Heat Exchanging Asphalt Layers : Studie naar de implementatie in Vlaanderen

Heat Exchanging Asphalt Layers : Studie naar de implementatie in Vlaanderen Ing. Ian Severins, dr.Ing. Cedric Vuye, Dr.Ing. Wim Van den bergh Artesis Hogeschool Antwerpen & Universiteit Antwerpen (Fac. Toegepaste Ingenieurswetenschappen) Date

Inhoud     

Situering Heat Exchanging Asphalt Layer Werking Mogelijke toepassingen en beperkingen Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen Conclusies

2

Situering: Heat Exchanging Asphalt Layer 

Asfalt in de zomer:  

 

Zwarte kleur van asfalt leidt tot opwarming temperaturen kunnen oplopen tot 60 OC

Schade: spoorvorming en lokale hitte-eilanden Warm asfalt: bron van warmte (energie)

Bron: ecoedges.com

3


Asfalt in de winter:  

 

Bitumen bij lage temperatuur: bros Tot -15 OC aan het oppervlak

Schade: scheuren, rafeling, strooicampagnes Onveiligheid

Bron: ooms.be



Koud asfalt: bron van koude Bron: technologywatch

Bron: demorgen.be

4


Asfaltcollector (Heat Echanging Asphalt Layer):  Constructie waarbij een fluïdum (water) door het wegdek wordt gestuurd  Meestal buissysteem in asfaltonderlaag



Weg: bron van energie (warmte / koude)

ref. Ooms

5

Doelstellingen HEAL 

Zomerconditie: Warmte onttrekken aan wegdek  



Winterconditie: Warmte toevoegen aan wegdek    



Afkoeling: kleinere kans op spoorvorming en hitte-eiland effect Energie in de vorm van warmte in water: sanitair, buffering

Opwarmen van wegdek tot boven 0OC Geen strooiactiviteiten, veiliger wegdek Minder kans op scheurvorming Warm water wordt gekoeld

Asfaltweg: kleiner temperatuursinterval zomer-winter in asfalt geeft hogere kans op verlengde levensduur weg 6

Werking: componenten    

Energiebron: zon Collector: asfalt Warmtewisselaar Grondopslag   

 

Koude- warmte opslag in bodem Open systeem: Aquifers (ATES) Gesloten systeem: Boreholes (BTES)

Warmtepomp Randapparatuur ref. Winnerway

7

Werking: zomercondities Drie gescheiden circuits  Warmte van asfalt naar warmtewisselaar  Afgifte warmte

 Van warmtewisselaar  Naar opslag in aquifer

 Koeling van gebouw  Hogere efficientie van koelingcircuit ref. Winnerway

8

Werking: wintercondities Drie gescheiden circuits  Warmte uit opslag naar warmtewisselaar  Afgifte warmte  Koeling van opslag

 Van warmtewisselaar naar asfalt  Opwarming gebouw  Hogere efficiëntie van warmtepomp

ref. Winnerway

Toepassingen en beperkingen 

Toepassingen: veiligheid, duurzaamheid, energie        

Op- en afritten van snelwegen, ziekenhuizen (veiligheid, duurzaamheid) Grote verhardingen w.o. containerterminals, parkings (duurzaamheid) Secundaire wegen (duurzaamheid, veiligheid) Woningen in verkavelingen (energie) Gebouwen met parkings, bijvoorbeeld warenhuizen met parkeerdaken (veiligheid en energie) Wegen in kwetsbaar gebied waar strooiacties schade geven aan milieu (ecologisch, veiligheid) Fietspaden (veiligheid) Regeneratie van bodemtemperatuur

10


Beperkingen 

Geologische beperkingen opslag door middel van ATES (aquifer)



Oplossing: BTES (boreholes)

source: VITO

Ref. http://www.dlsc.ca/borehole.htm 11


Beperkingen  Hoge investeringskost  Locatie weg, opslag en gebruiker: lange afstanden leiden tot verlies  Opbouw van de weg en toegang tot onderbouw: riolering, nutsleidingen  Beheer en initiatief

 Mits planning en visie oplosbaar  Rendement? 12

Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen 

Doelstellingen   



Rendementsberekening collector Haalbaarheid in Vlaanderen Asfalt en gietasfalt

Methodologie     

Ervaring buitenland Combineren (afstemmen) van technologieën tot één systeem Simulatie (software) Prototype in labo: metingen Proefvak (in voorbereidende fase) 13


Bouw van een prototype voor rendementsberekening   

1 m² (200 x 50 cm) 16 Pt-100 sensors Drie buizen in de lengterichting

3 cm SMA-C 5 cm Collector 6 cm Onderlaag

14


Prototype

15


Prototype: zomercondities

Geconditioneerde omstandigheden

Buitenomstandigheden

16

Zomercondities: invloed temperatuur water  



Na 90 minuten invloed T water Lagere ingangstemperatuur water heeft positief effect op koeling Debiet weinig invloed op koeling van het asfalt

17

Wintercondities: invloed opwarming

• Buitenomstandigheden • Testen voor ontdooien protoype • Testen voor sneeuwvrij houden van het prototype

18

Wintercondities: ontdooien van asfalt water 15OC 0: 3 cm sneeuw 1: start pomp + opwarming 2: stop pomp + opwarming 2-3: sneeuw smelt 3: opwarming zonder sneeuw 4: pomp aan (afkoelend water)

19

Wintercondities: ijs- en sneeuwvrij wegdek

• Na sneeuwval: geen sneeuw

• Water 15-25OC

20

Wintercondities: conclusies 

Asfaltoppervlak kan ontdooid worden  Sneller bij niet-besneeuwd oppervlak

 

Mogelijk om asfaltoppervlak op constante temperatuur te houden Asfaltoppervlak kan sneeuw- en ijsvrij gehouden worden  Omgevingstemperatuur -2 à -5 OC  Maximale dimensies verder te bepalen



Zwarte kleur asfalt heeft wel degelijk effect  Warmt sneller op

21

HEAL: enkele cijfers 

Geschat noodzakelijk oppervlak: • •



Buizensysteem: 0.5 à 1 GJ / m² jaar Woning: 30-60 GJ/jaar  60-100 m²

Rendement: afhankelijk van project  Buizensysteem: van 23 euro /m² tot 90 euro/m²  Berekening IGLO project (7081 m²; 1 afnemer van warmte): 10 jaar terugverdientijd  Berekening wijk Deinze: (afschrijving 15 jaar) 6914 euro / woning in vergelijking met traditioneel systeem 22

HEAL: verder onderzoek Artesis /UA 

Diepgaande economische haalbaarheidstudie  Secundaire winsten: CO2 reductie , veiligheid, verlenging levensduur asfalt

  

Optimalisering van het prototype Modelleren van warmte-uitwisseling Toetsen van nieuwe technologie (warmtepompen…)



Gietasfalt

23

Conclusies   

HEAL is technisch haalbaar: systemen zijn voorhanden Prototype: winter- en zomercondities mogelijk Kleiner temperatuursinterval in asfalt  Levensduurverlengend: spoorvorming, rafeling, scheurvorming  Winter: Sneeuwvrij houden mogelijk (+ afkoelen van water)  Zomer: lagere temperatuur in asfalt (+ opwarmen van water)



Warmteopbrengst 0,5- 1 GJ

(60- 100m²/woning)

24

Conclusies 

Kostprijs en terugverdientijd sterk afhankelijk van het project  Koppelen aan een bestaand distributiesysteem met warmteopslag  Kosten grondopslag en distributie zeer bepalend

  

Beheer energie verschillende partijen een hekel punt Toekomst: grote projecten met hoge bevolkingsdichtheid Rendabel van zodra secundaire voordelen worden meegerekend:  collectieve energiesystemen, CO2 reductie, levenduurverlenging van wegopbouw, geen strooiacties 25

Dank voor uw aandacht Ian Severins Cedric Vuye Wim Van den bergh Contact: [email protected]

MIB-Lab, Faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen Universiteit Antwerpen 26

Heat Exchanging Asphalt Layers : Studie naar de implementatie in Vlaanderen

Recommend Documents