische gelaagdheid zal het water op de verschillende niveaus een andere temperatuur te hebben. Bovenin dient de temperatuur minimaal 65°C te bereiken, het juiste temperatuurniveau voor warm tapwater. Midden in het vat wordt warmte voor ruimteverwarming afgenomen. Dit dient van een lager temperatuurniveau te zijn. Onder in het vat tenslotte bevind zich het koudste water; dit water wordt aan het vat onttrokken om (opnieuw) verwarmd te worden. In het buffervat zijn op verschillende niveau’s temperatuuropnemers gemonteerd (van boven naar onder: 20TE8, 22TE1 t/m. 22TE4) Indien het vat onvoldoende verwarmd wordt door de zonnecollectoren, waardoor het vat te weinig warmte bevat voor verwarming en warmtapwater, zorgen twee elektrische warmtepompen, voor naverwarming.

3.3

Zonnecollectoren

De zonnewarmte wordt opgevangen door een oppervlak van ca 40 m² vacuümbuis zonnecollectoren. Er is voor dit type zonnecollector gekozen, in plaats van afgedekte collectoren, omdat zij een hoger omzettingsrendement realiseren bij lage buitentemperaturen en diffuse zonnestraling..



11

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee Het gebruikte type vacuümbuis is door de fabrikant voorzien van een zogenaamde warmtesperinrichting. Dit betekent dat de warmtestroom naar de gebruiker bij te hoge temperaturen in de vacuümbuis wordt beperkt waardoor schade door oververhitting wordt voorkomen. Het hydraulische circuit tussen de zonnecollectoren en de buffertank bestaat uit twee circuits, een primair circuit tussen de zonnecollectoren en een warmtewisselaar en een secundair circuit tussen deze warmtewisselaar en het buffervat. De zonnecollectoren leveren warmte aan een warmtewisselaar(TSA). De werking is als volgt:

De installatie komt volgens een klokprogramma in bedrijf door starten van de pomp P7 in het primaire circuit (tussen 6.00 en 20.00 uur). De primaire aanvoer-en retourtemperatuur van de zonnecollectoren wordt gemeten (uittrede 20TE5 en intrede 20TE6). Wanneer de uittredetemperatuur (opnemer 20TE5) 25ºC hoger is dan de bodemvattemperatuur (opnemer 22TE4) wordt de pomp P6 gestart en wordt de regeling van de regelklep 19FCV1 geactiveerd. De klep wordt 3% geopend om een flow te genereren in het secundaire circuit. Dit secundaire circuit bestaat uit een kringloop tussen de onderkant van het buffervat, via de warmtewisselaar (SWEP) naar de bovenkant van het buffervat. De setpoint temperatuur van deze regeling is gekozen op 70ºC: De regelklep wordt dus gestuurd op de gemeten temperatuur op 20TE5 (op tekening staat deze volgens ontwerp op 85ºC). Via ventiel U2 (op tekening boven regelklep 19FCV1) wordt, zolang de regelklep nog niet 100% is opengestuurd, water gerecirculeerd over de warmtewisselaar om hier nog een extra temperatuurverhoging aan te geven. Deze temperatuurverhoging is nodig omdat de aan de buffer toe te voeren temperatuur niet te laag mag zijn in verband met verstoring van de vatgelaagdheid. De aan het secundaire circuit geleverde temperatuur wordt voorts bepaald door de temperatuurval over de warmtewisselaar. Naarmate er meer warmte uit de collectoren geleverd wordt (hogere uittredetemperatuur)wordt de regelklep 19FCV1 dus verder geopend en kan de warmtelevering aan het buffervat vergroot worden. Wanneer de aanvoertemperatuur (opnemer 20TE7) hoger of gelijk is aan 65°C dan wordt de driewegklep 35FCV1 open gestuurd en zal het warme water in de bovenzijde van het buffervat worden geladen. Als de aanvoertemperatuur (opnemer 22TE5) (22TE5 deze staat wel op tekening maar is niet opgenomen in het meetsysteem) lager is dan 65°C wordt de driewegklep 35FCV1 dicht gestuurd en zal het warme water naar het midden van het buffervat geladen worden. NB de regelaar 35FCV1 wordt pas vrijgegeven als pomp P6 is gestart.

Het water in het primaire circuit wordt tegen bevriezing beschermd door een toevoeging van glycol. In dit circuit zijn extra overdrukbeveiligingen opgenomen om overdruk tijdens koken als gevolg van een uitgevallen pomp of regeling te voorkomen. Deze zijn op het dak geplaatst. De zonnecollectoren leveren het gehele jaar warmte. Van ca. half maart tot eind oktober kunnen zij potentieel volledig in de warmtebehoefte voorzien. Gedurende de zomerperiode, wanneer alleen warmte voor tapwatervraag vereist is, zijn de zonnecollectoren overgedimensioneerd: zij dienen de gehele warmtevraag ruimschoots te dekken.

3.4

Warmtepompen

Aanvullend wordt het buffervat tijdens de winter, en in het overgangsseizoen van zomer/winter, wanneer de zon niet voldoende kan leveren, verwarmd door twee



12

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee warmtepompen. Deze zijn gescheiden gedimensioneerd voor ruimteverwarming en warmtapwater. De hierdoor opgewekte warmte wordt afhankelijk van de temperatuur op verschillende niveau’s in de buffertank geladen. Dit om gelaagdheid van het water te verkrijgen. De warmtepompen worden gevoed met koud water uit een bron met 10 onttrekkingsbuizen en 10 injectiebuizen welke zijn samengebracht op verticale bodemwarmtewisselaars (vanaf een diepte van ca.65 m). De hoeveelheid onttrokken water wordt volledig geïnjecteerd. De buizen zijn door een zgn. Tichelmannschakeling met elkaar verbonden. De twee groepen worden op een verdelerverzamelaar samengebracht. De verbindingsleidingen met de warmtepompen zijn in staal uitgevoerd en dampdicht geïsoleerd. Warmtepomp tapwater Voor levering van warmte voor warmtapwater is een warmtepomp van ca 8 kWth geplaatst. (linksonder in het principeschema, code WP TW).De warmtepomp wordt ingeschakeld als de temperatuur van opnemer 20TE8 in het buffervat beneden de 60°C daalt en uitgeschakeld als de temperatuur van opnemer 20TE8 in het buffervat hoger is dan 65°C of als de aanvoertemperatuur van 22TE5 hoger is dan 65°C. De warmtepomp is voorzien van een interne temperatuurregeling. De mogelijkheid van een stooklijninstelling moet niet benut worden omdat een vaste temperatuuruittrede is vereist. De bronpomp (P11) wordt geschakeld door de eigen besturing van de warmtepomp. De primaire en secundaire aanvoer- en retourtemperatuur worden gemeten en geregistreerd (26TE1 t/m 26TE4) De COP (rendement) van de warmtepomp is onder de huidige procescondities 2,6 bij Ti bron is 5°C en Tu buffer is 65°C (gegevens leverancier). De warmtepomp is voorzien van een elektrisch (5kW) weerstandselement voor noodgevallen. Dit element is in de huidige opstelling geblokkeerd. Warmtepomp ruimteverwarming Voor levering van warmte voor ruimteverwarming is een warmtepomp van ca. 14 kWth geplaatst. (rechtsonder in het principeschema, code: WP CV). De warmtepomp wordt ingeschakeld als het gemiddelde van temperatuuropnemer 22TE2 en 22 TE3 2º lager is dan de aanvoertemperatuur van de vloerverwarming (gemeten aan 30TE5). (Deze staat niet op tekening. wordt 29FCV1 bedoeld?De opnemer staat ook niet in het meetsysteem) en uitgeschakeld als het gemiddelde van temperatuuropnemer 22TE2 en 22 TE3 2K hoger is dan de aanvoertemperatuur van de vloerverwarming . De bronpomp (P9) wordt geschakeld door de eigen besturing van de warmtepomp.De warmtepomp is voorzien van een stooklijninstelling. De COP van de warmtepomp is onder de huidige procescondities 5, bij TI-bron is 5C°Tu-buffer is 35°C (gegevens leverancier). De primaire en secundaire aanvoer- en retourtemperatuur worden gemeten en geregistreerd (30TE1 t/m 30TE4).

3.5

Warmtelevering voor tapwater en vloerverwarming

De woningen worden door gescheiden distributieleidingen voorzien van warmtapwater en warmte voor de vloerverwarming. Deze circulatieleidingen zijn gescheiden vanwege het temperatuurverschil van tapwater en water voor ruimteverwarming. De temperatuur voor warmtapwater dient 63°C te zijn met een retour van 60°C. De temperatuur voor



13

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee ruimteverwarming, weersafhankelijk geregeld, dient maximaal 45°C te zijn bij buitentemperatuur -20 ºC. Tapwater Voor levering van tapwater is een separate boiler opgesteld met 1000 liter inhoud. Onregelmatigheden (piekverbruiken) in het tapwatergebruik worden opgevangen middels de voorraad warm water in de boven in de boiler. Suppletie van het door tappen onttrokken water vindt plaats door toevoeging bovenin het vat via de pomp P2 en de warmtewisselaar en, bij piekverbruiken, door inlaat van koud water onderin de boiler. De opstelling buiten het buffervat is gekozen om de vorming van legionella te waarborgen. De koppeling tussen buffervat en de boiler is uitgevoerd volgens het "boiler oplaad” principe. Dit principe houdt in dat als de boiler op temperatuur is (instelbaar ca. 65ºC), de circulatiepompen P2 en P3 uitgeschakeld zijn. Als er tapwater uit de boiler wordt onttrokken en de temperatuur in de boiler daalt (gemeten door de bovenste temperatuuropnemer 26TE5) zullen de pompen P2 en P3 worden gestart. Via een warmtewisselaar wordt de warmte uit de top van het buffervat overgedragen op het koude leidingwater. Dit gebeurt constant met een zo laag mogelijk vermogen. Het voedingswater uit het buffervat wordt sterk uitgekoeld tot ca. 25°C en door P3 onderin het buffervat weer ingelaten. Het laden van de boiler wordt pas beëindigd als de temperatuur onder in de boiler (opnemer 28TE1) de ingestelde waarde heeft bereikt. Volgens de regeltechnische beschrijving is de magneetklep 36FCV1 tijdens het laden van de boiler is geopend en magneetklep 36FCV2 gesloten. Dit om een optimale circulatie over de boiler te krijgen. NB Deze kleppen staan niet op tekening, daarom kan geen controle gevoerd worden). Als noodvoorziening is een elektrisch weerstandselement van 8 kWe opgenomen in het boilervat. De tapwatercirculatiepomp P1 is continu in bedrijf. Wanneer de retourtemperatuur (28TE3 deze staat niet op tekening en is niet opgenomen in het meetsysteem) te laag is wordt een storingmelding gegeven. NB de pompen P2 en P3 mogen alleen in bedrijf zijn bij het laden van de boiler en dienen direct gestopt te worden bij het bereiken van de ingestelde temperatuur onderin de boiler. Het koude water aangevoerd via de laadschakeling dient over de warmtewisselaar een temperatuurverhoging van ca 50ºC te krijgen. Hierbij dient het water dat uit de buffer wordt aangevoerd een zodanige uitkoeling te krijgen dat het onderin de buffer toegevoerde water ca een zo laag mogelijke temperatuur heeft. Hierover zijn geen procescondities vastgelegd, ca 20 tot 25º volstaat. Als er onvoldoende uitkoeling van dit water is zal de gelaagdheid in het vat ernstig verstoord worden. Vloerverwarming De afname van warm water voor levering aan de vloerverwarming in de woningen is aangesloten op het midden van het vat. De vloerverwarming is voorzien van een mengschakeling. De aanvoertemperatuur (opnemer 30TE5 of 29FCV1?) wordt weersafhankelijk geregeld volgens een instelbare stooklijn. Afhankelijk van de afwijking tussen gemeten en berekende waarde wordt de driewegregeling 29FCV1 modulerend gestuurd om zo de door de weersafhankelijke regeling bepaalde temperatuur aan te leveren. In de aanvoerleiding is een maximaalthermostaat (37TA1) staat niet op tekening??) gemonteerd. Bij het aanspreken van de maximaalthermostaat sluit de regelafsluiter 29FCV1 en schakelt pomp P4 in (tevens wordt een storingssignaal afgegeven). Er is een `zwakke` drukgeregelde circulatiepomp geplaatst, en per woning is voorzien in een eigen drukgeregelde circulatiepomp.



14


4 Evaluatie energieneutraliteit De energieneutraliteit wordt geëvalueerd door vergelijking van de energieopbrengst van het systeem met het energiegebruik in de installatie. De woningen zijn energieneutraal wanneer het saldo hiervan op de langere termijn nul is. Omdat de woningen all-electric zijn betekend dit concreet dat de elektriciteitsmeters, als overgang van de woning naar het net, per saldo op nul uit dienen te komen. Ter evaluatie is het echter zinvol inzicht te verwerven in de bijdrage van de verschillende installatiecomponenten en het bewonersgedrag ter realisatie van de energieneutraliteit. Hiertoe zijn bemeten de: Energieopbrengsten van: 1. PV-panelen 2. Warmtepomp voor warm tapwater 3. Warmtepomp voor verwarming 4. Zonnecollectoren voor warm tapwater ruimteverwarming Energiegebruiken door: 5. Huishoudelijk elektriciteitsverbruik 6. Warmtegebruik voor warm tapwater 7. Warmtegebruik voor verwarming NB. Voor deze evaluatie wordt nog slechts gebruik gemaakt van de voorlopige resultaten van de metingen, exclusief de huishoudelijke verbruiken. Er is nog geen analyse gemaakt aan de hand van de buitentemperatuur en de zonnestraling. In onderstaande tabel staan de berekende verbruiken; Eerste verkenning van de verbruiken. Sinds 3 juni worden de verbruiken systematisch wekelijks bijgehouden. De verbruiken beslaan de periode vanaf 3 juni tot 28 oktober. De verbruiken van de individuele woningen zijn in deze tussenrapportage nog niet opgenomen omdat het hier om de collectieve installatie gaat. In de meetperiode zijn de volgende verbruiken en opbrengsten gemeten: Verbruiken − Tapwaterwarmtepomp: 5.776 kWh. − Elektrisch element Boiler: 176 kWh − Circulatiepompen etc: 2227 kWh Opbrengsten − Collectieve levering tapwater inclusief verliezen: 7119kWh − Berekend verlies buffer: 1031 kWh NB dit verlies kan groter zijn en gecompenseerd worden door een geringe zonopbrengst. Opwekking PV panelen: 1543 kWh Omdat deze meetgegevens betrekking hebben op een beperkte periode kunnen er nog geen definitieve conclusies aan verbonden worden. Hiertoe dienen de meetgegevens over een volledig jaar beschikbaar te zijn en dienen zij bovendien gerelateerd te worden de jaartemperatuurcondities en jaargemiddelde zonnestraling. Toch vier voorlopige conclusies: − De zomerperiode zou echter een periode zijn waarin de warmtepompen niet of



15


− −

−

nauwelijks in bedrijf zijn. Bij huidige voortzetting van verbruik zou het jaarverbruik van de warmtepomp echter naar de 15.000 kWh gaan. Waarbij nog afgezien is van het elektriciteitsverbruik van het weerstandselement in de boiler. Omdat de zomerperiode een gunstiger verbruikspatroon heeft worden veel slechtere prestaties verwacht voor de komende winterperiode. Er kan geen, dan wel een geringe, bijdrage van de zonne-installatie worden geconstateerd. Directe meting is vereist. De warmtapwaterafname verloopt vrij goed volgens de vooraf berekende verbruiken. Omdat warmtapwaterverbruik vrij gelijkmatig over het jaar verdeeld is zou dit verbruik richting 18.500 kWh gaan. Met iets hogere verliezen in de winter zal het berekende verbruik ongeveer gehaald worden. De PV panelen wekken te weinig elektriciteit op. De verstreken meetperiode betreft 40% van het jaar waarbij slechts 25% van de berekende op te wekken hoeveelheid elektriciteit is opgewekt. NB omdat het de zomerperiode betreft zou al een meer dan evenredig deel opgewekt moeten zijn. Controleer of de gehele installatie op de bemetering is aangesloten.



16


5 Evaluatie innovatieve aspecten De innovatieve aspecten van het concept behelzen de toepassing van zonnecollectoren en warmtepompen ten behoeve van de collectieve installatie. De te evalueren aspecten hiervan zijn de opbrengst, werking en het rendement van: 1. de Thermomax zonnecollectoren. 2. thermische gelaagdheid van het opslagvat, functioneren van het buffervat en de oplaadboiler. 3. de gescheiden warmtepompen voor ruimteverwarming en warm tapwater (COP) 4. de photo voltaïsche zonnecellen Hiernaast worden de volgende zaken beoordeeld: 5. De distributieverliezen van het collectieve verwarming- en warmtapwatersysteem 6. Effect van aanzuiging van serrelucht in plaats van buitenlucht voor warmteterugwinning op het rendement. Het gedrag en de werking van de installatieonderdelen zijn gedurende 1,5 jaar nauwkeurig gevolgd middels afstandmetingen. Van de veelheid van materiaal zijn enkele representieve weken onderstaand geselecteerd.

5.1

Zonnecollectoren

Bij uittrede van de strangen zijn de temperaturen gemeten op de meetpunten 20TE2 t/m 20TE4 door middel van temperatuursensoren in de leidingen. Het primaire circuit wordt, met pomp P7, vrijgegeven op vaste kloktijden. Hierdoor zijn langdurig lage temperaturen gemeten in de collectoren. Hoewel dit op zich geen probleem is, staat de pomp P7 in de winter langdurig aan terwijl er zelfs geen zonaanbod te verwachten is. Dit vergt nodeloos elektrische pompenergie. In de eerdere regeling was sprake van een astronomische klok. Onderstaande grafiek geeft het verloop in week 27. De temperatuur van 70 ºC wordt hier behaald op de zonnige dagen (2, 4, 5 en 6 juli). De drie strangen leveren allen een gelijke temperatuur. NB voor alle metingen van de collectoren geldt dat de nachttemperaturen (systeem staat stil) uit de grafiek zijn verwijderd.

Collectorstrangtemperaturen week 27 80

70

60

50

40

30

20

10

0 1-07-02 0:00

2-07-02 0:00

3-07-02 0:00

strang 1


4-07-02 0:00

strang 2

strang 3

5-07-02 0:00

6-07-02 0:00

7-07-02 0:00

buffer 1


17


Opvallend is dat de temperatuur in het buffervat (buffer 1, gemeten op punt 20TE8) geen relatie vertoont met de temperatuurverhoging van de collectorstrangen. In onderstaande grafiek is voor week 40 de opname gemaakt. In deze grafiek is de gemeten zonnestraling door de pyranometer (op rechter Y-as: waarden in W/m2) toegevoegd. Het resultaat is gelijk aan het vorige. Er is wederom geen relatie tussen de toename van de temperatuur van het warme water in het buffervat en de temperatuur in de collectoren. De temperatuurverhoging in de collectoren wordt dus niet als energie op het buffervat overgedragen.

80

800

70

700

60

600

50

500

40

400

30

300

20

200

10

100

0 30-9-2002 8:50

W/m2

Graden C

Strangtemperaturen en zonnestraling week 40

0 1-10-2002 9:50

2-10-2002 9:50

strang 1

3-10-2002 9:50

strang 2

4-10-2002 9:50

strang 3

buffer 1

5-10-2002 9:50

6-10-2002 10:20

pyranometer

Duidelijk is wel de relatie zichtbaar tussen de temperatuur in de collectoren en hoeveelheid zonnestraling: naarmate de zonnestraling toeneemt, nemen de temperaturen in de collectoren eveneens toe. Op 3 oktober was er minder zonnestraling (maximaal 300W/m2): daar zijn de temperaturen in de collectorvelden ook lager dan op 30 september en 1 en 2 oktober. Op 2 oktober loopt de temperatuur in de collectoren op naar 70º bij een zonnestraling van ca 450 W/m2. De hoogste zonnestraling wordt bereikt op 1 en 2 oktober. De temperatuur in de collectoren wordt hier niet hoger dan 70º bij een gemeten zonnestraling van 700W/m2. Deze temperaturen zouden veel hoger mogen zijn, nl 85ºC, volgens ontwerp. In onderstaande grafiek zijn de temperaturen van het primaire en secundaire circuit (resp.20TE5: prim uittrede en 20TE6: prim. intrede, 20TE7: sec. uittrede en 22TE4 sec. intrede) weergegeven. NB de als sec in weergegeven temperatuur is de temperatuur van secundaire intrede vanuit het buffervat als zijnde de ideale intredetemperatuur. De relatie met de strangtemperaturen is duidelijk. Daar waar de strangtemperaturen hoog zijn worden deze doorgegeven naar de uittrede van het primaire circuit.



18


Zonnecollectoren primair en secundair week 27 80

70

60

50

40

30

20

10

0 1-07-02 12:00

2-07-02 12:00

3-07-02 12:00

prim uitrede

4-07-02 12:00

prim in

sec uit

5-07-02 12:00

sec in

6-07-02 12:00

buffer 1

Echter: de temperaturen van het primaire circuit zijn zowel voor de in- als de uittrede gelijk: Er wordt blijkbaar geen warmte overgedragen in de warmtewisselaar naar het secundaire circuit. De temperatuur secundair uit is in het hoge temperatuurgebied gelijk aan de uittrede temperatuur en in het lagere temperatuurgebied iets hoger. Het eerste duidt erop dat er geen flow is in het secundaire circuit. de temperatuur bovendien een aantal graden lager zijn dan de primaire uittredetemperatuur. Er zou immers een bepaalde Delta T over de warmtewisselaar moeten ontstaan, afhankelijk van de gekozen warmtewisselaar ca. 5ºC.. De temperatuur wordt blijkbaar veroorzaakt door straling/geleiding vanuit de warmtewisselaar. Daarom kan deze in het lagere temperatuurgebied hoger zijn. De primaire uittrede temperatuur wordt bij temperatuurverlaging naijlend doorgegeven. De temperatuur van de secundaire intrede (vanuit het buffervat onderin) is in deze week hoog. Er is geen enkele relatie waarneembaar tussen de temperatuur in het buffervat op de hoogte waar dit verwacht mag worden. Ook onderstaande opname in week 40 geeft hetzelfde beeld. De temperaturen van het primaire en secundaire circuit lopen gelijk op en vertonen geen relatie met de temperatuurtoename in de buffer.

Collectoren primair en secundair week 40 80

70

60

Graden C

50

40

30

20

10

0 30-9-2002 9:20

1-10-2002 9:20

2-10-2002 9:20

prim uitrede


3-10-2002 9:20

prim in

4-10-2002 9:20

sec uit

sec in

5-10-2002 9:20

5-10-2002 19:50

6-10-2002 18:50

buffer 1


19


Geconstateerd kan daarom worden dat er weliswaar warmte in de collectoren wordt opgewekt, maar dat deze niet als energie wordt overgedragen wordt op het buffervat. Het secundaire circuit staat stil. De oorzaak hiervan ligt in de regeling van het secundaire circuit. Dit wordt pas vrijgegeven bij een Delta T van 25ºC tussen de primaire uittrede (20TE5) en de aanvoer vanuit het buffervat (22TE4). De temperatuur onderin het buffervat is met ruim 55º te warm: de Delta T met de begrensde uittrede van 70ºC wordt niet gehaald en daarom komt het secundaire circuit niet op gang. De regelklep 19FCV1 wordt niet geactiveerd. De temperatuuropnemer 22TE5, die de temperatuur van de uittrede na de regelklep geeft is niet opgenomen in de meting, deze zal meer informatie over het regelgedrag geven.

80

800

70

700

60

600

50

500

40

400

30

300

20

200

10

100

0 30-9-2002 9:20

W/m2

Graden C

Collectoren en zonnestraling week 40

0 1-10-2002 9:20

2-10-2002 9:20

prim uitrede

3-10-2002 9:20

sec uit

4-10-2002 9:20

buiten

5-10-2002 9:20

6-10-2002 9:20

pyranometer

Bovenstaande meting uit week 40 geeft nogmaals de relatie aan tussen de zonnestraling en de temperatuurverhoging in het primaire en secundaire circuit. De collectoren komen bij een voldoende zonaanbod goed op gang, maar de temperatuur wordt begrensd door de regeling. Bewijs hiertoe is dat de temperatuur op 2 oktober, met een veel lagere zonopbrengst als op 30 september en 1 oktober, een gelijke temperatuur realiseert. Het potentieel maximaal te leveren momentaan vermogen (bij 1000W/m2 zonnestraling) van de collectoren is ca. 100 kW. Dit zou ruim voldoende moeten zijn om in de volledige warmtevraag te voorzien. Omdat de regeling van het primaire circuit ingesteld staat op een vaste tijd, zal de pomp in de winter vele uren draaien zonder dat er zonnewarmte (potentieel) beschikbaar is. Dit kost extra pompenergie. Conclusies naar aanleiding van deze metingen: Doordat de temperatuur onderin het buffervat te hoog is, komt het secundaire circuit nauwelijks op gang. Daarom kan nauwelijks energie overgedragen worden op het buffervat. Omdat de setpoint voor de uittrede op 70ºC staat ingesteld, wordt de Delta T met het buffervat niet gehaald. De vereiste Delta T tussen collectoruittrede en aanvoer vanuit het buffervat wordt niet gehaald. Bij verhoging van de uittredetemperatuur en verlaging van de buffertemperatuur kan de



20


warmteopwekking van de collectoren vertaald worden in daadwerkelijke energieopbrengst. De pomp P7 zal in de winter veel elektrische energie vergen zonder dat daar energieopbrengst van te verwachten is. Onduidelijk is hoe de temperatuur van de collectoruittrede toch begrensd wordt bij niet in bedrijf komen van pomp P6 vanwege bovenstaande regeling. Omdat deze begrenzing waargenomen is wordt vermoed dat er in de regeling aanvullend nog een ander regelmechanisme is opgenomen.

Regelacties: Door een aantal wijzigingen bij handhaving van de huidige de regeling zal de systeemopbrengst aanzienlijk vergroot worden. Met de huidige kennis van de regeling wordt echter een suggestie voor aanpassing van de stuursignalen zelf gegeven. Beide dienen besproken te worden met de leverancier van de software en de collectoren.

Verklein de Delta T instelling voor start van het primaire circuit. Verlaag de temperatuur in het buffervat, zodat de Delta T voor start van het systeem eerder bereikt wordt (zie oplaadboiler) Laat de collectoren opwekken wat mogelijk is: verhoog de setpoint van de uittredetemperatuur van de collectoren, in overleg met de leverancier van de collectoren Voor een correcte meting van de geleverde energie door de zonnecollectoren moet de flow door de aanvoer en retour naar de buffer gemeten en geregistreerd worden (door U2 of U7). Neem de temperatuuropnemer 22TE5 op in het meetprogramma, ter bewaking van de temperatuur (energie) die naar het buffervat wordt overgedragen. Het verdient de voorkeur deze te meten en registreren door een warmtemeter tussen de aanvoer vanuit de buffer onderin en de aanvoer naar de buffer bovenin Pas de klok regeling voor start van het secundaire circuit aan volgens een regeling op zonsopgang en zonsondergang.

Suggestie voor verbetering Laat de collectoren opwekken wat mogelijk is, met een begrenzing van de maximale temperatuur door sturing van het secundaire circuit (zoals nu gebeurt) Start het secundaire circuit met de pomp P6 (zoals nu ook gebeurt) op een minimale temperatuur van de collectoruittrede op 50ºC met gelijktijdige vrijgave van driewegklep 19FCV1. Regel driewegklep 19FCV1 op een Delta T over de warmtewisselaar van 5ºC (gemeten op 20TE7) Hiermee wordt een secundaire uittrede temperatuur van 45ºC gerealiseerd. Deze is vereist voor toevoer aan het buffervat op het lagere niveau. Handhaaf voorts de regeling zoals bestaand door 35FCV1: Bij deze regeling is het eveneens vereist dat de toevoer uit de buffer een lage temperatuur heeft, voor maximale warmteoverdracht vanuit de collectoren. Eveneens dient de warmteoverdracht naar de buffer bemeten en geregistreerd te worden. Bovenin zijn temperaturen van ca 85 ºC haalbaar en wenselijk. Bij langdurige beschikbaarheid van zon zal de temperatuur in het vat ook op lagere niveau’s sterk verhogen. In de ontwerpberekening is uitgerekend dat het hele vat vol komt bij langdurig maximaal zonaanbod. De collectoren zullen dan geen opbrengst meer hebben omdat de aanvoertemperatuur te hoog is. De verlaagde efficiency van de zonne-installatie is hiermee geaccepteerd. Omdat deze



21

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee situatie zich vooral theoretisch voordoet, is ervoor gekozen vooralsnog niet te anticiperen op deze situatie. De oplossingen zijn dan: 1. warmte dumpen (weg laten lopen) op riool 2. warmte toevoeren naar de bodem ter regeneratie. Hoewel de laatste oplossing energetisch de beste is, is hiervan afgezien vanwege de complexiteit (kosten) van de regeling.

5.2

Warmtepomp tapwater

Tapwaterwarmtepomp De warmtepomp tapwater (WP TW) is zeer frequent in bedrijf, zichtbaar aan de pieken in onderstaande grafiek. De door de warmtepomp geleverde warmte is weergegeven door de lijn ‘tap naar buffer’(26TE1). Er wordt een temperatuur geleverd van ca 64ºC. De retourstroom naar de warmtepomp wordt weergegeven door de lijn ‘tap van buffer’(26TE2). Bij een minimumtemperatuur van ca 56,5 ºC in de buffer wordt de Tapwaterwarmtepomp ingeschakeld. Deze verhoogt de temperatuur naar ca. 64ºC, waarna de warmtepomp afschakelt. De warmtepomp veroorzaakt een Delta T van 7,5 ºC.

Warmtepomp tapwater week 27 80

70

60

50

40

30

20

10

0 1-7-2002 0:20

2-7-2002 0:20

3-7-2002 0:20

van bron

4-7-2002 0:20

5-7-2002 0:20

naar bron

naar buffer

6-7-2002 0:20

7-7-2002 0:20

8-7-2002

van buffer

Het in bedrijf zijn van de warmtepomp is eveneens waarneembaar aan de dalen van de temperaturen in het broncircuit. Daar waar de temperatuur buiten bedrijf van de warmtepomp de omgevingstemperatuur (inclusief straling in de leiding vanuit het buffervat) weergeeft, daalt deze wanneer de bronpomp gestuurd wordt. Dit is waarneembaar door de temperaturen van de bron: de lijn ‘tap van bron’ (26TE3) geeft de temperatuur uit de bodemwarmtewisselaar aan. De bron levert een gemiddelde temperatuur van 9,5ºC. De temperatuur tap naar bron (26TE4) geeft de geïnjecteerde retourstroom weer, met een temperatuur van 7,2 ºC. Over de bron wordt slechts een zeer klein temperatuurverschil van 2,2 ºC gemeten. Dit is correct. De over de bron veroorzaakte Delta T is geringer dan de temperatuurverhoging door de warmtepomp.



22


Warmtepomp tapwater week 40 80

70

60

Graden C

50

40

30

20

10

0 30-9-2002 6:20

1-10-2002 6:20

2-10-2002 6:20

van bron

3-10-2002 6:20

4-10-2002 6:20

5-10-2002 6:20

naar bron

naar buffer

van buffer

6-10-2002 6:20

7-10-2002

De gemiddelde temperatuur van de warmtapwaterlevering door de warmtepomp is hier 63,5.ºC en de retourstroom naar de warmtepomp is 58,3 ºC De gemiddelde door de bron geleverde temperatuur is 9,4 ºC en de geïnjecteerde temperatuur is 6,2 ºC. Door de gemiddelde grotere Delta T tussen bron- en geleverde temperatuur neemt het rendement van de warmtepomp af. De prestatie van de warmtepomp is dus verslechterd. Tijdens geadviseerde debietmetingen in augustus is de flow secundair van deze warmtepomp opnieuw ingeregeld. Deze is nu gemeten op 700 lt/uur over P10. De ontwerpflow is 1500 lt/uur. De flow over het primaire circuit (P11) is 1500 lt/uur. De flow over beide circuits dient gelijk te zijn. De tapwaterwarmtepomp komt zeer frequent en langdurig in bedrijf. Gezien de vrij hoge buitentemperatuur en zonnestraling is dit hier niet te rechtvaardigen. De warmtedekking zou in deze periode grotendeels nog plaats moeten vinden door de zonnecollectoren. Interessant daarom is de relatie tussen het in bedrijf zijn van de tapwaterwarmtepomp en de temperatuurverhoging in het collectorvat, weergegeven in onderstaande grafiek. NB nu zijn ook de temperatuurwaarden van de nacht weergegeven voor het zonnecircuit.



23


Relatie WP tapwater, zon en buffer week 27 80

70

60

50

40

30

20

10 1-07-02 0:00

2-07-02 0:00

3-07-02 0:00

sec uit

4-07-02 0:00

tap naar buffer

5-07-02 0:00

buffer 1

6-07-02 0:00

7-07-02 0:00

buffer 2

Duidelijk waarneembaar is de relatie tussen de warmtepomp ‘tap naar buffer’ 26TE1 en de temperatuurverhoging op het eerste en tweede niveau in de buffer (opnemers 20TE8 en 22TE1) De lijn vertoont een duidelijke relatie: De temperatuurverhoging in het vat wordt geheel veroorzaakt door de tapwaterwarmtepomp. Ter verduidelijking ook de lijn van de uittrede van de zonnecollectoren (20TE7): Hier is geen enkele relatie waarneembaar. De in het vat overgedragen energie komt dus volledig voor rekening van de tapwaterwarmtepomp. Hoewel de relatie met de warmtepomp correct is, is deze niet gewenst. De temperatuurverhoging zou veroorzaakt moeten worden door de opbrengst van de zonnecollectoren. In onderstaande figuur is de relatie tussen de temperaturen van de warmtepomp en het buffervat in week 40 weergegeven. Ook hier weer een duidelijke relatie. Bij verhogen van de temperatuur van de warmtepomp neemt de temperatuur bij buffer 1 toe. Hier wordt de warmte ingelaten. De iets lager gelegen opnemer buffer 2 ijlt ook hier na. Bij warmteafname uit het vat ijlt de temperatuur bij buffer 1 na op buffer 2. Dit is correct. De temperatuur in het buffervat is echter iets hoger dan die van de warmtepomp. Mogelijk wordt dit verklaard doordat de zon toch iets bijdraagt aan de buffer, maar een afwijking van de opnemers kan eveneens debet hieraan zijn. Dit onderstreept nog eens het belang van opname van een energiemeting in de toevoer van zonnewarmte.



24


Relatie WP tap en buffer week 40 70

60

Graden C

50

40

30

20

10

0 30-9-2002 6:20

1-10-2002 6:20

2-10-2002 6:20

3-10-2002 6:20 van buffer

4-10-2002 6:20 buffer 1

5-10-2002 6:20

6-10-2002 6:20

7-10-2002

buffer 2

In onderstaande figuur is de relatie van de temperaturen van het primaire zonnecircuit uittrede (opnemer 20TE5), de zonnestraling en de temperaturen bovenin het buffervat weergegeven. Daar waar de temperatuur van de uittrede door de nul gaat, is deze buiten werking. Dit is ook te zien aan de gemeten intensiteit door de pyranometer.

80

800

70

700

60

600

50

500

40

400

30

300

20

200

10

100

0 30-9-2002 6:20

1-10-2002 6:20

2-10-2002 6:20

3-10-2002 6:20

prim uitrede

buffer 1

4-10-2002 6:20 buffer 2

5-10-2002 6:20

6-10-2002 6:20

W/m2

Graden C

Relatie zon en buffer week 40

0 7-10-2002 6:20

pyranometer

Er is geen relatie waarneembaar tussen de zon en de buffer. Op verschillende dagen verlaagt de temperatuur in de buffer zelfs duidelijk bij een ruim zonaanbod. Nog eens de relatie tussen de zon, de warmtepomp tapwater en het buffervat.



25


80

800

70

700

60

600

50

500

40

400

30

300

20

200

10

100

0 30-9-2002 6:20

1-10-2002 6:20

2-10-2002 6:20 prim uitrede

3-10-2002 6:20 van buffer

4-10-2002 6:20 buffer 1

5-10-2002 6:20

buffer 2

6-10-2002 6:20

W/m2

Graden C

Relatie WP tap, zon en buffer week 40

0 7-10-2002 6:20

pyranometer

Overdag, als het primaire circuit warm is, is de warmtepomp tapwater uit. Echter, ook bij minder zon op 4 en 6 oktober vertoont de warmtepomp hetzelfde regelgedrag. Daarom hier nog een detail van deze grafiek.

Relatie WP tap, zon en buffer detail week 40 700

80

70

600

60 500

400 W/m2

Graden C

50

40 300 30 200 20 100

10

0 4-10-2002 0:20

0 5-10-2002 0:20 prim uitrede

6-10-2002 0:20 van buffer

buffer 1

buffer 2

7-10-2002 0:20 pyranometer

Gesteld kan worden dat de relatie tussen de opwekking door de warmtepomp en temperatuurverhoging in het buffervat duidelijk is. Dit geldt niet voor de relatie tussen de primaire uittrede en de zonneopbrengst enerzijds en de temperatuurverhoging in de buffer anderzijds. Conclusie: De warmtepomp tapwater functioneert goed, maar is veel te frequent in bedrijf. De zonnecollectoren dragen nauwelijks bij aan de opbrengst in het vat De prestatie van de warmtepomp is gedaald na de inregelactie in augustus. Regelacties: De flow van de warmtepomp opnieuw inregelen volgens ontwerp (of nieuwe



26

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee berekening in overleg met de leverancier van de warmtepomp en bronnen De regeling zodanig aanpassen (zie 5.1) dat de warmtepomp tapwater niet in bedrijf hoeft te komen bij ruim zonaanbod

5.3

Warmtepomp ruimteverwarming

Gecontroleerd wordt hier de werking en bedrijfsuren van de warmtepomp. De warmtepomp ruimteverwarming is in deze weken niet in bedrijf geweest. Er is ook geen afname voor ruimteverwarming, gemeten aan de GJ meter voor warmtelevering (is gezien de temperaturen ook niet te verwachten).

Warmtepomp ruimteverwarming week 27 60

50

40

30

20

10

0 1-7-2002 0:20

2-7-2002 0:20

3-7-2002 0:20

van bron

4-7-2002 0:20

naar bron

5-7-2002 0:20

naar buffer

6-7-2002 0:20

7-7-2002 0:20

8-7-2002 0

van buffer

De warmtepomp draait niet bij deze buitentemperaturen. De gemeten waarden van de opnemers zijn af te leiden van de temperatuur van de aansluiting naar de buffer. Week 40 vertoont hetzelfde patroon.

Warmtepomp ruimteverwarming week 40 60

50

Graden C

40

30

20

10

0 30-9-2002 6:20

1-10-2002 6:20

2-10-2002 6:20

van bron


3-10-2002 6:20

4-10-2002 6:20

5-10-2002 6:20

naar bron

naar buffer

van buffer


6-10-2002 6:20

7-10-2002

27


Ook in deze week is er geen afname voor ruimteverwarming. De relatie die zichtbaar zou kunnen zijn is die van een dalende buitentemperatuur met een stijging van de warmtepomptemperatuur (‘naar buffer’). Gezien het hoge niveau van de buitentemperatuur is dit niet te verwachten.

Relatie WP RV versus buffer- en buitentemperatuur week 40 70

60

Graden C

50

40

30

20

10

0 30-9-2002 6:20

1-10-2002 6:20

2-10-2002 6:20

buiten

3-10-2002 6:20

naar buffer

4-10-2002 6:20

van buffer

buffer 3

5-10-2002 6:20

buffer 4

6-10-2002 6:20

7-10-2002

buffer 5

De temperatuur van het water naar de warmtepomp (30TE2)’van buffer’is een mix van de temperatuur in het buffervat ter hoogte van opnemers (22TE3)‘buffer 4’ en (22TE4) ‘buffer 5’ Dit is correct. De temperatuuropname ‘van buffer’is weliswaar lager, maar dit wordt veroorzaakt door uitkoeling in de leiding van de buffer naar de warmtepomp. De warmtepomp draait immers niet. De opnemer 30TE1, ‘naar buffer’vertoont hetzelfde patroon als 22TE2, buffer 3. Dit is eveneens correct. De temperatuur is eveneens lager omdat er uitkoeling in de leiding ontstaat.

Relatie WP RV versus buffer- en buitentemperatuur detail week 40 70

60

Graden C

50

40

30

20

10

0 1-10-2002 0:20

2-10-2002 0:20

buiten

naar buffer

van buffer

buffer 3

buffer 4

buffer 5

Conclusie: De warmtepomp heeft is in deze periode niet in bedrijf geweest. Er is geen warmteafname voor ruimteverwarming geweest sinds april.



28


Regelacties: Geen (naar aanleiding van huidige metingen)

5.4

Thermische stratificatie buffervat

De temperaturen in het buffervat zijn op vijf verschillende niveau’s gemeten. Buffer 1 geeft de temperatuur weer bij opname punt 20TE8, bovenin het buffervat, de volgende temperaturen zijn voorts afgeleid van 22TE1 t/m 22TE4, op steeds een lager niveau. In onderstaande grafiek zijn de temperaturen, en hiermee de stratificatie, van het buffervat weergegeven.

Stratificatie buffervat week 27 70

65

60

55

50

45 1-07-02 0:00

2-07-02 0:00

3-07-02 0:00

buffer 1

buffer 2

4-07-02 0:00

buffer 3

5-07-02 0:00

buffer 4

6-07-02 0:00

7-07-02 0:00

buffer 5

Er is een mate van stratificatie waarneembaar. Bovenin het vat is de temperatuur hoger als onderin. Bij temperatuurverhoging bovenin de buffer ijlt de temperatuur op het tweede meetpunt (buffer 2) duidelijk na. Het verloop is in principe correct. (Voor oorzaak: zie warmtepomp) Bij afname, hier afname voor tapwater, ijlt de temperatuur bovenin na op het tweede niveau. Dit is eveneens correct daar de afname in deze week uitsluitend veroorzaakt wordt door warmtapwaterafname. De temperatuur in het laagste punt is eveneens het laagst. Week 40 toont hetzelfde verloop.



29


Stratificatie buffervat week 40 70

65

Graden C

60

55

50

45 30-9-2002 6:20

1-10-2002 6:20

2-10-2002 6:20

buffer 1

3-10-2002 6:20

buffer 2

4-10-2002 6:20

buffer 3

5-10-2002 6:20

buffer 4

6-10-2002 6:20

7-10-2002

buffer 5

Gebleken is ook dat de temperatuurverhoging in het buffervat veroorzaakt wordt door de warmtepomp tapwater. Door geleiding is ook het onderste deel opgewarmd. Hoewel er nog wel sprake is van stratificatie in de buffer is deze wel ernstig verstoord. De temperatuur bovenin varieert tussen de 60 en 65ºC. Gebleken is al dat dit grotendeels veroorzaakt wordt door de warmtapwaterwarmtepomp. Wat dat betreft is het temperatuurniveau correct. De temperatuur mag veel hoger verwacht worden. Bij de ingestelde temperatuur van het zonnecircuit kan de temperatuur stijgen naar 70 ºC. Deze temperatuur mag verwacht worden op het eind van de zomer. Het vat mag echter veel warmer worden, zodat ruim voldoende warmte wordt opgeslagen om aan de warmtevraag (hier: warmtapwatervraag) te voldoen. Hierdoor is het niet meer noodzakelijk dat de warmtepomp in bedrijf komt, wat de efficiency van de installatie verhoogd (zie regelacties 5.1). De temperatuur in het midden en onderin (buffer 3, 4 en 5) is hoog. Gezien de tijd van het jaar, en na enige vrij zonnige weken, is te verwachten dat het vat redelijk vol warmte zit. Het nadeel hiervan is echter dat, gezien de regeling van de zonnecollectoren (5.1) de zonne-installatie hierdoor niet in bedrijf kan komen. Het is dus van belang dat de temperatuur onderin het vat lager is. Dit kan gerealiseerd worden door toevoeren van een koude retourstroom uit: de vloerverwarming die voor uitkoeling zorgt (in deze periode niet van belang) de retourstroom van het boilercircuit (zie 5.5) dumpen van teveel warmte van de collectoren niet in bedrijf zijn van de warmtepompen Bij de huidige temperatuur onderin het buffervat zou, bij andere sturingstemperaturen, nog steeds een bijdrage geleverd kunnen worden door de zon, zonder in bedrijf komen van de warmtepompen. Conclusie: De temperatuur bovenin het buffervat is krap voldoende om aan de vraag te voldoen. Deze temperatuur wordt veroorzaakt door de warmtapwaterwarmtepomp. De temperatuur bovenin kan verhoogd worden door juiste werking en temperatuurverhoging in het zonnecircuit. Hierdoor kan meer exergie worden opgeslagen. Tevens wordt de warmtepomp tapwater dan niet meer in bedrijf gesteld.



30


De temperatuur onderin het vat is te hoog. Hierdoor komt het zonnecircuit niet in bedrijf. De stratificatie van het buffervat is verstoord.

Regelacties Verbeter de regeling van het zonnecircuit volgens aanwijzingen in 5.1 Verlaag de temperatuur onderin het buffervat (zie 5.5)

5.5

Oplaadboiler

De temperaturen in de oplaadboiler liggen overwegend boven de 60ºC, met een iets hogere temperatuur bovenin de oplaadboiler, waaruit de warmtapwaterafname plaatsvindt. Er zijn enkele dalen in de afname (mn 5 juli ’s avonds) wanneer de temperatuur zakt naar 56ºC. Bij een gering leidingverlies kan hiermee nog steeds de aan het tappunt vereiste 55ºC gehaald worden. Gezien de korte periode waarin de temperatuur zo laag is, en de hogere gedurende langere tijd is de installatie legionella-veilig. Het verloop van de temperaturen stemt goed overeen met de temperaturen bovenin het buffervat.

65

63

64

62

63

61

62

60

61

59

60

58

59

57

58

56

57 30-9-2002 6:20

1-10-2002 6:20

2-10-2002 6:20

3-10-2002 6:20 boiler 1

4-10-2002 6:20 boiler 2

5-10-2002 6:20

6-10-2002 6:20

W/m2

Graden C

Oplaadboiler week 40

55 7-10-2002 6:20

boiler 3

Onderstaand een detail uit week 40. Daar waar op 1 oktober het normale patroon zichtbaar is, blijkt er op 2 oktober weinig warmtapwaterafname te zijn geweest. Pas later op de middag is er een duidelijke piekafname zichtbaar.



31


Oplaadboiler detail week 40 63

65

64

62

63 61

60 W/m2

Graden C

62

61 59 60 58 59 57

58

57 1-10-2002 0:20

56 2-10-2002 0:20 boiler 1

boiler 2

boiler 3

Volgens de regeling wordt de warmtetoevoer aan de boiler veroorzaakt door: Levering vanuit de buffer en Aanvullende verwarming door het elektrische element. Uit de verbruiksmetingen blijkt dat het elektrische element in de boiler in week 27 en week 40 niet in is gekomen. Dit betekent dat de bijdrage aan de warmtapwaterverwarming volledig wordt geleverd door het buffervat. In deze: de warmtepomp tapwater. In andere meetweken is echter gebleken dat het elektrische element veelvuldig in bedrijf is gekomen. Oorspronkelijk is het elektrische element ingebouwd voor onderhoudsdoelstellingen. Het kon ook slechts handmatig worden ingesteld. In de fase kort na oplevering zijn er veelvuldig klachten met betrekking tot te koud warmtapwater geweest. In deze fase is het element op thermostaatregeling ingesteld. Dit veroorzaakt echter een hoog, ongewenst, energieverbruik. Om te voorkomen dat het elektrische element in bedrijf komt: 1. de warmteoverdracht vanuit de buffer vergroot te worden 2. het regelpunt van het elektrische element gewijzigd te worden. Ad 1.Het debiet van overdracht van warmte vanuit de buffer wordt bepaald door de flows door de warmtewisselaar vanuit de buffer (over pomp P3) en vanuit de koudwatersuppletie (over P2). De vereiste Delta T over P2, van ca. 15ºC leidingwater naar 65ºC voor de boiler is 50ºC. Om voldoende uitkoeling te verkrijgen voor het bufferwater moet de temperatuur dalen van 70º naar ca.20ºC: een Delta T van ruim 50ºC. De flow over P3 is 2500lt/h, die over P2 <480 lt/h. Dit betekent dat de gewenste temperatuurtrajecten niet gehaald kunnen worden. De flows van P2 en P3 moeten gelijk zijn aan elkaar en wel 480 lt/uur. Tevens moet de warmtewisselaar (TSA) gedimensioneerd zijn op deze condities. De temperatuur over P3 wordt nu niet gemeten, deze dient bewaakt en geregistreerd te worden. Ad 2. Met de huidige beschikbaar gestelde gegevens is niet duidelijk op welke sensor het elektrische element gestuurd wordt en waar het elektrische element zich in de boiler bevindt. Dit dient onderzocht te worden. Omdat magneetklep 36FCV1 en 36FCV2 niet op tekening staan is het onduidelijk of water van onderin de boiler eveneens over de TSA geleid wordt. Het boilervat mag onderin kouder zijn. Het elektrische element kan gestuurd worden op de temperatuur bovenin de boiler (26TE5) of zelfs de opnemer 28TE2: toevoer tapwatercircuit). De temperatuur van de boiler kan, bij verhoging van de buffertemperatuur, oplopen naar



32

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee hogere waarden. Dit is in principe toelaatbaar en wenselijk. In overleg met de leverancier kan de maximale temperatuur worden vastgesteld, dit mede met het oog op verhoogde kalkafzetting in de boiler. Voorkomen dient hierbij tevens te worden dat de aanvoertemperatuur van het warmtapwater niet te hoog wordt.Deze dient de temperatuur van 65ºC vooral uit veiligheidsoverwegingen niet te overschrijden. Om deze aanvoertemperatuur te begrenzen dient een mengregeling tussen de aanvoer warmtapwater en de koudwaterleiding te worden aangebracht. Met een mengventiel kan deze een vaste maximale aanvoertemperatuur garanderen (NB in de laatste fase van de ontwerpbesprekingen is deze optie al besproken). Conclusie:

De boiler komt goed op temperatuur. De uitkoeling van het bufferwater dat naar het vat onderin wordt geleid is te gering (over P3). Hierdoor wordt veel te warm water onderin het vat wordt geïnjecteerd en wordt de vatgelaagdheid ernstig verstoord Als gevolg hiervan komt het zonnecircuit nauwelijks op gang Bij grotere warmteoverdracht uit het buffervat zal het elektrische element niet in bedrijf te hoeven komen Bij regeling van het elektrische element op de warmtapwateraanvoertemperatuur zal deze minimaal in bedrijf komen Toepassing van een mengregeling op de warmtapwateraanvoer zal het onder veilige condities mogelijk maken de temperatuur van de boiler te verhogen, zodat piekverbruiken geen aanleiding hoeven zijn voor inschakelen van het elektrische element.

Regelacties Pas de tekening aan op ontbrekende componenten Stem de flows over P3 en P2 op elkaar af Controleer de dimensionering van de TSA Plaats een temperatuursensor in het circuit over P3 Verhoog de temperatuur in het boilervat op het hoogste niveau. Dit is mogelijk via de regeling van het zonnecircuit (Nb dus niet via sturing van het elektrische element) Realiseer een mengregeling tussen de aanvoer warmtapwater en de koudwaterleiding Pas de regeling van het elektrische element aan in overleg met het waterbedrijf, zodanig dat bij piekverbruiken de koudwatersuppletie niet direct aanleiding geeft tot in bedrijf stellen (dus een hogere sensor) Controleer de positie van het elektrische element in de boiler. Plaats deze eventueel hoger. NB van de laatste actie wordt verwacht dat dit hoge kosten met zich meebrengt, daarom deze in tweede instantie overwegen.

5.6

PV-panelen

De opbrengst en werking van de PV-installatie is bij oplevering in een laatste inspectie gecontroleerd door All4Solar BV. Uit deze meting bleek een correcte werking. Gedurende de monitoring periode zijn de panelen bewaakt aan de hand van de wekelijkse opbrengsten, zowel in de woningen individueel als in de collectieve ruimte. De opbrengst is gerelateerd aan de gemiddelde zonnestraling per week. Uitwerking hiervan vindt plaats in de eindrapportage.



33


5.7

Metingen serre

In de serre zijn gedurende een jaar continu temperatuurmetingen verricht op twee hoogten. De meteropnemers waren afgeschermd van de directe zonnestraling door een aluminium scherm. De hoogste opnemer was gemonteerd op ca. 3 m hoogte, de laagste op ca. 1.80 m. Opvallend is dat de temperatuur hoog in de serre lager was als de lagere opnemer. Dit is te verklaren doordat de serre goed afgeschermd is voor zoninval bij hoge zonnestand, om oververhitting te voorkomen. Voor het stookseizoen (oktober t/m april) zijn de temperaturen onderstaand weergegeven. Duidelijk zichtbaar is de relatie met de te verwachten buitentemperatuur. Opvallend is dat de temperatuur van de serre van woning 1 in de winter een aantal graden lager ligt dan die in woning 2.

Temperatuur serre woning 1 stookseizoen 45

40

35

Temperatuur

30

25

20

15

10

5

0 30-9-2001 0:00

30-10-2001 12:00

30-11-2001 0:00

30-12-2001 12:00

30-1-2002 0:00

1-3-2002 12:00

1-4-2002 0:00

1-5-2002 12:00

-5

T serre hoog

T serre laag

Temperatuur serre woning 2 stookseizoen 45

40

35

Temperatuur

30

25

20

15

10

5

0 30-9-2001 0:00

30-10-2001 12:00

30-11-2001 0:00

30-12-2001 12:00

T serre hoog


30-1-2002 0:00

1-3-2002 12:00

1-4-2002 0:00

1-5-2002 12:00

T serre laag


34

C C Cooonnnccceeepppttt eeeiiinnndddrrraaappppppooorrrtttaaagggeee De serretemperatuur in de winter mag maar beperkt onder het vriespunt komen in verband met de planten die daar staan en niet vorstbestendig zijn. Vooral de temperatuur onder de 0°C is belangrijk in verband met de vorstbestendigheid van de planten. Slechts 1 maal komt de temperatuur onder nul in woning 1. In woning 2 komt de temperatuur nauwelijks beneden de 5ºC. In de zomer is het belangrijk dat oververhitting in de woning voorkomen wordt. De serre dient dan als bufferruimte tegen oververhitting. Onderstaand zijn de temperaturen in de zomer weergegeven.

Temperatuur serre woning 1 zomerseizoen 45

40

35

Temperatuur [

30

25

20

15

10

5

0 1-5-2002 0:00

31-5-2002 12:00

1-7-2002 0:00

T serre hoog

31-7-2002 12:00

31-8-2002 0:00

T serre laag

Temperatuur serre woning 2 zomerseizoen 40

35

Temperatuur [

30

25

20

15

10

5

0 1-5-2002 0:00

31-5-2002 12:00

1-7-2002 0:00

T serre hoog

31-7-2002 12:00

31-8-2002 0:00

T serre laag

Om de relatie tussen de temperatuur van de serre en de belangrijkste woonruimten in de woning in relatie te zetten tot de buitentemperatuur en de zonnestraling is in onderstaande figuur een combinatie van metingen gemaakt. NB de zonnestraling is hier gerelateerd aan de temperatuur van de collectoren, omdat de meetgegevens van de pyranometer in de week van de comfortmeting verstoord zijn.



35


Temperatuurrelaties met zonopbrengst woning 1 2-6 september 80

70

60

Temperatuur

50

40

30

20

10

0 3-9-2002 7:12

3-9-2002 19:12

T buiten

4-9-2002 7:12

T woonkamer

4-9-2002 19:12

T 1e verd

5-9-2002 7:12

Tcollector

5-9-2002 19:12

T serre laag

Duidelijk waarneembaar is de relatie tussen de opwarming van de woning en de serre en de zonneopbrengst (daardoor buiten ook warmer). Opvallend is hier dat de temperatuur op de 1ste verdieping nauwelijks beïnvloed wordt door deze opwarming. De panelen op het dak vormen een effectieve zonwering in deze.



36


Literatuur [W/E-01] [W/E-02] [W/E-03]

Energieneutrale woningen Havankpark Leeuwarden. W/E proj.nr. 5204, Gouda, 3 nov. 2000 Optimalisatie installatieconcept energieneutrale woningen Havankpark Leeuwarden. W/E proj.nr.5294, Gouda, mei 2001 Evaluatie energieneutrale woningen. Tussenrapportage, W/E proj.nr.5750, Tilburg, april 2002



37


Bijlage 1b: Huishoudelijk energieverbruik In onderstaande tabel is weergegeven op welke manier het lage elektriciteitsverbruik gehaald zou kunnen worden.

apparatuur en verlichting koelkast diepvries elektrisch fornuis oven/magnetron keuken app. wasmachine wasdroger vaatwasmachine overig reinigen/ persoonlijke verzorging CV pomp centrale ventilatie hobby e.d. audio/video verlichting

verbruik BEK 1995 [kWh]

reductie Havankpark [%]

verbruik Havankpark [kWh]

170 380 397 97 138 236 0 360 123

0% 100% 25% 0% 50% 15% 0% 100% 25%

170 0 298 97 69 200 0 0 92

290 219 42 381 511

50% 0% 0% 25% 25%

145 219 42 286 382

TOTAAL

3.344



2.000

38

Evaluatie Energieneutrale woningen Havankpark Leeuwarden. 2 de tussenrapportage

Recommend Documents