Homelab 2050, serie 4: Optimaal gebruik van beschikbare energiebronnen

Energie en exergie in de gebouwde omgeving Door Sabine Jansen (TU Delft) 7 April 2015

Homelab 2050, serie 4: “Optimaal gebruik van beschikbare energiebronnen”

Exergie voor de gebouwde omgeving Statements

1) Energie efficiëntie is een onzin waarde 2) ‘Net zero energy’ bouwen is niet genoeg (en niet omdat ze netto energieleverend moeten zijn)

Homelab 2050 sessie 4

|

lezing: Exergie in de gebouwde omgeving

|

Sabine Jansen

|

Utrecht, 7 april 2015

| 2

Naar een duurzame energievoorziening


|


|

Sabine Jansen

|


| 3


Meer mogelijkehden Reduceer Reduceer Slimmere voor benodigde behoefte energie hernieuwbare input systemen bronnen en ‘rest’ stromen Doen we dit efficient?

Slimmere gebouwen & gebruikers


|


|

Sabine Jansen

|


| 4

Naar een duurzame energievoorziening Waarom energie efficientie een onzin waarde is… 1 MJ

1 MJ


|


|

Sabine Jansen

|


| 5

Welk apparaat is efficiënter om uw woning te verwarmen ? Wat zegt 100% efficiënt dan?

1 h = = 100% 1 Homelab 2050 sessie 4

|

warmte COP ("h ") = > 100% elek


|

Sabine Jansen

|


| 6

Wat is exergie ? Exergie is de ‘maximale hoeveelheid arbeid’ die je uit een hoeveelheid energie kunt halen door deze in evenwicht te brengen met de omgeving

Glas heet water


|


|

Sabine Jansen

|


| 9

Ideale motor vs ideale warmtepomp Carnot rendement

Carnot COP

QH

rev. cycle

QH

Arbeid

rev. cycle

QC


|

QC


|

Sabine Jansen

|


| 10

CARNOT Engine 1e hoofdwet

W = QH - QC

QH

rev. cycle

Work

2e hoofdwet (in KELVIN !)

QC

Wrev


|


|

QH QC = TH TC

æ TH - TC ö = QH * ç ÷ è TH ø

Sabine Jansen

|


| 11

Van Carnot naar exergie Exergie van koude

Exergie van warmte

QH

QH

rev. cycle

Work

QC

QC

|

æ T0 ö Ex = -çç1 - ÷÷ QC è TC ø

ö ÷÷ ø


Work environment

environment

Ex æ T0 = çç 1 Q H è TH Homelab 2050 sessie 4

rev. cycle

|

Sabine Jansen

|


| 12

Exergy factor: exergy/energy

Exergy factor = æ T ö Ex = -çç1 - 0 ÷÷ QC è TC ø

Q Ex æ T0 = ç1 QH çè TH


|


|

ö ÷÷ ø

Sabine Jansen

H

rev. cycle

|


| 13

En product

Exergy factor & ideal COP En

h=

source

Ideal heat pump = inversed ideal power cycle HEAT W

rev. cycle COLD

4.00

HEAT rev. W cycle

0.25

COLD


|


|

Sabine Jansen

|


| 14

En product

Energie versus exergie En

h=

source

WASTE IN

Process

USED

WASTE IN


Process

|

USED DESTROYED


|

Sabine Jansen

|


| 15

Energie versus exergie In een ideaal proces is er geen exergie vernietiging

WASTE IN

Process

USED

WASTE IN


Process

|

USED

ideaal verbeter potentieel

DESTROYED


|

Sabine Jansen

|


| 16

Toepassen van exergie 1. Beoordelen exergie prestatie van een energiesysteem voor gebouwen 2. Exergieprincipes gebruiken om betere systemen te ontwikkelen


|


|

Sabine Jansen

|


| 17

Voorbeeld case studies Sentenovem referentie (tussen)woning


|


|

Sabine Jansen

|


| 18

De exergie behoefte

verwarming

cooling 1

cooling 2

T0= 30 0C


|


|

Sabine Jansen

|


| 19

Energie- en exergiebehoefte SN referentiewoning


|


|

Sabine Jansen

|


| 20



|


|

Sabine Jansen

|


| 21

Exergie prestatie van bestaande energie systemen Cases: 1. HR ketel (elek van het net) 2. Micro wkk (20% elek/ 80% warmte) 3. Warmtepomp (50% van COPcarnot)


|


|

Sabine Jansen

|


| 22

Schema case study Sentenovem referentiewoning met micro WKK


|


|

Sabine Jansen

|


| 23



|


|

Sabine Jansen

|


| 24

Verliezen Case study 2 (micro wkk)


|


|

Sabine Jansen

|


| 25

Exergieverliezen componenten

1. HR ketel (elek v/h net) Homelab 2050 sessie 4

|

2. Micro wkk (20% elek/ 80% warmte) lezing: Exergie in de gebouwde omgeving

|

Sabine Jansen

3. Warmtepomp (50% van COPcarnot) |


| 26

Conclusies exerie prestatie à Beoordeling van ‘Verbeter potentieel’ à Kwantificeren van verliezen per component à Veel mogelijke ‘winst’ door slimme installaties, (Energie ‘bril’ leidt tot extreem isoleren / reduceren van de vraag ) Homelab 2050 sessie 4

|


|

Sabine Jansen

|


| 27


Slimmere gebouwen & gebruikers


Reduceer behoefte

|

Meer mogelijkehden Reduceer voor benodigde hernieuwbare input bronnen en ‘rest’ stromen

Slimmere energie systemen


|

Sabine Jansen

|


| 28

Verbeteren met exergie: Exergie principes Beperk exergie vernietiging door: 1) ‘Match’ kwaliteitsniveaus van energie (ofwel: gebruik meest dichtbije temperatuur) 2) Gebruik ‘gratis’ energiestromen (ivm prestatie warmtepompen) 3) Optimaliseer thermische opslag a. b.

Verschillende temperatuur niveaus (= vermijd mengen) ‘produceer’ exergie


|


|

Sabine Jansen

|


| 29

Exergie principes Beperk exergie vernietiging door: 1) ‘Match’ kwaliteitsniveaus van energie (ofwel: gebruik meest dichtbije temperatuur) 2) Gebruik ‘gratis’ energiestromen (ivm prestatie warmtepompen) 3) Optimaliseer thermische opslag a. b.

Verschillende temperatuur niveaus (= vermijd mengen) ‘produceer’ exergie


|


|

Sabine Jansen

|


| 30

Exergie principes Beperk exergie vernietiging door: 1) ‘Match’ kwaliteitsniveaus van energie (ofwel: gebruik meest dichtbije temperatuur) 2) Gebruik ‘gratis’ energiestromen (ivm prestatie warmtepompen) 3) Optimaliseer thermische opslag 4) Gebruik hoogwaardige bronnen exergetisch efficiënt à warmtepomp, WKK (Mits!!), PV

5) Vermijd bepaalde processen: à

verbranding, grote temperatuur verschillen, menging

6) Bekijk de hele keten! Homelab 2050 sessie 4

|


|

Sabine Jansen

|


| 31

Essentiele systeem componenten 1) Warmtepomp 2) WKK (mits!) 3) Zeer lage temperatuur verwarming / zeer hoge temperatuur koeling 4) ‘slimme’ thermische opslag 5) Voorverwarmen ventilatielucht (mits) 6) Intelligente regelingen


|


|

Sabine Jansen

|


| 32

De rol van de warmtepomp Warmtepomp kan als enige apparaat van een beetje hoogwaardige energie à veel laagwaardige energie maken: HEAT

W

rev. cycle

environment


|


|

Sabine Jansen

|


| 33

Hoe kleiner de temperatuur ‘shift’ hoe hoger de COP

[bron: Meggers et al 2012)

• Reden voor Lage temperatuur (vloer)verwarming ! • Belang van goede ‘bron’ temperatuur Homelab 2050 sessie 4

|


|

Sabine Jansen

|


| 34

Lucht-water warmtepomp

www.dutchheatpump.nl

Warmtepomp met bodemwisselaar en vloerverwarming

http://www.rudnhn.nl


|


|

Sabine Jansen

|


| 39

Warmtepomp met lage temperatuur warmtenet ?

Bron: Lage temperatuur warmtenet? http://www.rudnhn.nl


|


|

Sabine Jansen

|


| 40

Match temperatuurniveaus … warmtenetten?


|


|

Sabine Jansen

|


| 42

Match temperatuurniveaus … warmtenetten?

Wkk?


|


|

Sabine Jansen

|


| 43

WKK


|


|

Sabine Jansen

|


| 44

Energie efficientie is een onzin waarde… En wat kunnen we verwachten van exergie? 1) Beter inzicht in waar de verliezen zitten 2) Meer kansen om verbeteringen te vinden 3) Minder kansen om ‘fouten’ te maken


|


|

Sabine Jansen

|


| 45

Exergie helpt betere systemen te ontwikkelen Maar: Significant verbeteren is moeilijk Maximaal haalbare exergie efficientie.. Ca 25-40% (vanwege onvermijdbare veliezen in meerdere stappen)


|


|

Sabine Jansen

|


| 46

Energie en exergie voor de gebouwde omgeving

Statements

1) Energie efficiëntie is een onzin waarde 2) ‘Net zero energy’ bouwen is niet genoeg (en niet omdat ze netto energieleverend moeten zijn)


|


|

Sabine Jansen

|


| 48

Netto nul… GEBOUW KWALITEIT (+ gebruiker)

PRODUCTIE

ENERGIE COMPONENTEN

(landelijk net)

(in je woning)

Primaire energie bronnen

Energie op de meter

Energie behoefte Direct eigen gebruik

Terugverkopen aan het net

• Maar wat als er geen backup is van fossiele brandstof? • Waar wordt de energie opgeslagen (Woning? Wijk?)


|


|

Sabine Jansen

|


| 49

Opslag WKO


|


|

Sabine Jansen

|


| 50

Opslag Op zoek naar compacte opslag van warmte.. - Voelbare warmte - Latente warmte (PCM) - Thermochemische opslag - …


|


|

Sabine Jansen

|


| 51

Net zero…. Wat is beter? Of maakt het niet uit?


|


|

Sabine Jansen

|


| 52

Net zero…. Wat is beter? Of maakt het niet uit?

Materialen à embodied energy? Materialen ? à circulariteit? Hoe zit het met ruimtegebruik ?


|


|

Sabine Jansen

|


| 53

Toekomstige energiesystemen 1) Energie efficiëntie is een onzin waarde • Exergie is een tool om verliezen te minimaliseren en bronnen optimaal te benutten 2) ‘Net zero energy’ bouwen is niet genoeg (en niet omdat ze netto energieleverend moeten zijn) • Integreer het gebouw in netwerk EN opslag oplossingen • Exergie is geen einddoel: Denk aan wat echt schaars is: materiaal en ruimte


|


|

Sabine Jansen

|


| 54

Vragen?

Sabine Jansen [email protected]

Homelab 2050, serie 4: Optimaal gebruik van beschikbare energiebronnen

Recommend Documents