GPG Airco Utiliteit Achtergrondrapport

Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk onderzoek / Netherlands Organisation for Applied Scientific Research

Laan van Westenenk 501 Postbus 342 7300 AH Apeldoorn www.tno.nl

TNO-rapport B&O-A R 2005/294

T 055 549 34 93 F 055 549 98 37

GPG Airco Utiliteit Achtergrondrapport

Datum

oktober 2005

Auteurs

ir. J. van Wolferen mw M. Verwoerd

Projectnummer

36043

Trefwoorden

Airco-installaties Utiliteitsbouw Broeikasgasreductie

Bestemd voor

SenterNovem t.a.v. Maus Dieleman Postbus 8242 3503 RE Utrecht projectnr. 0377-04-03-04-006 bestelnr. 4700008498

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook zonder voorafgaande toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan.

© 2005 TNO

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

2 van 39

Samenvatting Dit rapport bevat de achtergrondinformatie die verzameld en ontwikkeld is bij het uitvoeren van de opdracht “ontwikkeling keuzemethodiek (good practice quidance GPG) voor stationaire airconditioning” in opdracht van SenterNovem. De doelstelling van de opdracht is: Ontwikkeling van een keuzemethodiek in de vorm van een brochure/richtlijn (GPG) voor stationaire airco-installaties in utiliteitsbouw met het oog op de reductie van broeikasgassen. De keuzemethodiek beperkt zich vooralsnog tot de koelfunctie van klimaatinstallaties in middelgrote en grotere kantoorgebouwen, zorgcentra en verpleeghuizen, voor zover verzorgd met grotere, deels ter plekke gefabriceerde koelinstallaties, kleine tot middelgrote single/multi-splitsystemen met koelmachine/warmtepomp of duurzame koeling uit de bodem (aquifers, energiepalen), in combinatie met warmtepompen. De keuzemethodiek is bedoeld voor gebruik in de initiatief en globale ontwerpfase als nog weinig gedetailleerde projectgegevens beschikbaar zijn en moet resulteren in concrete aanbevelingen in het Programma van Eisen en voor het bestek. De methodiek dient waar mogelijk aan te sluiten bij bestaande, op energiebesparing gerichte methodieken, zoals EPN, EPBD-instrumentarium en de quick-scan warmtepompen. Conclusies − Met het geschetste stappenplan en de bijbehorende berekeningswijze van de TEWI kan de reductie van broeikasgassen van stationaire airco-installaties in utiliteitsbouw worden bereikt en aangetoond. − De belangrijkste opties om de koelbehoefte te verlagen zijn: − Toepassing van zonwering. − Vermindering glasoppervlak als geen zonwering wordt toegepast – bij toepassing van zonwering is het glasoppervlak minder relevant. − Vermindering van de interne last, b.v. door gebruik energiezuinige verlichting en slimme schakeling. Door de interactie tussen de belangrijkste variabelen op de koelbehoefte is het niet goed mogelijk op eenvoudige wijze de omvang van het besparingseffect van de verschillende maatregelen te geven. In plaats daarvan dient per ontwerp met de geëigende hulpmiddelen een berekening te worden gemaakt om de mogelijkheden tot vermindering van de koelbehoefte. − Vooralsnog kan op basis van NEN 2916 een indicatie van het systeem- of distributierendement voor de verschillende typen koelsysteem te geven. Voor systemen waarin de norm niet voorziet wordt een rendement van 90% aangehouden.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

3 van 39

− Voor de koudemiddelinhoud van koelinstallaties zijn richtwaarden opgesteld die voor het globaal ontwerp kunnen worden gebruikt. Voor het gedetailleerd ontwerp kunnen productgegevens worden gebruikt. − Voor het lekverlies van koelinstallaties zijn richtwaarden opgesteld die voor het globaal en gedetailleerd ontwerp kunnen worden gebruikt. − Op basis van de GWP waarden van de koudemiddelen heeft de toepassing van een natuurlijk koudemiddel met een laag GWP de voorkeur. − Voor de koudefactor van de koelinstallatie zijn richtwaarden bepaald die voor het globaal ontwerp kunnen worden gebruikt. Voor het bepalen van de koudefactor op jaarbasis voor specifieke koelinstallaties is momenteel geen methode beschikbaar. De door fabrikanten gegeven koudefactoren (zoals voor Eurovent) hebben meestal betrekking op een specifieke beproevingsconditie en de zo verkregen rangschikking hoeft niet overeen te komen met de rangschikking op basis van jaarprestaties. Aanbevelingen Uitwerking van deze zaken in een richtlijn. Hiervoor is door TNO een eerste versie ontwikkeld.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

4 van 39

Inhoudsopgave Samenvatting .............................................................................................................2 1.

Inleiding .....................................................................................................6

2.

Methodiek ..................................................................................................7 2.1 Algemeen....................................................................................7 2.2 Ontwerpmethodiek reductie TEWI.............................................8 2.3 Formules t.b.v. berekening TEWI ............................................10 2.4 Conclusies.................................................................................12

3.

Gebouwtype en beperking koelbehoefte..................................................13 3.1 Inleiding....................................................................................13 3.2 Gegevens modelgebouw...........................................................13 3.3 Beperken koelbehoefte .............................................................14 3.4 Conclusies.................................................................................17

4.

Distributiesysteem....................................................................................18 4.1 Rendement koudedistributie .....................................................18 4.2 Conclusies.................................................................................19

5.

Koelinstallaties.........................................................................................20 5.1 Inleiding....................................................................................20 5.2 Koudemiddelinhoud .................................................................20 5.3 Lekverlies .................................................................................21 5.4 Koudemiddel ............................................................................21 5.5 Koudefactor ..............................................................................23 5.5.1 Energieprestatienorm ................................................23 5.5.2 Eurovent labels..........................................................23 5.5.3 Globaal ontwerp ........................................................25 5.5.4 Gedetailleerd ontwerp ...............................................29 5.6 TEWI berekeningen..................................................................29 5.7 Conclusies.................................................................................32

6.

Economische beoordeling ........................................................................33 6.1 Inleíding....................................................................................33 6.2 Globaal ontwerp – keuze koelinstallatie...................................33 6.3 Gedetailleerd ontwerp...............................................................36

7.

Conclusies en aanbevelingen ...................................................................37

8.

Referentie.................................................................................................38

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

5 van 39

9. Bijlage 1 Bijlage 2 Bijlage 3 Bijlage 4 Bijlage 5 Bijlage 6

Verantwoording .......................................................................................39 Projectomschrijving Formulier spreadsheet voor berekening TEWI Systeemrendement voor verwarming en koeling per energiesector volgens NEN 2916 47 Overzicht koelsystemen Overzicht typen koelinstallaties Gegevens lekpercentage en koudemiddelinhoud

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

6 van 39

1.

Inleiding

Dit rapport bevat de achtergrondinformatie die verzameld en ontwikkeld is bij het uitvoeren van de opdracht “ontwikkeling keuzemethodiek (GPG) voor stationaire airconditioning” in opdracht van SenterNovem. De tekst van de opdracht is opgenomen in bijlage 1. De doelstelling van de opdracht is: Ontwikkeling van een keuzemethodiek in de vorm van een brochure/richtlijn (GPG) voor stationaire airco-installaties in utiliteitsbouw met het oog op de reductie van broeikasgassen. De keuzemethodiek beperkt zich vooralsnog tot de koelfunctie van klimaatinstallaties in middelgrote en grotere kantoorgebouwen, zorgcentra en verpleeghuizen, voor zover verzorgd met grotere, deels ter plekke gefabriceerde koelinstallaties, kleine tot middelgrote single/multi-splitsystemen met koelmachine/warmtepomp of duurzame koeling uit de bodem (aquifers, energiepalen), in combinatie met warmtepompen. De keuzemethodiek is bedoeld voor gebruik in de initiatief en globale ontwerpfase als nog weinig gedetailleerde projectgegevens beschikbaar zijn en moet resulteren in concrete aanbevelingen in het Programma van Eisen en voor het bestek. De methodiek dient waar mogelijk aan te sluiten bij bestaande, op energiebesparing gerichte methodieken, zoals EPN, EPBD-instrumentarium en de quick-scan warmtepompen. Hieronder is eerst de te volgen ontwerpmethodiek en de Total Equivalent Warming Impact (TEWI) berekening uitgewerkt. Daarna zijn de volgende aspecten uitgewerkt die van belang zijn voor de vermindering van de reductie van broeikasgassen: − Gebouwtype en beperking koelbehoefte aanbevelingen voor beperking van de koelbehoefte. − Distributiesysteem overzicht systemen en indicatie distributierendementen. − Koelinstallaties koudemiddelverlies, energieprestatie en effect op TEWI.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

7 van 39

2.

Methodiek

2.1

Algemeen

Koelinstallaties in de utiliteitsbouw leiden tot broeikasgasemissies, met als belangrijkste factoren − Direct: 10 – 20 % door lekkage van het koudemiddel . − Indirect: 80 – 90 % door emissies t.g.v. het energiegebruik van de koelmachine. Voor de beoordeling van de broekasgasemissies wordt de TEWI (Total Equivalent Warming Impact) aanpak gevolgd, waarbij zowel de directe emissie t.g.v. lekkage van het koudemiddel als de indirecte emissie t.g.v. het energiegebruik van de koelmachine wordt meegenomen. De berekening van de TEWI is in de volgende paragraaf uitgewerkt. Door de volgende stappen te doorlopen kan de broekasgasemissie worden geminimaliseerd: − reductie indirecte emissie door reductie energiegebruik voor koeling volgens de trias energetica, een drie-staps aanpak: − beperken koudebehoefte, − opwekken koude met/uit duurzame bronnen, − verhogen rendement koelsysteem. − reductie directe emissie, volgens een vier-staps aanpak: − opwekken koude met/uit duurzame bronnen, zodat geen koelinstallatie vereist is, − beperken hoeveelheid koudemiddel door beperken opgesteld koelvermogen en compact ontwerp koelinstallatie, − beperken relatieve koudemiddelverliezen, − gebruiken koudemiddel met een lage GWP. Hierbij wordt opgemerkt dat: − Het beperken van de koudebehoefte en het beperken van het opgesteld koelvermogen (en daarmee het reduceren van de hoeveelheid koudemiddel) goed samengaan. − Het rendement van het koelsysteem bepaald wordt door zowel het rendement van de koudeopwekking als van de koudedistributie, waarbij het rendement van de koudedistributie een grote spreiding vertoont, afhankelijk van het gekozen koelsysteem. − Het verhogen van het rendement van het koelsysteem en het gebruiken van een koudemiddel met een lage GWP strijdig kunnen zijn.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

8 van 39

2.2

Ontwerpmethodiek reductie TEWI

Voor de ontwerpmethodiek kan volgende, vereenvoudigde stappenplan worden aangehouden: − Beperken koudebehoefte. − Toepassen koelsysteem met een hoog distributierendement. − Bij voorkeur toepassen van bodemkoeling. − Anders toepassen koelinstallatie met hoge koudefactor, geringe koudemiddelinhoud en (natuurlijk) koudemiddel met lage GWP. Hierbij zijn alle aspecten die met de keuze van de koelinstallatie samenhangen in één stap ondergebracht. Nu leert de ervaring dat de eerste drie stappen reeds in het globaal ontwerp moeten worden meegenomen om een kans te maken. De laatste stap wordt pas in het gedetailleerd ontwerp uitgewerkt. De conclusies ten aanzien van de methodiek zijn: − De methodiek dient onderscheid te maken tussen het globaal en gedetailleerd systeemontwerp en dient beide keren doorlopen te worden. − In het globaal systeemontwerp worden de volgende aspecten behandeld: − Aanbevelingen voor beperken koudebehoefte, − Aanbeveling tot onderzoek van de mogelijkheid om de bodem als koudebron te benutten, en een hierop gebaseerd koelsysteem toe te passen met een hoog distributierendement. − Pas als dat niet haalbaar blijkt kan toepassing van een traditioneel koelsysteem overwogen worden. − Indicatieve berekening TEWI, inclusief berekening koudebehoefte en distributierendement. − In het gedetailleerd systeemontwerp komen de volgende aspecten aan bod: − Berekening koudebehoefte met beschikbare gereedschappen, zoals VA 114 of HENK. De methode van NEN 2916 is in principe slechts bedoeld als toetsing. − Berekening distributierendement volgens NEN 2916 of andere, reeds beschikbare methode. − Berekening energieprestatie en directe emissie koelsysteem op basis specs van beschikbare systemen. − Berekening resulterende TEWI Het stappenplan van de methodiek is hieronder schematisch weergegeven.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

9 van 39

Start stappenplan

Aanbevelingen voor beperken koudebehoefte

Aanbevelingen voor toepassen bodemkoeling

Aanbevelingen voor keuze efficiënt distributiesysteem Bodemkoeling?

nee Aanbevelingen voor koelinstallatie met natuurlijke koudemiddelen, laag lekverlies en hoge COP

ja

Berekening TEWI Economie

Beoordeling / keuze koelsysteem

Stop

Figuur 1

Stappenplan methodiek reductie TEWI.

De berekening van de TEWI voor globaal en gedetailleerd ontwerp is hieronder gegeven. Tabel 1

Berekeningswijze TEWI Ontwerp Globaal

Gedetailleerd

Volgens opgave

Volgens opgave

Koudebehoefte [MJ/jr]

Indicatieve berekening op basis globale gegevens (BVO, gebouwfunctie, …)

Invoer zoals berekend met beschikbare gereedschappen, zoals VA 114 of HENK.

Distributierendement [-]

Indicatieve waarde op basis systeemkeuze

Invoer zoals berekend met NEN 2916

Koudefactor / opwekrendement koeling [-]

Indicatieve waarde op basis systeemkeuze

Specifieke waarde op basis specs systemen

Primaire energie voor koeling [MJ/jr]

Berekende waarde

Berekende waarde

Indirecte emissie [ton CO2/jr] Berekende waarde

Berekende waarde

2

BVO [m ] Indirecte CO2 emissie

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

10 van 39

Ontwerp Globaal

Gedetailleerd

Koudemiddel

Forfaitair R134a

Specifiek koudemiddel

GWPkm [kg CO2/kg koudemiddel]

Conform gekozen koudemiddel

Conform gekozen koudemiddel

Mkm [ton koudemiddel]

Op basis richtwaarden

Specifieke waarde

Vkm [fractie lekverlies]

Op basis richtwaarden

Op basis richtwaarden, tenzij specs bekend zijn.

Directe emissie [ton CO2/jr]

Berekende waarde

Berekende waarde

TEWI totaal [ton CO2/jr]

Berekende waarde

Berekende waarde

TEWI specifiek [kg CO2/m2/jr]

Berekende waarde

Berekende waarde

Directe CO2 emissie

Totale CO2 emissie

Door gebruik te maken van kentallen per m2 en per jaar kunnen de prestaties van gebouwen onderling en met een referentie worden vergeleken.

2.3

Formules t.b.v. berekening TEWI

De TEWI van een koelinstallatie tijdens de gebruiksfase is de som van de directe en indirecte emissie; in formule: TEWI = Edir + Eindir Waarbij de directe emissie wordt bepaald door de koudemiddelinhoud, het verlies en het Global Warming Potential (GWP) van het koudemiddel; in formule: Edir = Mkm * Vkm * GWPkm De koudemiddelinhoud is in veel situaties recht evenredig met het koelvermogen: Mkm = Pnom;koel * Mkm;spec De indirecte emissie voor elektrisch aangedreven koelinstallaties wordt bepaald door het primair energiegebruik voor het elektrisch verbruik, de CO2-emissie bij de opwekking van elektriciteit en de GWP van CO2 (die per definitie gelijk is aan 1): Eindir = Qprim;koel * EmCO2;el *GWPCO2

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

11 van 39

De indirecte emissie voor voor gasgedreven koelinstallaties wordt bepaald door het primair energiegebruik (gas) van de koleinstallatie, de CO2-emissie bij het verbruik van aanrdgas en de GWP van CO2: Eindir = Qprim;koel * EmCO2;gas *GWPCO2 Waarbij het primair energiegebruik voor koeling wordt bepaald door De netto koudebehoefte, het distributie- of systeemrendement en het (primair) opwekrendement van de koelinstallatie: Qprim;koel = Qbeh;koel / (ηdistr;koel * ηopw;koel) Het primair opwekrendement voor elektrisch aangedreven koelinstallaties wordt bepaald door de koudefactor op jaarbasis (ook wel aangeduid als Seasonal Performance Factor SPF of Seasonal Energy Efficiency Ratio SEER) en het opwekrendement van de elektrische centrale: ηopw;koel = Kf * ηel Voor gasgedreven koelinstallaties is het primair opwekrendement gelijk aan de Kf op jaarbasis: ηopw;koel = Kf Met: TEWI Edir Eindir Mkm Vkm GWPkm Pnom;koel Mkm;spec Qprim;koel Qbeh;koel ηdistr;koel ηopw;koel Kf ηel

Total Equivalent Warming Effect in ton CO2/jr Directe CO2 emissie in ton CO2/jr Indirecte CO2 emissie in ton CO2/jr Koudemiddelinhoud in kg Verlies koudemiddel per jaar als aandeel van de totale koudemiddelinhoud GWP (Global Warming Potential) waarde van het koudemiddel in ton CO2 / ton koudemiddel Nominaal koelvermogen in kW Specifieke koudemiddelinhoud in kg/kW nom. koelvermogen Jaarlijkse primair energiegebruik t.b.v. koeling van gebouw in MJ/jr Jaarlijkse netto koudebehoefte van gebouw in MJ/jr Distributie(systeem)rendement van het koelsysteem Opwekrendement van de koelinstallatie op bw, inclusief het opwekrendement van de elektrische centrale, indien van toepassing. Koudefactor of COP van het koelsysteem op jaarbasis. Opwekrendement van de elektrische centrale op bw. Waarde ηel = 0,39 op bovenwaarde volgens de NEN 2916.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

12 van 39

EmCO2;el

EmCO2;gas GWPCO2

CO2 emissie bij de opwekking van elektriciteit in ton CO2/MJ primaire energie op bw Waarde 0,61 kg CO2 / kWhe, ofwel 0,066 kg CO2/ MJprim op bw CO2 emissie bij het verbruik van aardgas in ton CO2/MJ aardgas op bw GWP (Global Warming Potential) waarde van CO2 (= 1)

In onderstaande figuur is het verband aangegeven tussen het stappenplan en de berekening van de TEWI. Start stappenplan

Start TEWI berekening

Aanbevelingen voor beperken koudebehoefte

Berekening / invoer koudebehoefte Berekening / invoer nom. koelvermogen

Aanbevelingen voor toepassen bodemkoeling

Distributierendement

Aanbevelingen voor keuze efficiënt distributiesysteem

COP

Bodemkoeling?

nee Aanbevelingen voor koelinstallatie met natuurlijke koudemiddelen, laag lekverlies en hoge COP

ja

Berekening primaire energie en indirecte emissie voor koeling

Koudemiddel - GWP

Berekening TEWI Economie

Beoordeling / keuze koelsysteem

Stop

Figuur 2

Inhoud (specifiek) en fractie lekverlies koudemiddel

Berekening directe emissie voor koeling

Berekening TEWI

Stappenplan vermindering broeikasgasemissie en berekeningswijze TEWI

De directe emissie van een koelinstallatie die tevens als warmtepomp wordt gebruikt dient eigenlijk te worden verdeeld over de koelen verwarmingsfunctie. Ter wille van de eenvoud wordt de gehele directe emissie aan de koelfunctie toegerekend. De indirecte emissie t.g.v. het energieverbruik voor verwarming valt buiten de TEWI berekening.

2.4

Conclusies

Met het hierboven geschetste stappenplan en de bijbehorende berekeningswijze van de TEWI kan de reductie van broeikasgassen van stationaire airco-installaties in utiliteitsbouw worden bereikt en aangetoond.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

13 van 39

3.

Gebouwtype en beperking koelbehoefte

3.1

Inleiding

In dit hoofdstuk wordt aan de hand van enige voorbeeldberekeningen met de “Quickscan warmtepompen” aan twee gebouwtypen een indicatie gegeven van de mogelijkheden om de koelvraag voor gebouwen te beperken.

3.2

Gegevens modelgebouw

Voor het globaal ontwerp dient de koelbehoefte te kunnen worden bepaald voor twee typen gebouw, namelijk: − Middelgrote en grotere kantoorgebouwen − Zorgcentra en verpleeghuizen. Voor deze gebouwtypen is hieronder een inventarisatie van relevante modelgebouwen / varianten opgesteld. Voor beide gebouwtypen is een blokvormig gebouwmodel als uitgangspunt genomen met de volgende gegevens. Tabel 2

Algemene gegevens modelgebouwen.

Gegeven

Kantoorgebouw

Zorgcentra en verpleeghuizen

Lengte [m]

40

60

Breedte [m]

12,6

12,6

Hoogte [m]

11

14,4

Aantal verdiepingen

3

4

2,7

2,7

BVO [m2]

1500

3020

bruto/netto

1,43

1,45

1050

2080

5

5

Rc gevel [m .K/W]

4

4

Rc vloer [m2.K/W]

4

4

0,2 – 0,4

0,2 – 0,4

1,6

1,6

Netto verdiepinghoogte [m]

2

NO [m ] Rc dak [m2.K/W] 2

qv,10 Uglas/kozijn [W/m2.K] 2

Grenswaarde zoninstraling voor zonwering [W/m ]

120

120

8.00 – 18.00

7.00 – 22.00

Tontwerp,zomer (dag/nacht)

24 / 24

24 / 24

RVontwerp [%]

60 / 60

60 / 60

2/0

4/4

70

70

Dagperiode [h-h]

Ventilatievoud (dag/nacht) η WTW [%]

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

14 van 39

De varianten worden bepaald door de volgende gegevens. Tabel 3

Variabele gegevens modelgebouwen.

Gebouwtypen

Gebouwvarianten Beglazing (buiten)

ZTA glas / zonwering

Interne last

[%]

[%]

[W/m2]

Middelgrote en grotere

20

70

30

kantoorgebouwen /

35

45

40

Zorgcentra en verpleeg-

50

30

50

12

60

huizen.

3.3

Beperken koelbehoefte

Voor de volgende selectie van de varianten van deze gebouwtypen is o.a. de koelbehoefte, het piek-koelvermogen en het aantal vollastdraaiuren bepaald met de “Quickscan warmtepompen”. Tabel 4

Gebouwvarianten en resultaten. Gebouwvarianten

nr

*

Warmtebehoefte [GJ/jr]

Koelbehoefte [GJ/jr]

[MJ/jr/m2]

Piek koelvermogen [kW]

[W/m2]

Beglazing (buiten)

ZTA glas / zonwering

Interne last **

Draaiuren op piek

[%]

[%]

[W/m2]

K1

35

70

40 / 0

10,8

374,0

248

129

85

805

K2

35

70 / 12 *

40 / 0

10,8

205,2

136

75

50

760

K3

20

70 / 12 *

40 / 0

7,2

208,8

138

70

46

829

K4

50

70 / 12 *

40 / 0

10,8

201,6

134

81

54

691

K5

35

70 / 12 *

60 / 0

10,8

403,2

267

96

64

1167

K6

20

70

40 / 0

7,2

295,2

195

99

66

828

K7

50

70

40 / 0

10,8

457,2

303

159

105

799

K8

35

70

60 / 0

10,8

568,8

377

150

99

1053

Z1

35

70

40 / 20

39,6

784,8

260

255

84

855

Z2

35

70 /12

40 / 20

39,6

554,4

184

186

62

[h]

828 2

De waarde van 12% geldt bij toepassing van zonwering; deze wordt geactiveerd bij een zoninstraling boven 120 W/m .

** Dagwaarde / nachtwaarde

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

15 van 39

Specifieke koelvraag en piekvermogen koelinstallatie voor varianten kantoorgebouw en zorgcentrum

Specifieke koelvraag [MJ/jr/m2] Piekvermogen [W/m2]

400

300 Piekvermogen [W/m2]

200

Koelvraag [MJ/jr/m2]

100

0 K1

K2

K3

K4

K5

K6

K7

K8

Z1

Z2

Variante n k antoorge bouw (K*) e n zorgce ntrum (Z*)

Figuur 3

Piekvermogen en koelbehoefte

De resultaten zijn ook weergegeven in Figuur 3. Hieruit blijkt o.a.: − Toepassing van zonwering leidt tot een reductie van de koelvraag met zo’n 30 – 45 % (K2-K1 en Z2-Z1) − Bij toepassing van zonwering is het aandeel beglazing van geringe invloed op de koelvraag (K2-K3-K4). − Bij afwezigheid van zonwering is het aandeel beglazing van grote invloed op de koelvraag: +22% (35-50% glas) en -22% (35-20% glas) (K1-K6-K7). − Verhoging van de interne last van 40 naar 60 W/m2 leidt tot een stijging van de koellast met bijna 100% (met zonwering) of 50% (zonder zonwering). − Voor zorgcentra ligt de specifieke koelvraag zonder zonwering op een vergelijkbaar nivo als voor kantoren (260 – 248 MJ/jr/m2) en met zonwering 35% hoger (184 -136 MJ/jr/m2).

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

16 van 39

Deze effecten zijn in onderstaande figuren geïllustreerd. Effect glasoppervlak op TEWI 16

TEWI [kg CO2/jr/m2]

14 12 10 Geen zonwering

8

Met buitenzonwering

6 4 2 0 0

10

20

30

40

50

60

Glasoppe rvlak [% buitenzijde]

Figuur 4

Effect glasoppervlak op koelbehoefte gebouw zonder zonwering (ZTA = 70%) en met zonwering (ZTA = 12%)

Effect buitenzonwering op TEWI 20 18 Beglazing 20%; Int. last 40 W /m2 (dag)

TEWI [kg CO2/jr/m2]

16 14

Beglazing 35%; Int. last 40 W /m2 (dag)

12


10 8


6

Zorg. Glas 35%; int. last 40/20 W

4 2 0 Geen zonwering

Figuur 5

Met zonwering

Effect zonwering (ZTA van 70 naar 12 %) op koelbehoefte

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

17 van 39

3.4

Conclusies

De bovenstaande resultaten bevestigen eerdere inzichten over de mogelijkheden om de koelbehoefte te verlagen. De belangrijkste opties zijn: − Toepassing van zonwering; − Vermindering glasoppervlak als geen zonwering wordt toegepast – anders is dit irrelevant. − Vermindering van de interne last, b.v. door gebruik energiezuinige verlichting en slimme schakeling; De volgende aspecten hebben een bescheiden invloed op de TEWI: − Glasoppervlak bij toepassing zonwering – zonder zonwering is het effect van het glasoppervlak wel groot. Door de interactie tussen de belangrijkste variabelen op de koelbehoefte is het niet goed mogelijk op eenvoudige wijze de omvang van het besparingseffect van de verschillende maatregelen te geven. In plaats daarvan dient per ontwerp met de geëigende hulpmiddelen een berekening te worden gemaakt om de mogelijkheden tot vermindering van de koelbehoefte.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

18 van 39

4.

Distributiesysteem

4.1

Rendement koudedistributie

Voor het bepalen van het rendement van de koudedistributie is voor zover bekend slechts één methode beschikbaar: NEN 2916. Deze norm geeft richtwaarden en berekeningswijzen voor het rendement van de koudedistributie (zie bijlage 3) voor de onderstaande systeemtypen (Tabel 5). De grijs-gemarkeerde velden betreffen systemen zonder koeling. Tabel 5

Koelsystemen

Systeem

Systeemnr.

Gebouw met natuurlijke ventilatie -

radiatorverwarming

1

-

ventilatoreenheid (fancoil-unit) of koelplafond voor koeling; verwarming door radiatoren of ventilatoreenheid

2

Gebouw met mechanische ventilatie -

geen koeling, verwarming alleen met centraal verwarmde lucht, zonder radiatoren of naverwarmers

5

-

geen koeling, verwarming alleen met radiatoren of naverwarmers

1

-

centrale koeling van ventilatielucht en verwarming door radiatoren of naverwarmers (Topkoeling, VAV-systeem)

3

-

4-pijps-inductiesysteem of 4-pijps-ventilatoreenheden (fancoil-units) met centraal voorgekoelde/ontvochtigde lucht

4

-

koeling en verwarming met alleen centraal gekoelde/verwarmde lucht, zonder radiatoren, naverwarmers, e.d.

7

-

2-pijps-inductiesysteem, wisselend (change-over)

3

-

2-pijps-inductiesysteem, niet-wisselend (non change-over)

6

-

Watervoerende koelplafonds in combinatie met:

-

*

alleen centraal verwarmde lucht

6

*

alleen centraal verwarmde en gekoelde/ontvochtigde lucht

8

*

centraal verwarmde en gekoelde/ontvochtigde lucht en radiatoren of naverwarmers

4

ventilatoreenheid (fancoil-unit) of koelplafond voor koeling, verwarming door radiatoren, naverwarmer of ventilatoreenheid zonder centraal voorgekoelde/ontvochtigde luchttoevoer

2

In bovenstaande tabel zijn de systemen waarvan het distributierendement gevoelig is voor de koelfractie geel-gemarkeerd. De koelfractie is de verhouding tussen de koelbehoefte en de som van warmte- en koelbehoefte.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

19 van 39

In onderstaande grafiek zijn de distributierendementen weergegeven voor de systemen van tabel 5. Distributie re nde me nt v oor koe ling v oor v e rschille nde syste me n v oor v ie r waarde n v an de koe lfractie . 1,000

Distributierendement [-]

0,900 0,800 0,700

0,1

0,600

0,2

0,500

0,3

0,400

0,4

0,300 0,200 0,100 0,000 1

1*

2

3

3*

4

5

5*

6

7

7*

8

Systeemnr.

Figuur 6

Distributierendement koelsystemen.

Bij de distributierendementen die NEN 2916 geeft zijn de volgende kanttekeningen te plaatsen: − Een aantal systemen wordt niet in de lijst genoemd, zoals DX-systemen. − Er zijn verschillen in distributierendement waarvoor geen goede verklaring mogelijk is. Twee voorbeelden: − Voor systeem 2 mogen hoge distributierendementen verwacht worden omdat koeling en verwarming strikt lokaal geregeld worden. Hiervoor geeft de NEN 2916 echter lage distributierendementen. − Voor systeem 3 mogen lagere distributierendementen verwacht worden omdat energie verspild wordt als alleen centrale koeling wordt toegepast, waardoor naverwarming wordt ingezet om per ruimte de gewenste temperatuur te verzorgen. Hiervoor geeft de NEN 2916 echter hoge distributierendementen. De concept CEN norm voor de energieprestatie van airco-systemen geeft eveneens een overzicht van de verschillende airco/koelsystemen, dat ter informatie is bijgevoegd (bijlage 4 De concept CEN norm geeft echter geen waarden of berekeningswijzen voor het distributierendement, tenzij deze als nationale bijlage zijn toegevoegd.

4.2

Conclusies

Vooralsnog kan op basis van NEN 2916 een indicatie van het systeem- of distributierendement voor de verschillende typen koelsysteem te geven. Voor systemen waarin de norm niet voorziet wordt een rendement van 90% aangehouden.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

20 van 39

5.

Koelinstallaties

5.1

Inleiding

In dit hoofdstuk wordt een overzicht gegeven van typen koelinstallaties voor utiliteitsbouw en van hun specificaties voor zover van belang voor de reductie van broeikasgassen. De volgende koelinstallaties worden in utiliteitsbouw toegepast (raamunits e.d.. zijn buiten beschouwing gelaten): − Water-koelinstallaties met compressorkoeler − Met luchtgekoelde condensor − Met verdampingscondensor − Met watergekoelde condensor en droge koeltoren − Met watergekoelde condensor en natte koeltoren − Met watergekoelde condensor en grondwater − Water-koelinstallaties met absorptiekoeler − Met watergekoelde condensor en droge of natte koeltoren, grondwater e.d. − Splitsystemen − Single-split − Multi-split − Met luchtgekoelde condensor − Met watergekoelde condensor en droge of natte koeltoren − DX in luchtbehandelingskast De water-koelinstallaties zijn traditioneel uitgelegd en bedreven op 6 - 12°C. In zogenaamde hoge temperatuur (HT) koeling worden temperaturen van 12/14 – 18/19°C gehanteerd. Dit betreft vooral koelplafonds, maar ook inductie-units. De uitvoering van deze installaties is in bijlage 5 besproken. Vervolgens wordt een voorstel gedaan om de volgende specificaties te bepalen: − Koudemiddelinhoud − Lekverlies − Koudemiddel − Koudefactor op jaarbasis

5.2

Koudemiddelinhoud

Voor de koudemiddelinhoud is voor het globaal ontwerp een vuistregel gewenst. Voor de koudemiddelinhoud mag 0,25 kg koudemiddel per kW koelvermogen worden verondersteld [4, 6]. Voor multi-slitsystemen met lange leidingen (100 m

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

21 van 39

en meer) kan de koudemiddelinhoud oplopen tot 1 kg koudemiddel per kW koelvermogen. Voor het detail ontwerp dient de specifieke koelinstallatie te worden gekozen en daarvan is de koudemiddelinhoud een gegeven dat door de fabrikant / leverancier in de specificaties wordt vermeld.

5.3

Lekverlies

Voor het lekverlies zijn geen product specificaties beschikbaar zodat hiervoor richtwaarden gebruikt moeten worden. Deze zijn afhankelijk van het type koelinstallatie [4, 6]. Daarnaast blijkt in praktijk bij een deel van de installaties aan het eind van de levensduur het koudemiddel “verdwenen” te zijn. Dit verlies wordt toegevoegd aan de genoemde richtwaarden. Bij een levensduur van 20 jaar en een geschat aantal van 20% installaties die aan het eind van de levensduur geen koudemiddel meer bevatten dienen de richtwaarden met 1 % te worden verhoogd. Het resultaat is in onderstaande tabel gegeven. Tabel 6

Lekverliezen van koelsystemen.

Type koelinstallatie

Lekverlies

Toelichting

richtwaarde Water-koelinstallaties −

Package unit

2 %. (1 + 1 %)

Compacte en robuuste bouw koelinstallatie waarbij het gehele koudemiddelcircuit in de fabriek is gemonteerd en getest.

−

Split systeem

3,5 % (2,5 + 1 %)

Gemonteerd en met koudemiddel gevuld op locatie.

Splitsystemen.

3,5 % (2,5 + 1 %)

Gevoelig voor montage.

DX in LB-kast

3,5 % (2,5 + 1 %)

5.4

Koudemiddel

In nieuwe koelinstallaties mogen alleen koudemiddelen worden toegepast die de ozonlaag niet aantasten: HFK’s en natuurlijke koudemiddelen. De HCFK’s, zoals R22, tasten de ozonlaag aan en mogen niet meer worden toegepast in nieuwe installaties.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

22 van 39

De koudemiddelen die toegepast kunnen worden in airco-installaties hebben sterk uiteenlopende GWPwaarden. Synthetische koudemiddelen zijn sterke broeikasgassen en hebben een hoog GWP tussen 1300 en 1900. Natuurlijke koudemiddelen, zoals ammoniak en propaan, tasten de ozonlaag niet aan en zijn (vrijwel) geen broeikasgassen. Tabel 7

Global Warming Potential (GWP) van koudemiddelen

Koudemiddel

GWP (ton CO2 / ton koudemiddel )

Synthetische koudemiddelen (HFK) R134a

1300

R407C

1610

R410A

1890

Natuurlijke koudemiddelen R717 (ammoniak)

0

R290 (propaan)

3

CO2

1

Momenteel worden synthetische koudemiddelen het meest toegepast in aircoinstallaties. Toepassing van een natuurlijk koudemiddel met een laag GWP heeft de voorkeur. Bij toepassing van natuurlijke koudemiddelen zijn er echter aanvullende veiligheidsmaatregelen vereist: − Ammoniak is van oudsher een belangrijk koudemiddel in de industriële sector en is geen broeikasgas. Toepassing van ammoniak is vanwege z’n toxische, en in geringe mate brandbare, eigenschappen omgeven met veiligheidsmaatregelen. Moderne ammoniak installaties streven uit veiligheidsoogpunt naar een zo klein mogelijke koudemiddelinhoud. Indirecte systemen zijn in dit opzicht duidelijk in het voordeel, zowel door een veel kleinere koudemiddelinhoud als door een goede beheersing van de veiligheidsrisico’s door concentratie van de ammoniakhoudende systeemdelen. In plaats van traditionele pompsystemen worden ook wel directe expansie systemen toegepast. − Koolwaterstoffen zoals propaan (GWP van 3) worden vanwege hun brandbaarheid en de daarmee samenhangende veiligheidsmaatregelen in de industriële koeling tot nu toe alleen toegepast in de olie- en gas industrie, waar reeds een streng veiligheidsregiem heerst.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

23 van 39

5.5

Koudefactor

5.5.1

Energieprestatienorm

Voor het bepalen van de koudefactor, ook aangeduid als de COP voor koeling, op jaarbasis is de NEN 2916 beschikbaar [1]. Voor de opwekking is een indeling beschikbaar die nauwelijks onderscheid maakt naar type koelinstallatie. De inzet van de bodem voor directe koeling (koudeopslag) wordt in de NEN 2916 hoog gewaardeerd – zie onderstaande tabel. Tabel 8

Opwekrendementen volgens NEN 2916.

Koudeleverancier

ηopw;koel

compressiekoelmachine

4 ηel

absorptiekoelmachine −

op warmtelevering door derden

0,7 ηequiv;verw;wd

−

op WK

1,0 εwk;th

koudeopslag

12 ηel

warmtepomp in zomerbedrijf

5 ηel

Voor het globaal ontwerp zijn deze cijfers bruikbaar als het gaat om de afweging tussen bodemkoeling en koelinstallaties. NEN 2916 geeft echter geen onderscheid in koudefactor tussen de verschillende koelinstallaties.

5.5.2

Eurovent labels

Eurovent heeft een label-systeem ontwikkeld voor water- of luchtgekoelde splitsystemen en packaged units. Hierbij wordt de EER (Energy Efficiency Ratio) bepaald bij vollast in één gegeven testconditie. De resultaten worden in een label van A-G weergegeven, waarbij verschillende criteria gelden voor de verschillende typen koelinstallatie, zoals gegeven in onderstaande tabel.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

24 van 39

Tabel 9

Eurovent labels voor koelinstallaties. Air-cooled

Water-cooled

Energy Efficiency Class

Split and multi-split appliances

Packaged units

Split and multi-split appliances

Packaged units

A

3.20 < EER

3.00 < EER

3.60 < EER

4.40< EER

B

3.20 > EER > 3.00

3.00 > EER > 2.80

3.30 > EER > 3.30

4.40 > EER > 4.10

C

3.00 > EER > 2.80

2.80 > EER > 2.60

3.30 > EER > 3.10

4.10 > EER > 3.80

D

2.80 > EER > 2.60

2.60 > EER > 2.40

3.10 > EER > 2.80

3.80 > EER > 3.50

E

2.60 > EER > 2.40

2.40 > EER > 2.20

2.80 > EER > 2.50

3.50 > EER > 3.20

F

2.40 > EER > 2.20

2.20 > EER > 2.00

2.50 > EER > 2.20

3.20 > EER > 2.90

G

2.20 > EER

2.00 > EER

2.20 > EER

2.90 > EER

Voor onze toepassing zou een vertaling naar een jaar-prestatie gewenst zijn. Hiervoor is echter nog geen Nederlandse methode beschikbaar. Ook de in ontwikkeling verkerende Europese EPN biedt hiervoor geen methode. De classificatie van koelinstallaties volgens dit label is geen harde indicatie voor de classificatie van de jaarprestaties, omdat: − Het deellastgedrag van de installaties sterk uiteen kan lopen. Sommige installaties leveren in deellast vergelijkbare prestaties als in vollast, andere installaties zien hun prestaties in deellast scherp dalen. − De bedrijfscondities over het jaar afhankelijk zijn van het temperatuurnivo van het koelwater (droge koeltoren, natte koeltoren, grondwater) of buitenlucht (geringe of grote opwarming aan de condensor) en van de afgiftetemperaturen, en deze zijn weer bepalend zijn voor de jaarprestaties. Daarnaast geeft de methode geen inzicht in het eventuele hulpenergiegebruik. Tenslotte dient vermeld te worden dat de fabrikanten zelf bepalen in welke klasse hun toestellen vallen, waardoor geen sprake is van onafhankelijke beoordeling. Hierdoor is het nog niet goed mogelijk om voor het globaal of gedetailleerd ontwerp volgens dit labelsysteem aanbevelingen te doen voor de te verwachten jaarprestaties.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

25 van 39

5.5.3

Globaal ontwerp

Hieronder wordt een poging gedaan om een eerste, kwalitatief onderscheid te maken tussen de verschillende typen koelinstallatie. In het globaal ontwerp zijn geen specifieke productgegevens beschikbaar, zodat de vraag rijst of er algemene uitspraken kunnen worden gedaan over wezenlijk verschillen tussen de prestaties van typen koelinstallaties. Om de prestaties van een koelinstallatie te karakteriseren zijn drie factoren van belang: − De condities aan de condensor. De uitgaande temperatuur van water, buitenlucht of dauwpunt-temperatuur is hier de bepalende factor. − De condities aan de verdamper. De uitgaande temperatuur van water of lucht is hier de bepalende factor. − De energetische kwaliteit van de koelinstallatie, inclusief hulpenergie aan de condensorzijde. Deze kan worden uitgedrukt in het carnotrendement, dat overigens kan variëren met de bedrijfscondities: temperaturen aan verdamper en condensor. Hierbij is de vraag of de interne of externe temperaturen worden gebruikt. De interne temperaturen (van het koelmiddel) zijn theoretisch het meest correct maar het meest praktisch zijn de externe, uitgaande temperaturen. Het temperatuurverschil tussen intern en externe temperaturen wordt bepaald door het VO van de warmtewisselaar en loopt sterk uiteen. Voor de invloed van de bedrijfscondities geldt als vuistregel dat de koudefactor met 2% stijgt als de uitgaande verdamper- of condensortemperatuur met 1°C stijgt resp. daalt. Van grote invloed op het carnotrendement is het deellastbedrijf, als het compressorvermogen wordt verminderd. Een carnotrendement van 50% of hoger mag als goed worden betiteld; onder 40% als slecht. Het carnotrendement geeft de verhouding tussen de werkelijk behaalde COP of koudefactor en de maximale COP of koudefactor volgens de thermodynamica. De definitie van het carnotrendement is: ηcarnot = COP / COPcarnot COPcarnot = (273,15 + Tv) / (Tc - Tv) Waarbij Tv Verdampertemperatuur in °C Tc Condensortemperatuur in °C

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

26 van 39

Hieronder worden deze aspecten besproken voor de verschillende typen koelinstallatie. Water-koelinstallaties − De condities aan de condensor. In de regel worden alle systemen zo ontworpen dat een opwarming aan de condensor met zo’n 5 K optreedt: Hieronder worden de condities aan de condensor besproken voor de verschillende typen: − Met luchtgekoelde condensor. De ingaande luchttemperatuur is de buitenluchttemperatuur; de uitgaande temperatuur is afhankelijk van de luchtstroming over de condensor en de afgegeven warmte van de koelinstallatie. Een geringe opwarming is gunstig voor de koudefactor maar vergt een grotere luchtstroming en een groter ventilatorvermogen. De opwarming van de buitenlucht door de huidige installaties ligt tussen 7 en 15°C. − Met verdampingscondensor. Door de adiabatische verdamping van het water in de koeltoren worden condensortemperaturen bereikt die 5 tot 10 K lager liggen dan bij een luchtgekoelde condensor. − Met watergekoelde condensor en droge koeltoren. De luchtcondities aan de droge koeltoren zijn gelijk aan die van een luchtgekoelde condensor maar door het extra watercircuit zullen de temperaturen aan de condensor 2 – 5 K hoger liggen dan bij een luchtgekoelde condensor. − Met watergekoelde condensor en natte koeltoren. De natte koeltoren levert temperaturen die vergelijkbaar zijn met die van een verdampingscondensor. Door het extra watercircuit wordt dit effect enigszins tenietgedaan. − Met watergekoelde condensor en grondwater. Hiermee worden optimale condities bereikt omdat grondwater bij temperaturen van 10 - 15°C beschikbaar is – aanzienlijk lager dan de buitenlucht. − De condities aan de verdamper. Van oudsher worden water-koelsystemen ontworpen en bedreven op 6-12°C. Daarnaast worden zogenaamde hoge temperatuur koelsystemen toegepast die op 12-18 worden ontworpen en bedreven. − De energetische kwaliteit van de koelinstallatie, inclusief hulpenergie aan de condensorzijde. Een deel van de installaties wordt aan/uit geregeld, zodat deellastgedrag geen rol speelt. De carnot factor kan sterk uiteenlopen van onder 40 tot boven 50%. Een deel van de installaties wordt in deellast geregeld. Hierdoor kan de carnot factor nog verder uiteenlopen dan van aan/uit geregelde installaties van 30 tot boven 50%.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

27 van 39

Splitsystemen − De condities aan de condensor. De ingaande luchttemperatuur is de buitenluchttemperatuur; de uitgaande temperatuur is afhankelijk van de luchtstroming over de condensor en de afgegeven warmte van de koelinstallatie. Een geringe opwarming is gunstig voor de koudefactor maar vergt een grotere luchtstroming en een groter ventilatorvermogen. De opwarming van de buitenlucht door de huidige installaties ligt tussen 7 en 15°C. Buitenlucht heeft als nadeel dat de temperatuur hoger wordt bij oplopende koelvraag, waardoor de laagste koudefactor bereikt wordt bij de hoogste koelbehoefte. − De condities aan de verdamper. De ingaande luchttemperatuur is de binnenluchttemperatuur die tijdens koelbedrijf rond of boven de 24°C zal liggen; de uitgaande temperatuur is afhankelijk van de luchtstroming over de verdamper en het koelvermogen van de koelinstallatie. Een geringe afkoeling is gunstig voor de koudefactor maar vergt een grotere luchtstroming en een groter ventilatorvermogen. De afkoeling van de binnenlucht door de huidige installaties ligt tussen 8 en 15°C. − De energetische kwaliteit van de koelinstallatie, inclusief hulpenergie aan de condensorzijde. − Een deel van de single-split installaties worden aan/uit geregeld, zodat deellastgedrag geen rol speelt. De carnot factor kan sterk uiteenlopen van onder 40 tot boven 50%. − De meeste multi-split installaties worden in deellast geregeld. Hierdoor kan de carnot factor nog verder uiteenlopen dan voor single-split installaties. De multi-split installaties die tegelijkertijd kunnen verwarmen en koelen bieden mogelijkheden tot energiebesparing in gebouwen waar regelmatig gelijktijdig warmte- en koelbehoefte optreedt. Of dit in veel gebouwen in grote mate optreedt is zeer de vraag. − koudefactor waarden. Voor een multi-split systeem van Daikin is door TNO een gelijkwaardigheidsverklaring afgegeven met een koudefactor van 5,37 voor de koeling [9]. Toepassing van een inverter (elektronische frequentieregeling) in combinatie met een elektronisch expansieventiel wordt gewaardeerd met een ophoging van de koudefactor met een half tot heel punt. Op basis van het voorafgaande kunnen we de volgende richtwaarden geven voor de koudefactor, als wordt uitgegaan van een identiek presterende koelinstallatie voor de verschillende uitvoeringen.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

28 van 39

Tabel 10

Richtwaarden koudefactor


Referentie

Compressor toerenregeling & elektronisch expansieventiel

HT afgifte (extra Kf)

Water-koelinstallaties met compressorkoeler −

Met luchtgekoelde condensor

3,5

4

+1

−

Met verdampingscondensor

4,5

5

+1

−

Met watergekoelde condensor en droge koeltoren

3,0

3,5

+1

−

Met watergekoelde condensor en natte koeltoren

4,5

5

+1

−

Met watergekoelde condensor en grondwater

6-8

8 – 10

+3

Water-koelinstallaties met absorptiekoeler −


-1

nvt

-1

−


-1

nvt

-1

−


-1

nvt

-1

−


-1

nvt

-1

3

4,5

nvt

3,5

5

nvt

Splitsystemen −

Single-split

−

Multi-split −


−


3

4,5

nvt

−


4

5,5

nvt

−


6–8

8 - 10

+3

3

4

nvt

DX in luchtbehandelingskast 1

Onvoldoende beschikbare gegevens voor representatieve waarde

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

29 van 39

5.5.4

Gedetailleerd ontwerp

Bij de selectie van een specifieke koelinstallatie zou een beoordeling en keuze op basis van specificaties en gemeten prestaties gewenst zijn. Een dergelijke methode is nog niet beschikbaar maar er zijn enige ontwikkelingen in de richting gaande waarbij wellicht kan worden aangesloten. Deze methode heeft de aandacht bij de lopende ontwikkeling van de norm voor de energieprestatie van airco-installaties in het kader van de EPBD. Voor een beperkt aantal koelinstallaties is een gelijkwaardigheidverklaring opgesteld voor de koudefactor ten behoeve van gebruik in de EPC berekening volgens NEN 2916. Op deze wijze kunnen leveranciers van koelinstallaties met een betere koudefactor dan 4 hun prestaties aantonen. Een eenvoudige methode die wellicht bruikbaar is, is hieronder geschetst. Uitgangspunt zijn de door de fabrikant/leverancier opgegeven prestaties, waaruit het carnotrendement van de koelinstallatie kan worden afgeleid. 1. Met de QuickScan QWP wordt een beperkt aantal koelbehoeftepatronen op jaarbasis gegenereerd, met daarbij de buitentemperatuur. 2. effect distributiesysteem 3. effect koudebron 4. Hiermee wordt voor een constante carnotfactor de koudefactor op jaarbasis bepaald, voor meerdere carnotfactoren (range 40-60%). Afhankelijk van de resultaten levert dit één of meer koudefactoren voor één carnotfactor op (afhankelijk van het koelbehoeftepatroon) 5. Voor een specifieke koudemachine is in de regel voor één meetpunt de prestatie bepaald. Hiermee kan de carnot-factor van de machine (voor dat punt) worden bepaald. 6. Het meest bij de situatie passende koelbehoeftepatroon wordt bepaald. De bij het koelbehoeftepatroon en bij de carnotfactor behorende koudefactor op jaarbasis is voor deze koelmachine van toepassing.

5.6

TEWI berekeningen

Hieronder wordt een gevoeligheidsanalyse gegeven voor drie variabelen op de TEWI, waarbij wordt uitgegaan van een aantal gebouwvarianten met referentieinstallatie. De variabelen zijn: − Ontwerpvermogen. − Koudemiddel. − Koudefactor. De resulterende TEWI is bepaald voor een aantal gebouwen installatievarianten. Om te beginnen is uitgegaan van de gebouwvarianten uit hoofdstuk 3, voorzien van een referentie koelsysteem met de volgende specs.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

30 van 39

Tabel 11

Specs referentie koelsysteem

Distributierendement systeem

90%

Koudefactor koelinstallatie

4

Koudemiddel

R134a

Koudemiddelinhoud

0,25 kg per kW koelvermogen

Verliesfractie

2,5%

Ontwerpvermogen

Berekend piekvermogen

In Figuur 7 zijn de resulterende waarden van de specifieke TEWI weergegeven. Het aandeel direct is 4 – 6 %, waarbij de koelvraag en TEWI recht evenredig zijn.

400

20.0

300

15.0

200

10.0

100

5.0

0

TEWI [kg CO2/jr/m2]

Specifieke koelvraag [MJ/jr/m2]

Specifieke koelvraag en TEW I voor varianten kantoorgebouw en zorgcentrum

Koelvraag [MJ/jr/m2] TEWI [kg CO2/jr/m2]

0.0 K1

K2

K3

K4

K5

K6

K7

K8

Z1

Z2

V ariante n k antoorge bouw (K*) e n zorgce ntrum (Z*)

Figuur 7

Specifieke koelvraag en TEWI voor gebouwvarianten met referentie koelsysteem.

Vervolgens is deinvloed van het ontwerpvermogen op de TEWI onderzocht. Aanvankelijk is dit ontwerpvermogen gelijk gesteld aan het berekend piekvermogen dat uitkomt tussen 46 en 105 W/m2. Hierna is het ontwerpvermogen op een vaste waarde van 100 W/m2 gesteld; gemiddeld hoger dan het piekvermogen en daardoor een grotere koelmiddelinhoud. De berekende TEWI stijgt bij een vaste waarde marginaal (Figuur 8) en het aandeel direct ligt tussen 4 en 11 %.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

31 van 39

TEWI voor variante n k antoorge bouw voor tw e e nivo's ontw e rpve rm oge n 20,0 18,0

Specifieke TEWI [kg CO2/jr/m2]

16,0 14,0 12,0 Ontw erpvermogen = piekvermogen

10,0 8,0 6,0

Ontw erpvermogen = 100 W/m2 BV O

4,0 2,0 0,0 K1

K2

K3

K4

K5

K6

K7

K8

V ariant k antoorge bouw

Figuur 8

TEWI voor twee nivo’s ontwerpvermogen.

Vervolgens is de invloed van het koudemiddel onderzocht door R134a te vervangen door R410a. De TEWI stijgt marginaal (Figuur 9) en het aandeel direct ligt tussen 6 en 9 %.

TEWI voor variante n k antoorge bouw voor R134a e n R410a 20,0 18,0


16,0 14,0 12,0

R134a

10,0

R410a

8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 K1

K2

K3

K4

K5

K6

K7

K8

V ariant k antoorge bouw

Figuur 9

TEWI voor twee koudemiddelen.

Tenslotte is de invloed van de koudefactor onderzocht, waarbij de meeste waarden uit Tabel 10 en de waarde voor bodemkoeling zijn gebruikt. De effecten zijn zoals te verwachten vrij groot, zoals te zien is in Figuur 10.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

32 van 39

TEWI voor variant k antoorge bouw K2 e n dive rs e k oude factore n.


10,0 8,0 6,0 4,0 2,0

g)

8

Figuur 10

Kf

V ariant COP

=

12

(b

od

em

ko e

Kf

l in

=

5 = Kf

Kf

=

4,

5

4 = Kf

Kf

=

3,

5

0,0

TEWI voor uiteenlopende koudefactoren (COP).

Deze resultaten bevestigen eerdere inzichten over de mogelijkheden om de TEWI te verlagen. De belangrijkste optie is: − Toepassing van koelinstallaties met een hoge koudefactor en indien mogelijk gebruik van de bodem als bron voor koeling. De volgende aspecten hebben een bescheiden invloed op de TEWI: − Ontwerpvermogen koelinstallatie. − Koudemiddel.

5.7 −

− − −

Conclusies Voor de koudemiddelinhoud zijn richtwaarden opgesteld die voor het globaal ontwerp kunnen worden gebruikt. Voor het gedetailleerd ontwerp kunnen productgegevens worden gebrukt. Voor het lekverlies zijn richtwaarden opgesteld die voor het globaal en gedetailleerd ontwerp kunnen worden gebruikt. Op basis van de GWP waarden van de koudemiddelen heeft de toepassing van een natuurlijk koudemiddel met een laag GWP de voorkeur. Voor de koudefactor van de koelinstallatie zijn richtwaarden bepaald die voor het globaal ontwerp kunnen worden gebruikt. Voor het bepalen van de koudefactor op jaarbasis voor specifieke koelinstallaties is momenteel geen methode beschikbaar. De door fabrikanten gegeven koudefactoren (zoals voor Eurovent) hebben meestal betrekking op een specifieke beproevingsconditie en de zo verkregen rangschikking hoeft niet overeen te komen met de rangschikking op basis van jaarprestaties.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

33 van 39

6.

Economische beoordeling

6.1

Inleíding

Bij de economische beoordeling en vergelijking van de verschillende koelsystemen treden enige problemen op: − Een aantal maatregelen om de koelbehoefte te verminderen zijn bouwkundig van aard (speciaal glas, zonwering). De eventuele (meer)kosten dienen te worden afgewogen tegen de eventuele baten die ontstaan door: − Lager opgesteld koelvermogen (zowel kleinere koelinstallatie als kleinerdistributie- en afgiftesysteem) − Lager energiegebruik. De omvang van de baten is in hoge mate afhankelijk van het gekozen type koelinstallatie / -systeem en de hierbij te verwachten koudefactor, waardoor geen eenvoudige kosten/baten afweging mogelijk is. Hiervoor kan bijvoorbeeld gebruik gemaakt worden van bestaande tools, zoals de Quickscan warmtepompen. − Toepassing van bodemsystemen heeft tevens gevolgen voor de warmteopwekking, waardoor voor de economische beoordeling een bredere benadering vereist is. Hiervoor kan het best gebruik gemaakt worden van bestaande tools, zoals de Quickscan warmtepompen. − Koelsystemen zijn in de meeste situaties een geïntegreerd onderdeel van de klimatiseringsinstallatie voor ventilatie, verwarming, bevochtiging, ontvochtiging en koeling. Hierdoor kunnen de kosten en baten van het koelsysteem niet alleen aan de koeling worden toegerekend. desondanks wordt hieronder een eenvoudige methodiek gepresenteerd voor de economische beoordeling van de verschillende koelinstallaties

6.2

Globaal ontwerp – keuze koelinstallatie

Als het gebouwontwerp globaal is vastgesteld en de koelbehoefte indicatief is berekend dient de koelinstallatie te worden gekozen. Voor de economische vergelijking van een aantal installatievarianten kan de volgende aanpak worden gevolgd. − Bepaal specifieke koelbehoefte en ontwerp koelvermogen per m2 per jaar. − Bereken nu het specifiek elektrisch verbruik per m2 per jaar voor uiteenlopende koelinstallaties en de bijbehorende koudefactor (zoals bijvoorbeeld in Figuur 10). − Bereken nu de kosten van het elektrisch verbruik voor uiteenlopende koelinstallaties en de bijbehorende koudefactor. − Deze kosten kunnen nu worden afgezet tegen de specifieke investeringskosten van de verschillende typen koelinstallatie. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van een referentie-installatie, waarbij alleen de meerkosten/baten ten opzichte van de referentie worden bepaald.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

34 van 39

Hieronder is een voorbeeld gegeven van een dergelijke berekening. Tevens is een tabel gegeven voor de investeringskosten van de verschillende koelinstallaties. Tabel 12

Demo economische beoordeling varianten koelinstallatie ref

Variant koudefactor

Herkomst

3,5

4

4,5

5

8

12

gegevens

1510

1510

1510

1510

1510

1510

Tabel 2 Tabel 4, K2

Indirecte CO2 emissie Bruto vloeroppervlak [m2] Piekvermogen [kW]

75

75

75

75

75

75

205200

205200

205200

205200

205200

205200

Tabel 4, K2

Rdistr;koel [-]

0,90

0,90

0,90

0,90

0,90

0,90

Hoofdstuk 4

koudefactor [-]

3,50

4,00

4,50

5,00

8,00

12,00

Tabel 10

Elektrisch verbruik [kWh/jr]

18095

15833

14074

12667

7917

5278

Ropw;koel [-]

1,365

1,560

1,755

1,950

3,120

4,680

Qprim;koel [MJ/jr]

167033

146154

129915

116923

73077

48718

Eindir [ton CO2/jr]

11,0

9,7

8,6

7,7

4,8

3,2

19

19

19

19

19

0

Paragraaf 5.2

0,020

0,020

0,020

0,020

0,020

n.v.t.

Paragraaf 5.3

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,0

11,5

10,1

9,1

8,2

5,3

3,2

7,6

6,7

6,0

5,4

3,5

2,1

760

760

760

760

760

760

Qbeh;koel [MJ/jr]

Directe CO2 emissie Mkm [kg koudemiddel] Vkm [verliesfractie] Edir [ton CO2/jr] Totale CO2 emissie TEWI [ton CO2/jr] TEWI [kg CO2/jr/m2] Specifieke gegevens naar Piekvermogen Draaiuren [hr/jr] Elektrisch verbruik [kWh/jr/kW]

241

211

188

169

106

70

Primaire energie [MJ/jr/kW]

2227

1949

1732

1559

974

650

TEWI [ton CO2/jr/kW]

0,154

0,135

0,121

0,110

0,071

0,043

96%

95%

95%

94%

91%

100%

4%

5%

5%

6%

9%

0%

Aandeel Emissies Indirect [% TEWI] Direct [% TEWI] Economische beoordeling Kosten E-verbruik [Euro/jr/m2]

1,98

1,73

1,54

1,38

0,87

0,58

Kosten E-verbruik [Euro/jr/kW] Besparing kosten E tov ref [Euro/jr/kW] Investeringsruimte tov ref – TVT = 3 jr [Euro/kW] Investeringsruimte tov ref – TVT = 5 jr [Euro/kW]

39,81

34,83

30,96

27,87

17,42

11,61

-4,98

0,00

3,87

6,97

17,42

23,22

-14,93

0,00

11,61

20,90

52,25

69,67

-24,88

0,00

19,35

34,83

87,08

116,11

Meerinvestering tov ref [Euro/kW] (demo bedragen)

-10,00

0,00

15,00

35,00

80,00

100,00

Kosten/baten tov ref [Euro/kW]

-14,88

0,00

4,35

-0,17

7,08

16,11

Toelichting: Witte vakken zijn invoer waarden; gekleurde vakken zijn berekende waarden. De gehanteerde elektriciteitsprijs bedraagt 0,165 Euro/kWh, zoals gangbaar voor kleine tot middelgrote kantoren.

400 - 600 800 - 1300 700 - 1200

700 - 1200

500 - 900

1000 - 1500

nvt

nvt − Met watergekoelde condensor en natte koeltoren

150 - 200

700 - 1200

700 - 1200

800 - 1300

nvt

nvt

nvt

nvt

nvt

700 - 1200

700 - 1200

800 - 1300

nvt

260-150

260-150

nvt

nvt

200-100

nvt

nvt

nvt

nvt

nvt

nvt

nvt

nvt

30-40/ kW

200-50/ kW

nvt

nvt

700-200/kW

30-40/ kW

nvt

nvt

700-200/kW

1300-1500 /m

200-50/ kW 30-40/ kW

13000

13000

8450

8450

12360

5750 8050

3750

50 - 100

nvt

nvt

2700

480

1580

5200

nvt

nvt

nvt

2700

480

280

2700

1580 1% van investering 1580 1% van investering

1580

1580 1580

1580

vaste kosten regeltechnieke onderhoud onderhoud uro compr.machine koeltoren euro /bodem euro

TNO-B&O-A − R 2005/294

* = Investering is inclusief distributienet montage van roosters en regeling

200 - 300

nvt

nvt

400

nvt

nvt

DX in luchtbehandelingskast

nvt

nvt

nvt

nvt

− Met watergekoelde condensor en droge koeltoren − Met watergekoelde condensor en natte koeltoren − Met watergekoelde condensor en grondwater Splitsystemen* − Single-split − Multi-split − Met luchtgekoelde condensor − Met watergekoelde condensor en droge koeltoren

400-100

nvt

200-100

400-100 600-100

nvt 200-100

nvt nvt

groot vermogen koeltoren, euro/kW > bodemvoorziening 500 kW euro

niet beschikbaar 400-100

600-100

> 600

niet beschikbaar nvt

> 600

Variabele kosten Zeer klein Klein vermogen Middengroot vermogen machine euro/kW euro/kW euro/kW < < 20 kW 8 kW

Tabel 13

− Met verdampingscondensor − Met watergekoelde condensor en droge koeltoren − Met watergekoelde condensor en natte koeltoren − Met watergekoelde condensor en bodemwisselaar − Met watergekoelde condensor en aquifer Water-koelinstallaties met absorptiekoeler − Met luchtgekoelde condensor nvt

Water-koelinstallaties met compressorkoeler − Met luchtgekoelde condensor


TNO-rapport

35 van 39

Investeringskosten koelinstallaties in Euro/kW koelvermogen (bron: Deerns).

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

36 van 39

6.3

Gedetailleerd ontwerp

Voor het gedetailleerd ontwerp kunnen de werkelijke kosten van de geselecteerde systemen en componenten worden gebruikt.

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

37 van 39

7.

Conclusies en aanbevelingen

Conclusies − Met het geschetste stappenplan en de bijbehorende berekeningswijze van de TEWI kan de reductie van broeikasgassen van stationaire airco-installaties in utiliteitsbouw worden bereikt en aangetoond. − De belangrijkste opties om de koelbehoefte te verlagen zijn: − Toepassing van zonwering. − Vermindering glasoppervlak als geen zonwering wordt toegepast – bij toepassing van zonwering is het glasoppervlak minder relevant. − Vermindering van de interne last, b.v. door gebruik energiezuinige verlichting en slimme schakeling. Door de interactie tussen de belangrijkste variabelen op de koelbehoefte is het niet goed mogelijk op eenvoudige wijze de omvang van het besparingseffect van de verschillende maatregelen te geven. In plaats daarvan dient per ontwerp met de geëigende hulpmiddelen een berekening te worden gemaakt om de mogelijkheden tot vermindering van de koelbehoefte. − Vooralsnog kan op basis van NEN 2916 een indicatie van het systeem- of distributierendement voor de verschillende typen koelsysteem te geven. Voor systemen waarin de norm niet voorziet wordt een rendement van 90% aangehouden. − Voor de koudemiddelinhoud van koelinstallaties zijn richtwaarden opgesteld die voor het globaal ontwerp kunnen worden gebruikt. Voor het gedetailleerd ontwerp kunnen productgegevens worden gebrukt. − Voor het lekverlies van koelinstallaties zijn richtwaarden opgesteld die voor het globaal en gedetailleerd ontwerp kunnen worden gebruikt. − Op basis van de GWP waarden van de koudemiddelen heeft de toepassing van een natuurlijk koudemiddel met een laag GWP de voorkeur. − Voor de koudefactor van de koelinstallatie zijn richtwaarden bepaald die voor het globaal ontwerp kunnen worden gebruikt. Voor het bepalen van de koudefactor op jaarbasis voor specifieke koelinstallaties is momenteel geen methode beschikbaar. De door fabrikanten gegeven koudefactoren (zoals voor Eurovent) hebben meestal betrekking op een specifieke beproevingsconditie en de zo verkregen rangschikking hoeft niet overeen te komen met de rangschikking op basis van jaarprestaties. Aanbevelingen Uitwerking van deze zaken in een richtlijn. Hiervoor is door TNO een eerste versie ontwikkeld (TNO-rapport B&O-A R 2005-295).

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

38 van 39

8.

Referentie

1. NEN 2916 – Energieprestatie van utiliteitsgebouwen - Bepalingsmethode NEN, Delft, december 2001 2. Toetsingsinstrument met betrekking tot maatregelen om het broeikaseffect te reduceren van koudemiddelen in koelinstallaties en warmtepompen Fase 1: het ontwikkelen van een raamwerk Verwoerd, Mw. M. TNO, Apeldoorn, juli 2000 3. Toetsingsinstrument met betrekking tot maatregelen om het broeikaseffect te reduceren van koudemiddelen in koelinstallaties en warmtepompen Fase 2: nadere uitwerking en invulling Verwoerd, Mw. M. TNO, Apeldoorn, juli 2001 4. Toetsingsinstrument met betrekking tot maatregelen om het broeikaseffect te reduceren van koudemiddelen in koelinstallaties en warmtepompen Fase 3: Praktische invulling raamwerk Verwoerd, Mw. M. TNO, Apeldoorn, mei 2002 5. Herziene versie - Aanvulling Bouwwijzer koelen vrieshuizen (R2004/530) A.J. Mieog, M. Verwoerd TNO, Apeldoorn, november 2004 6. Koudemiddelgebruik Nederland – rapportage op basis van het Nationaal Onderzoek Koudemiddelstromen – nulmeting over 1999 voor het HFK-beleid in de koudetechniek (NOKS) E.A.A. de Baedts e.a. STEK, Utrecht, 2001 7. Quick-scan warmtepompen 8. Leergang ontwerpen van koelinstallaties (3e druk) Prof.ir. A.J. Stolk e.a. Uitgeverij Noordervliet BV, Utrecht, mei 1991 9. Gelijkwaardigheidsverklaring - Systeemrendement voor verwarming en koeling van het Daikin VRV inverter heatpump systeem M-serie – voor gebruik in NEN 2916. ir. N.R. Bootsveld TNO, Apeldoorn, december 2003

TNO-rapport

TNO-B&O-A − R 2005/294

39 van 39

9.

Verantwoording

Naam en adres van de opdrachtgever:

SenterNovem t.a.v. Maus Dieleman Postbus 8242 3503 RE Utrecht

Namen en functies van de projectmedewerkers:

ir. J. van Wolferen mw M. Verwoerd ir. C.P.J.M. Geelen

Namen van instellingen waaraan een deel van het onderzoek is uitbesteed:

-

Datum waarop, of tijdsbestek waarin, het onderzoek heeft plaatsgehad:

Januari – oktober 2005

Ondertekening:

Goedgekeurd door:

ir. J. van Wolferen projectleider

Ing. A.A.L. Traversari MBA afdelingshoofd

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

1 van 5

Bijlage 1

Bijlage 1

Projectomschrijving

Probleemstelling Koelinstallaties in de utiliteitsbouw leiden tot broekasgasemissies, met als belangrijkste factoren: − Indirect: 80 – 90 % door emissies t.g.v. het energiegebruik van de koelmachine; − Direct: 10 – 20 % door lekkage van het koudemiddel . Gezien het Kyoto verdrag is reductie van deze emissies vereist. Om reductie van broeikasgasemissies te bevorderen is een aanpak gewenst die zich richt op deze factoren: − reductie energiegebruik voor koeling volgens trias energetica: - beperken koudebehoefte, - opwekken met duurzame bronnen, - verhogen rendement koudeopwekkers. − reductie van de bijdrage van lekkage door gebruik van koudemiddelen zonder broeikaseffect. Voor het beperken van de koudebehoefte zijn reeds uiteenlopende ontwerpinstrumenten (ISSO 37, VA 114) en beoordelingsinstrumenten (NEN 2916) beschikbaar. Voor het ontwerp van de installatie (zowel opwekking als distributie, afgifte en regeling) is nog geen samenhangende ontwerpmethodiek beschikbaar. Een aantal instrumenten verdient vermelding, zoals ISSO 43 en ISSO 44, de BOA-aanpak voor de globale opbouw van de installatie en de EOS-methode voor optimale instelling van de klimaatinstallatie. Voor de beoordeling is ook hier de NEN 2916 beschikbaar. Deze norm geeft een vrij gedetailleerde differentiatie naar distributiesysteem voor de verliezen. Voor de opwekking is een indeling beschikbaar die nauwelijks onderscheid maakt naar type koudemachine. De inzet van de bodem voor koeling wordt in de NEN 2916 hoog gewaardeerd. Voor de reductie van de bijdrage van lekkage zijn nu geen ontwerpen beoordelingsinstrumenten beschikbaar. Gezien de doelstelling van de ROB-regeling is de ontwikkeling van een tool voor voorlichting en ondersteuning van de doelgroep (gebouweigenaren/beslissers, bouwadviseurs, installatiebureaus ) tijdens het keuze proces gewenst. Dit gereedschap is bedoeld voor gebruik in de initiatief en globale ontwerpfase als nog weinig gedetailleerde projectgegevens beschikbaar zijn. In eerste instantie wordt de ontwikkeling van een richtlijn (GPG – Good Practise Guidance) beoogd, waarin zonodig rekenschema’s worden opgenomen. Op basis van een technisch rapport wordt een brochure opgesteld. Eventueel kan ondersteunende software ontwikkeld worden. Hierbij wordt de meeste aandacht gericht op de koudeopwekinstallatie.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

2 van 5

Bijlage 1

Voor de beoordeling van de broekasgasemissies wordt de TEWI (Total Equivalent Warming Impact) aanpak gevolgd, waarbij zowel de emissie t.g.v. lekkage van het koudemiddel als de emissie t.g.v. het energiegebruik van de koelmachine wordt meegenomen. In de utiliteitsbouw kunnen voor de klimatisering (koeling) in de zomer uiteenlopende systemen worden toegepast: − grote (semi)fabrieksklare stationaire koelmachines, gekoppeld aan een traditioneel airconditioningsysteem; − kleine tot middelgrote single/multi-splitsystemen met koelmachine/warmtepomp; − duurzame koeling uit de bodem (aquifers, energiepalen), in combinatie met warmtepompen. Het grootste deel van de koelmachines komt “uit de folder” waardoor de mogelijkheden voor variaties in de uitvoering, het koudemiddel e.d. minder goed mogelijk zijn. Voor deze koelmachines is de methode die gevolgd is in de GPG Koel- en vrieshuizen minder geschikt en zou een methode om de jaarprestatie op basis van gemeten prestaties meer geschikt zijn. Een dergelijke methode is nog niet beschikbaar maar er zijn enige ontwikkelingen in de richting gaande waarbij wellicht kan worden aangesloten. Doelstelling Ontwikkeling van een keuzemethodiek in de vorm van een brochure/richtlijn (GPG) voor stationaire airco-installaties in utiliteitsbouw met het oog op de reductie van broeikasgassen. De keuzemethodiek beperkt zich vooralsnog tot de koelfunctie van klimaatinstallaties in middelgrote en grotere kantoorgebouwen, zorgcentra en verpleeghuizen, voor zover verzorgd met grotere, deels ter plekke gefabriceerde koelinstallaties, kleine tot middelgrote single/multi-splitsystemen met koelmachine/warmtepomp of duurzame koeling uit de bodem (aquifers, energiepalen), in combinatie met warmtepompen. De keuzemethodiek is bedoeld voor gebruik in de initiatief en globale ontwerpfase als nog weinig gedetailleerde projectgegevens beschikbaar zijn en moet resulteren in concrete aanbevelingen in het Programma van Eisen en voor het bestek. De methodiek dient waar mogelijk aan te sluiten bij bestaande, op energiebesparing gerichte methodieken, zoals EPN, EPBD-instrumentarium en de quick-scan warmtepompen. Doelgroep De keuzemethodiek is bedoeld voor gebouweigenaren/beslissers, bouwadviseurs, installatiebureaus.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

3 van 5

Bijlage 1

Resultaten De projectresultaten zijn: − Een achtergrondrapport (technische studie) met onderbouwing van de brochure. - Inventarisatie modelgebouwen/categorieën. - Inventarisatie actueel relevante koelsystemen. - Uitgangspunten en GPG rekenresultaten (tabellen en/of grafieken). - GPG keuzemethodiek met rekenvoorbeelden. − Uitgewerkt concept van de brochure plus kostenraming voor de uit te brengen brochure. − Voorstellen voor eventuele verdere toolontwikkeling (software/CD-ROM). − Plan van aanpak voor de communicatie. Werkzaamheden, werkwijze(n) Werkzaamheden − Algemene methodiekontwikkeling De methode richt zich op twee factoren: - reductie energiegebruik voor koeling volgens trias energetica (beperken koudebehoefte, opwekken met duurzame bronnen, verhogen rendement koudeopwekkers). - reductie van de bijdrage van lekkage door gebruik van koudemiddelen zonder broeikaseffect. De methode wordt uitgewerkt in o.a. de vorm van een stappenplan, ondersteund door een formulier waarin de gegevens worden vastgelegd. Dit formulier kan indien gewenst in de vorm van software worden uitgevoerd (geen onderdeel van deze offerte). − Gebouwtype en koelbehoefte Voor de genoemde typen utiliteitsbouw wordt een inventarisatie van relevante modelgebouwen / categorieën opgesteld. Hiervoor wordt de specifieke koelbehoefte bepaald met de “Quickscan warmtepompen”, voor een beperkt aantal gebouweigenschappen. Hiermee kan de gebruiker van de methode de jaarlijkse koelvraag bepalen, op basis van een beperkt aantal gebouwgegevens. − Type distributiesysteem en installatieregeling Hiervan wordt een inventarisatie opgesteld, met een indicatie van mogelijke energetische effecten. Waar mogelijk wordt gebruik gemaakt van de BOAaanpak voor de globale opbouw van de installatie en de EOS-methode voor optimale instelling van de klimaatinstallatie. − Type koelmachine en bepaling TEWI - Inventarisatie actueel relevante koelmachines. - Bepalen directe emisies t.g.v. lekkage koudemiddel voor alle relevante koudemiddelen.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

4 van 5

Bijlage 1

-

−

Bepalen energetische prestatie. Hiervoor kunnen twee methoden worden gevolgd. De methode die gevolgd is in de GPG Koel- en vrieshuizen. Het grootste deel van deze koelmachines komt “uit de folder” waardoor de mogelijkheden voor variaties in de uitvoering, het koudemiddel e.d. minder goed mogelijk zijn. Voor deze koelmachines is deze methode minder geschikt. Methode op basis van gemeten prestaties. Een dergelijke methode is nog niet beschikbaar maar er zijn enige ontwikkelingen in de richting gaande waarbij wellicht kan worden aangesloten. Deze methode heeft de aandacht bij de lopende ontwikkeling van de norm voor de energieprestatie van airco-installaties in het kader van de EPBD. Vooralsnog wordt in de offerte uitgegaan van de door de opdrachtgever gewenste eerste methode. Indien gewenst kan de andere methode worden gevolgd (niet begroot). Na het berekenen van de energetische prestatie (COP op jaarbasis) wordt het energieverbruik en de bijbehorende emissie voor het geselecteerde gebouw bepaald. - Bepalen totaal effect (TEWI) Gegevens voor bepalen economische gevolgen Voor de verschillende kostenposten van koelmachines (investeringen, energie, onderhoud) worden richtwaarden gegeven op basis van beschikbare gegevens van fabrikanten (investeringen) en energietarieven.

Werkwijze De werkzaamheden worden gefaseerd uitgevoerd waarbij de resultaten van de eerste drie fases worden besproken met de door SenterNovem in te stellen begeleidingscommissie. 1. Startdocument Het betreft hier een verdere uitwerking van de hier gepresenteerde aanpak plus: - de inventarisaties van gebouwtypen, distributiesysteem, installatieregeling en koelmachines. - Een uitwerking van de te volgen methodiek om de hiervoor vereiste gegevens te bepalen. Op basis van de commentaren uit de begeleidingscommissie en van de opdrachtgever wordt de aanpak aangepast. 2. Eerste resultaten van technische studie. Op basis van het startdocument wordt de technische studie uitgevoerd en gerapporteerd. 3. Eindconcept technische studie, opzet brochure, overige vervolgacties De technische studie wordt afgerond en de opzet van de brochure uitgewerkt. Tevens worden voorstellen voor eventuele verdere toolontwikkeling gepresenteerd.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

5 van 5

Bijlage 1

4. Beoordeling en presentatie methodiek De methode wordt in praktijk toegepast door Deerns raadgevende ingenieurs. De ervaringen die hierbij worden opgedaan worden verwerkt in de methodiek. De presentatie kan voor een groter publiek worden verzorgd in bijvoorbeeld een workshop of lezingendag. Tijdplanning De tijdplanning is hieronder gegeven, uitgaande van een startdatum rond 1 december. dec

jan

feb

mrt

apr

mei

1. Startdocument 2. Eerste resultaten van technische studie 3. Eindconcept technische studie etc. 4. Beoordeling en presentatie methodiek De Beoordeling en presentatie van de methodiek kan uitlopen. Randvoorwaarden en risico’s Een randvoorwaarde is de beschikbaarheid van relevante gegevens voor de verschillende onderdelen in deze studie. Gezien de doelstelling, levertijd en budget is er geen mogelijkheid om nieuwe kennis of methoden te ontwikkelen. Subcontractanten Niet van toepassing. Overleg en samenwerkingsstructuur De opzet, uitvoering en rapportage van de opdracht gebeurt na afstemming met de begeleidingscommissie. SenterNovem organiseert deze begeleidingscommissie. Rapportage Zie onder resultaten. Voor de bijeenkomsten van de begeleidingscommissie worden de onder werkwijze genoemde bijdragen geleverd. Kennisoverdracht Deze wordt verzorgd in de contactgroep en in de geplande presentatie in een workshop of lezingendag. Daarnaast kan desgewenst op andere manieren de kennisoverdracht worden verzorgd (niet begroot).

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

1 van 1

Bijlage 2

Bijlage 2

Formulier spreadsheet voor berekening TEWI

De TEWI van een koelinstallatie wordt als volgt berekend. Variant

Variabele / formule

Algemene gegevens Bruto vloeroppervlak [m2]

BVO

Indirecte CO2 emissie Jaarlijkse netto koudebehoefte van gebouw [MJ/jr]

Qbeh;koel

Distributierendement van het koelsysteem [-]

Rdistr;koel (forfaitair 0,90)

Koudefactor van het koelsysteem op jaarbasis [-] Kf Ropw;koel = Kf * 0,39 (elektrisch) Opwekrendement van de koelinstallatie op bw [-] Ropw;koel = Kf (gasgestookt) Jaarlijkse primair energiegebruik t.b.v. koeling van gebouw [MJ/jr] Qprim;koel = Qbeh;koel * Rdistr;koel * Ropw;koel Eindir = 0,066 * Qprim;koel / 1000 (elektrisch) Indirecte CO2 emissie [ton CO2/jr]

Eindir = 0,056 * Qprim;koel / 1000 (gas)

Directe CO2 emissie Nominaal koelvermogen [kW]

Pnom;koel

Koudemiddel GWP van het koudemiddel [kg CO2/kg koudemiddel]

GWPkm

Specifieke koudemiddelinhoud [kg/kW]

Mkm;spec

Koudemiddelinhoud [kg koudemiddel]

Mkm = Pnom;koel * Mkm;spec

Verlies koudemiddel per jaar als aandeel van de totale koudemiddelinhoud

Vkm

Directe CO2 emissie [ton CO2/jr]

Edir = Mkm * Vkm * GWPkm / 1000

Totale CO2 emissie TEWI [ton CO2/jr]

TEWI = Eindir + Edir


TEWIspec = 1000 * TEWI / BVO

De inhoud van de gemarkeerde velden wordt berekend; de andere velden zijn de invoervelden.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

1 van 7

Bijlage 3

Bijlage 3

Systeemrendement voor verwarming en koeling per energiesector volgens NEN 2916

De volgende tekst is afkomstig uit NEN 2916 :2001, inclusief de nummering der paragrafen.

6.7.1

Principe

Het systeemrendement is een maat voor de energieverspilling die enerzijds optreedt door het tegelijk verwarmen en koelen in een energiesector en de optredende energieverliezen door warmte- en koudetransport binnen het gebouw en anderzijds door warmte- en koudeverliezen van distributie- en circulatieleidingen buiten het gebouw. OPMERKING

Onderstaande tabel geeft een overzicht van de gehanteerde terminologie ten aanzien van de samenstelling van het systeemrendement voor verwarming.

Terminologie systeemrendement voor verwarming Omschrijving

Symbool

het systeemrendement voor ruimteverwarming

ηsys;verw

het afgifterendement, waarmee de warmteverliezen van de distributie in de energiesector worden weergegeven

ηafgifte;verw

het circulatierendement, waarmee de warmteverliezen van de (circulatie)leiding in het gebouw buiten de energiesector(en) worden weergegeven

ηcirc;int;verw

het circulatierendement, waarmee de warmteverliezen van de (circulatie)leiding buiten het gebouw maar op het perceel worden weergegeven

ηcirc;ext;verw

het distributierendement, waarmee de verliezen van de (circulatie)leiding van de gebouwgebonden warmtelevering op afstand buiten het gebouw worden weergegeven

ηdistr;verw

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

2 van 7

Bijlage 3

6.7.2

Rekenregel

Bepaal voor alle systemen het systeemrendement voor verwarming, ηsys;verw, met een nauwkeurigheid van twee decimalen, aan de hand van de verliezen binnen het gebouw en de verliezen buiten het gebouw met: ηsys;verw = η(afgifte;verw + circ;int;verw) x η(distr;verw + circ;ext;verw) waarin: η(afgifte;verw + circ;int;verw) is de bijdrage aan de systeemverliezen voor verwarming binnen het gebouw, bepaald volgens 6.7.3; η(distr;verw + circ;ext;verw) is de bijdrage aan de systeemverliezen voor verwarming door leidingen buiten het gebouw, bepaald volgens 6.7.5. OPMERKING

Op grond van de indices kan de relatie tussen de in NEN 2916 gehanteerde systeem- en distributierendementen en die in NEN 5128 worden gelegd.

Bepaal voor alle systemen met koeling het systeemrendement voor koeling, ηsys;koel, met een nauwkeurigheid van twee decimalen, aan de hand van de verliezen binnen het gebouw en de verliezen buiten het gebouw met: ηsys;koel = η(afgifte;koel + circ;int; koel) x 1,0 waarin: η(afgifte;koel + circ;int;koel) OPMERKING

6.7.3

is de bijdrage aan de systeemverliezen voor koeling binnen het gebouw, bepaald volgens 6.7.3; 1,0 is een opgelegde waarde voor het distributierendement en circulatierendement buiten het gebouwdat de koudeverliezen van koelleidingen buiten het gebouw weergeeft.

Systeemverliezen binnen het gebouw

Bepaal voor alle systemen de bijdrage aan het systeemrendement voor verwarming door verliezen binnen het gebouw, (ηafgifte;verw + circ;int; verw), met een nauwkeurigheid van twee decimalen, aan de hand van een vernietigingsfactor en de verhouding warmtebehoefte en koelbehoefte met:

η (afgifte;verw + circ;int;verw) =

1,0 1,0 + a verw + f vern / f beh;verw

Bepaal voor alle systemen met koeling de bijdrage aan het systeemrendement voor koeling door verliezen binnen het gebouw, η(afgifte;koel + circ;int; koel), met een nauwkeurigheid van twee decimalen, aan de hand van een vernietigingsfactor en de verhouding warmtebehoefte en koelbehoefte met:

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

3 van 7

Bijlage 3

η ( afgifte;koel+ circ;int;koel) = waarin : fvern fbeh;verw fbeh;koel averw akoel

1,0 1,0 + a koel + f vern / f beh;koel

is de factor voor vernietiging van energie ten gevolge van gelijktijdig koelen en verwarmen, ontleend aan tabel 17; is de fractie van de warmtebehoefte t.o.v. de totale behoefte van verwarming en koeling, bepaald volgens 6.7.3.2; is de fractie van de koelbehoefte t.o.v. de totale behoefte van verwarming en koeling, bepaald volgens 6.7.3.1; is de factor voor de leidingverliezen, kanaalverliezen en regeling van het distributiesysteem voor verwarming, ontleend aan tabel 17; is de factor voor de leidingverliezen, kanaalverliezen en regeling van het distributiesysteem voor koeling, ontleend aan tabel 17.

Voor systemen waarbij de vereiste luchtinblaastemperatuur wordt verkregen door het mengen van een verwarmde en een gekoelde luchtstroom geldt: fvern

= 0,4

averw

=0

akoel

=0

Voor lokale systemen geldt: fvern

=0

averw

=0

akoel

=0

OPMERKING 1

Elektrische verwarming in een energiesector die niet wordt gekoeld, mag, ook als niet wordt voldaan aan de voorwaarde dat de energiesector voor meer dan 90 % uit één ruimte bestaat, als lokaal systeem worden beschouwd.

Ontleen voor alle andere systemen de factoren fvern, averw en akoel aan tabel 17.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

4 van 7

Bijlage 3

Tabel 17

Systeemnummer

Vernietigingsfactoren, fvern, en distributieverliezen averw en akoel voor verwarming respectievelijk koeling bij centrale opwekking Warmtetransport door

Koeltransport door

1 2 3

n.v.t. water

water of water en lucht

4

lucht water en lucht

5 6

1)

n.v.t. water

lucht

7

lucht

8

water en lucht

Individuele regeling verwarming1

Vernietigingsfactor fvern

Weegfactor leidingen kanaalverliezen Verwarming averw

Koeling akoel

ja

0

0,08

n.v.t.

nee

0

0,25

n.v.t.

ja

0,04

0,13

0,06

ja

0

0,13

0,06

nee

0

0,25

0,06

ja

0,04

0,13

0,07

ja

0

0,04

n.v.t.

nee

0

0,34

n.v.t.

ja

0,1

0,09

0,06

ja

0

0,04

0,01

nee

0

0,39

0,01

0,1

0,09

0,07

ja

Individuele regeling verwarming wil zeggen dat op ruimteniveau het debiet of de temperatuur van het aangevoerde warmtetransportmedium kan worden nageregeld op basis van een ruimtethermostaat per ruimte.

OPMERKING 2

Individuele regeling verwarming per ruimte kan plaatsvinden met bijvoorbeeld thermostatische radiatorafsluiters of door thermostaat aangestuurde volumeregelaars in luchtsystemen. Ook een luchtbehandelingskast die slechts één ruimte bedient wordt beschouwd als individuele regeling verwarming.

Bij systemen die in de zomersituatie tot een ander systeemnummer behoren dan in de winter, moeten de vernietigingsfactoren behorende bij het systeemnummer in de wintersituatie worden gehanteerd. OPMERKING 3

Met "warmtetransport door water" wordt bedoeld: Op ruimteniveau vindt (na)verwarming plaats door een naverwarmer in het luchttoevoerkanaal, verwarmers in circulerende lucht (ventilatorconvectoren, inductie-eenheden), radiatoren in het ruimte of anderszins (elektrische (na)verwarming wordt hiertoe ook gerekend).

OPMERKING 4

Met "warmtetransport door lucht" wordt bedoeld: In de centrale luchtbehandelinginstallatie is een voorziening (verwarmingsbatterij) aanwezig om de toevoerlucht te verwarmen (bij mechanische ventilatie is dit vrijwel altijd het geval).

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

5 van 7

Bijlage 3

OPMERKING 5

Met "koeltransport door water" wordt bedoeld: Op ruimteniveau vindt (na)koeling door koelers in het luchttoevoerkanaal, koelers in circulerende lucht (ventilatorconvectoren of inductieeenheden met koelbatterij), watervoerende plafonds of anderszins. Luchtvoerende koelplafonds behoren hier niet toe.

OPMERKING 6

Met "koeltransport door lucht" wordt bedoeld: In een centrale luchtbehandelinginstallatie is een voorziening (koelbatterij) aanwezig om de toevoerlucht te koelen en/of te ontvochtigen.

OPMERKING 7

In de praktijk (nieuwbouw) veel toegepaste systemen zijn: Gebouwen zonder koeling: systeemnummer 1; Gebouwen met beperkte koelbehoefte: systeemnummer 3; Gebouwen met grote koelbehoefte: systeemnummer 3 en 4.

OPMERKING 8

Voorbeelden bij tabel 17:

Systeem

Systeemnummer

Gebouw met natuurlijke ventilatie -

radiatorverwarming

1

-

ventilatoreenheid (fancoil-unit) of koelplafond voor koeling; verwarming door radiatoren of ventilatoreenheid

2

Gebouw met mechanische ventilatie -

geen koeling, verwarming alleen met centraal verwarmde lucht, zonder radiatoren of naverwarmers

-

geen koeling, verwarming alleen met radiatoren of naverwarmers

1

-

centrale koeling van ventilatielucht en verwarming door radiatoren of naverwarmers (Topkoeling, VAV-systeem)

3

-

4-pijps-inductiesysteem of 4-pijps-ventilatoreenheden (fancoilunits) met centraal voorgekoelde/ontvochtigde lucht

4

-

koeling en verwarming met alleen centraal gekoelde/verwarmde lucht, zonder radiatoren, naverwarmers, e.d.

7

-

2-pijps-inductiesysteem, wisselend (change-over)

3

-

2-pijps-inductiesysteem, niet-wisselend (non change-over)

6

-

Watervoerende koelplafonds in combinatie met:

-

5

* alleen centraal verwarmde lucht

6

* alleen centraal verwarmde en gekoelde/ontvochtigde lucht

8

* centraal verwarmde en gekoelde/ontvochtigde lucht en radiatoren of naverwarmers

4

ventilatoreenheid (fancoil-unit) of koelplafond voor koeling, verwarming door radiatoren, naverwarmer of ventilatoreenheid zonder centraal voorgekoelde/ontvochtigde luchttoevoer

2

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

6 van 7

Bijlage 3

6.7.4

Fracties warmtebehoefte en koelbehoefte

6.7.4.1

Fractie koudebehoefte

Bepaal voor de energiesector de verhouding tussen de jaarlijkse koelbehoefte en de som van de energiebehoefte voor verwarming en de energiebehoefte voor koeling. fbeh;koel = (1 – fbeh;verw)

waarin: fbeh;koel

is de fractie van de koelbehoefte t.o.v. de totale behoefte van verwarming en koeling; fbeh;verw is de fractie van de warmtebehoefte t.o.v. de totale behoefte van verwarming en koeling, bepaald volgens 6.7.3.2. Indien fbeh;koel < 0,1, dan geldt fbeh;koel = 0,1.

6.7.4.2

Fractie warmtebehoefte

Bepaal voor de energiesector de verhouding tussen de jaarlijkse warmtebehoefte en de som van de energiebehoefte voor verwarming en voor koeling. f beh;verw =

waarbij:

Qbeh;verw;ruimte Qbeh;verw;ruimte + Qbeh;koel;ruimte

Qbeh;verw;ruimte = Qbeh;verw;m1;ruimte + Qbeh;verw;m2;ruimte + … + Qbeh;verw;m12;ruimte waarin: fbeh;verw

is de fractie van de warmtebehoefte t.o.v. de totale behoefte van verwarming en koeling; Qbeh;verw;ruimte is de warmtebehoefte op ruimteniveau per jaar, in MJ; Qbeh;verw;m1,m2,…m12;ruimte is de warmtebehoefte in maand 1,2,…12 op ruimteniveau, bepaald volgens 6.3.2.4, in MJ; Qbeh;koel;ruimte is de koelbehoefte per jaar, in MJ, bepaald volgens 10.3.4. Indien fbeh;verw < 0,1 , dan geldt fbeh;verw = 0,1.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

7 van 7

Bijlage 3

6.7.5

Systeemverliezen buiten het gebouw; verwarming

Voor individuele en collectieve installaties binnen het gebouw en voor externe warmtelevering geldt η(distr;verw + circ;ext;verw) = 1,0. Voor installaties met gebouwgebonden warmtelevering op afstand geldt η(distr;verw + circ;ext;verw) = 0,75. In afwijking van de hier gegeven waarde voor het product (ηdistr;verw x ηcirc;ext;verw) mag de waarde van de afzonderlijke rendementen ook worden bepaald volgens 8.3.4 en 8.3.5 van NEN 5128 en de totale waarde worden bepaald door vermenigvuldiging van de afzonderlijke rendementen met elkaar. . OPMERKING 1

Op grond van de indices kan de relatie tussen de in NEN 2916 gehanteerde systeem- en distributierendementen en die in NEN 5128 worden gelegd.

OPMERKING 2

Bij externe warmtelevering zijn deze verliezen verdisconteerd in het equivalente warmte-opwekkingsrendement.

OPMERKING 3

Bij gebouwgebonden warmte-kracht zijn deze verliezen afzonderlijk verrekend in paragraaf F.3.2.3.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

1 van 4

Bijlage 4

Bijlage 4 Overzicht koelsystemen Overzicht volgens CEN TC 156 WG 7 tbv de Euro-EPN

System name

All-air systems

Single duct system (including multi-zone)

Dual duct system

Single duct, Terminal reheat

Constant Volume (with seperate heating)

Variable Air Volume (with seperate heating)

Water-based systems

Fan coil system, 2-pipe



Ind ex

A

A1

A2

A3

A4

A5

B

B1

B2

B3

C

C

C

C

C

C

C

C

central / decentral

1

1

1

1

1

1

2

1

Ventilation

Ventilation

Ventilation

>Ventilation

>Ventilation

>Ventilation

>Ventilation

>Ventilation

Number Air quantity of supply ducts

Heat / cold Air distribution system generation

LP

LP

LP

HP/L P

HP/L P

LP

HP/L P

HP/L P

Pressure

L

L

L

H/L

H/L

L

H/L

H/L

Velocity

yes

yes

yes

yes

yes

yes

yes

yes

Central retour air

option

option

option

yes

yes

yes

yes

yes

Cooling, fixed setpoint.






Cooling (control?)

Cooling, central control

Air Summer / recircu cooling -lation control

2 pipe ww

2 pipe ww

Type

Water distribution system

Pre-heating, 2 pipe fixed ww, 2 setpoint. pipe cw

Pre-heating, 1 pipe fixed ww, setpoint. 1 pipe cw, 1 common return ww/cw

Pre-heating, 2 pipe fixed cw (S), setpoint. ww (W)

Pre-heating, 2 pipe fixed ww setpoint.



(Pre) heating (control?)

Heating, central control

Winter / heating control

Central air conditioning

6-12 ?

6-12 ?

6-12 ?

6-12?

6-12?

---

6-12?

6-12?

Cold water / control

Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve

Warm water / control

Central water conditioning

Local control

Fan coil unit

Fan coil unit

Fan coil unit

VAV unit & radiator (opt)

VAV unit & radiator (opt)

Convector

Thermostatic (2x)

Thermostatic (2x)

Thermostatic

Flow & thermostatic (rad)

Thermostatic (rad)

Thermostatic

Anemostat Thermostatic & radiator mixing (opt) chamber & thermostatic (rad)

Anemostat Thermostatic & radiator (rad) (opt)

Apparatus

Emission

---

---

---

---

---

---

---

---

Decentral heat/cold generation & distribution

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

Bijlage 4 2 van 4

Induction system, 2-pipe change over

Induction system, 3-pipe

Induction system, 4-pipe

B5

B6

B7

Four-pipe ceiling system

Embedded systems

B9

B 10

Two-pipe ceiling system change over (includes passive beams)

Induction system, 2-pipe non change over

B4

B8

System name

Ind ex

C

C

C

C

C

C

C

central / decentral

1

1

1

1

1

1

1

Ventilation

Ventilation

Ventilation

Ventilation

Ventilation

Ventilation

Ventilation



LP

HP

HP

HP

HP

HP

HP

Pressure

L

H

H

H

H

H

H

Velocity

yes

yes

yes

yes

yes

yes

yes

Central retour air

no

option

option

option

option

option

option

Air: precooling, fixed setpoint; Water: central control






Pre-cooling, curve

Air Summer / recircu cooling -lation control 2 pipe cw

Type


Air: preheating, fixed setpoint; Water: central control

2 pipe cw/hw




Pre-heating, 1 pipe fixed ww, 1 setpoint. pipe cw, 1 common return ww/cw


Heating, heating curve



Cooling curve or intermitt ent

Cooling curve or fixed; 612 for air cooling?

Cooling curve or fixed; 612 for air cooling?

6-12?

6-12?

6-12 ?

6-12?


Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve



Thermostatic (2x)

Thermostatic

Thermostatic (2x)

Thermostatic (2x)

Thermostatic

Thermostatic

Local control

Embedde no d pipes for heating/co oling

Active ceiling for heating/co oling

Active ceiling for heating/co oling

Induction unit

Induction unit

Induction unit

Induction unit

Apparatus

Emission

---

---

---

---

---

---

---


TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

Bijlage 4 3 van 4

System name

Active beam ceiling system

DX systems

Room units & single duct ventilation

DX single split systeem & single duct ventilation

DX multi split systeem & single duct ventilation

Water loop heat pump

Ind ex

B 11

C

C1

C2

C3

C4

C/D

C/D

C/D

C/D

C

central / decentral

1

1

1

1

1

Ventilation

Ventilation

Ventilation

Ventilation

Ventilation



LP

LP

LP

LP

LP

Pressure

L

L

L

L

L

Velocity

yes

yes

yes

yes

yes

Central retour air

no

no

no

no

no

Pre-cooling, fixed setpoint.




Air: precooling, fixed setpoint; Water: central control

Air Summer / recircu cooling -lation control 2 pipe cw/hw

Type


Pre-heating, --fixed setpoint.




Air: preheating, fixed setpoint; Water: central control



6-12?

6-12?

6-12?

6-12?

Cooling curve or intermitt ent


Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve

Heating curve



Local control

Anemostat Thermsotatic & DXcontrol of DX internal unit unit



Anemostat Thermsotatic & control of DX packaged unit unit

Active Thermostatic ceiling for heating/co oling plus fan

Apparatus

Emission

rev. heat pump with water distribution system

DX external unit (rev. heat pump) & coolant pipes

DX external unit (rev. heat pump) & coolant pipes

Room unit with chiller or rev. heat pump

---


TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

Bijlage 4 4 van 4

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

1 van 11

Bijlage 5

Bijlage 5 Overzicht typen koelinstallaties Inleiding Dit overzicht is gebaseerd op diverse bronnen. Voor alle typen compressor-koelinstallatie zijn de volgende aspecten van belang: − Compressortype, opties: zuiger, scroll, schroef, rotary, … − Compressoraandrijving, opties: gelijkstroom, wisselstroom − Vermogensregeling, opties: − Aan/uit. − Modulerend (aangeduid als VRV of VRF), opties: − Inverter (elektronische frequentieregeling) − Meerdere aan/uit geregelde compressoren, die samen een gelijkmatige schakeling mogelijk maken. − Expansieventiel, opties: thermostatisch, elektronisch, capillair. Niet alle bovengenoemde opties worden in praktijk in alle typen koelinstallaties toegepast.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

2 van 11

Bijlage 5

Water-koelinstallaties met luchtgekoelde condensor

Luchtgekoelde Condensor

Verdamper

Warmte

Koudwater

Buitenlucht

Schema

Package unit voor dakopstelling.

Toepassing

Wordt gebruikt om water te koelen t.b.v. uiteenlopende typen koel-/aircosysteem.

Vermogen

Vermogen boven 20 kW.

Uitvoering

Meestal uitgevoerd als package unit voor dakopstelling. Kan ook worden voorzien van losse luchtgekoeld condensor, waarbij de rest van de installatie inpandig wordt opgesteld (split-systeem).

Warmteafgifte Aan buitenlucht via luchtgekoelde condensor. Koudeafgifte

Aan koelwatercircuit via verdamper.

Regeling

Aan/uit of toerenregeling (inverter) compressor. Bedrijfswijze traditioneel op 6-12°C.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

3 van 11

Bijlage 5

Water-koelinstallaties met verdampingscondensor

Verdamper

Buitenlucht

Warmte

Koudwater Verdampingscondensor

Toepassing

Wordt vooral gebruikt om water te koelen voor industriële toepassingen; wordt slechts zelden gebruikt in airco-systemen in utiliteitsbouw.

Vermogen


Uitvoering

Zowel als package unit voor dakopstelling als split-systeem.

Warmteafgifte Aan buitenlucht via verdampingscondensor (watergekoelde condensor, onderdeel van een soort koeltoren). Koudeafgifte


Regeling


TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

4 van 11

Bijlage 5

Water-koelinstallaties met watergekoelde condensor en droge koeltoren

Droge koeltoren

Watergekoelde Condensor

Verdamper

Warmte

Watercircuit Buitenlucht

Koudwater

Schema

Toepassing


Vermogen


Uitvoering

Vooral als package unit voor binnenopstelling met de koeltoren op dak.

Warmteafgifte Aan buitenlucht via watergekoelde condensor, watercircuit en droge koeltoren. Koudeafgifte


Regeling


TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

5 van 11

Bijlage 5

Water-koelinstallaties met watergekoelde condensor en natte koeltoren


Buitenlucht

pakket

Verdamper

Warmte

Watercircuit

Koudwater

Natte koeltoren

Toepassing


Vermogen


Uitvoering

Vooral als package unit voor binnenopstelling met de koeltoren op dak.

Warmteafgifte Aan buitenlucht via watergekoelde condensor, watercircuit en droge koeltoren. Koudeafgifte


Regeling


TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

6 van 11

Bijlage 5

Water-koelinstallaties met watergekoelde condensor en grondwater


Verdamper

Warmte

Watercircuit

Koudwater

Grondwater/aquifer of bodemwarmtewisselaars/energiepalen

Toepassing


Vermogen


Uitvoering

Vooral als package unit voor binnenopstelling.

Warmteafgifte Aan grondwater of water dat circuleert over bodemwarmtewisselaars/energiepalen via watergekoelde condensor. Koudeafgifte


Regeling


TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

7 van 11

Bijlage 5

Water-koelinstallaties met absorptiekoeler

Watergekoelde Condensor Opties: droge of natte koeltoren

Verdamper

Warmte

Watercircuit

Koudwater Absorptieproces

Schema

Voorbeeld een-traps systeem met LiBr/water

Toepassing


Vermogen

---

Uitvoering

Meerdere typen proces zijn mogelijk (een/twee traps) met meerdere stofparen (LiBr/water, ammoniak/water –GWP = 0). Aandrijving door gas, elektrisch of gebruik van (rest)warmte. Vooral als package unit voor binnenopstelling.

Warmteafgifte Via watergekoelde condensor aan droge of natte koeltoren, grondwater e.d.. Koudeafgifte


Regeling

Aan/uit. In deellast gaat het rendement sterk omlaag. Bedrijfswijze traditioneel op 6-12°C.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

8 van 11

Bijlage 5

Single-split

Buitenunit

Binnenunit

Warmte

Binnenlucht

Buitenlucht

Binnenunit: wandmodel

Buitenunits

Toepassing

Vermogen Uitvoering

Warmteafgifte Koudeafgifte Regeling

Wordt gebruikt om één kamer of ruimte te koelen (en verwarmen). Functioneert onafhankelijk van ventilatiesysteem. Kan worden toegepast in combinatie met natuurlijke ventilatie, mechanische luchtafvoer en natuurlijke toevoer en gebalanceerde ventilatie. Vermogen tot 5 kW. Optioneel inzetbaar als warmtepomp. Afzonderlijke binnen- en buitenunit, verbonden door leidingen van koudemiddelcircuit. Aan buitenlucht via luchtgekoelde condensor (buitenunit). Aan circulerende binnenlucht via binnenunit. Opties: − Aan/uitregeling compressor en capillair als expansieventiel − Toerenregeling (inverter) compressor, varianten met gelijkstroommotor en wisselstroommotor, en elektronisch expansieventiel. Compressorregeling door temperatuurregeling in ruimte

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

9 van 11

Bijlage 5

Multi-split

Buitenunit

Binnenunits

Warmte

Buitenlucht

Binnenlucht

Multi-split met luchtgekoelde condensor

Watergekoelde Condensor Opties: droge of natte koeltoren

Binnenunits

Warmte

Watercircuit Binnenlucht

Multi-split met watergeko7elde condensor

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

10 van 11

Bijlage 5

Toepassing

Wordt gebruikt om meerdere (enige tientallen) kamers of ruimten te koelen (en verwarmen). Optioneel gelijktijdig koelen en verwarmen in verschillende ruimten (meerdere varianten op soort drie-pijp-systeem). Functioneert onafhankelijk van ventilatiesysteem. Kan worden toegepast in combinatie met natuurlijke ventilatie, mechanische luchtafvoer en natuurlijke toevoer en gebalanceerde ventilatie.

Vermogen

Vermogen tot 150 kW thermisch. Meest elektrisch aangedreven. Tevens gasmotor aangedreven (voor toepassing in gebieden waar onvoldoende elektrisch vermogen beschikbaar is).

Uitvoering

Optioneel inzetbaar als warmtepomp. Eén buitenunit en meerdere binnenunits, verbonden door leidingen van koudemiddelcircuit; varianten ringnet en sternet.

Warmteafgifte Meest toegepast: via luchtgekoelde condensor (buitenunit) aan buitenlucht. Tevens: watergekoelde condensor aan grondwater of via droge af natte koeltoren aan buitenlucht. Koudeafgifte

Aan circulerende binnenlucht via binnenunit

Regeling

Opties: − Aan/uit regeling compressor. − Toerenregeling (inverter) compressor (aangeduid als VRV of VRF), varianten met gelijkstroommotor en wisselstroommotor. Temperatuurregeling in ruimte via expansieventiel (elektronisch of mechanisch).

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

11 van 11

Bijlage 5

DX in luchtbehandelingskast

Warmte

Condensor +

Afvoerlucht

Ventilatielucht

-

Warmte- Verdamper terugwinning Luchtbehandelingskast

Toepassing

Wordt gebruikt om ventilatielucht te koelen, waarbij de warmte wordt afgevoerd aan de afvoerlucht.

Vermogen

---

Uitvoering

Optioneel inzetbaar als warmtepomp, waarbij de functie van verdamper en condensor wordt verwisseld door het omkeren van de stromingsrichting. Wordt ingebouwd in de luchtbehandelingskast met de condensor in de afvoer, na de WTW en met de verdamper in de luchttoevoer, eveneens na de WTW.

Warmteafgifte Aan afvoerlucht via luchtgekoelde condensor. Koudeafgifte

Aan toevoerlucht via verdamper

Regeling

Opties: − Aan/uit regeling compressor. − Toerenregeling (inverter) compressor (aangeduid als VRV of VRF), varianten met gelijkstroommotor en wisselstroommotor.

TNO-rapport

TNO B&O-A − R 2005/294

1 van 1

Bijlage 6

Bijlage 6

Gegevens lekpercentage en koudemiddelinhoud

Uit: Fase 3 Praktische invulling raamwerk, TNO R2002/243 [4 Voor het berekenen van de reductiemogelijkheden is overleg geweest met de mensen uit de AC sector. Voor het bepalen van het lekpercentage is rekening gehouden met de ervaringen bij afbraak., daar een relatief groot aandeel leeg is bij afbraak en dus gedurende bedrijfsfase heeft gelekt. Het gaat hier niet alleen om window en verrijdbare airco’s, maar ook om packaged units, splits en waterkoelaggregaten. Uiteindelijk zijn bij de berekeningen de volgende lekpercentages gebruikt rekening houdend met de aangegeven levensduren. Tabel

Overzicht gebruikte gegevens per gemiddelde installatie voor productiemogelijkheden lekpercentage

levensduur

energieverbruik

koelcapaciteit

koelcap / kg koudemiddel

gem. km inh

investering

[%/jr]

[jr]

[kWh/jaar]

[kW]

[kW/kg]

[kg]

[€]

window airco

10,5

10

1520

8,9

3,2

2,79

550

verrijdbare airco

13,0

7,5

220

1,3

3,2

0,40

910

packaged unit

9,7

10

2900

17,0

3,5

4,86

5.000

split system

7,5

10

680

4,0

3,5

1,13

3.180

waterkoelaggregaat

3,9

20

32300

189,2

4

47,31

6.820

Het energiegebruik is bepaald voor 700 draaiuren per jaar en een koudefactor van 4,1. De koelcapaciteit is afgeleid van de gemiddelde koudemiddelvulling en de koelcapaciteit per kg koudemiddel.

GPG Airco Utiliteit Achtergrondrapport

Recommend Documents