Opleiding Duurzaam Gebouw :

Opleiding Duurzaam Gebouw : De technieken (warmte, ventilatie, SWW): ontwerp en regeling Leefmilieu Brussel

Warmteproductiesystemen: principes en uitdagingen Raphaël Capart ICEDD asbl

Doelstellingen van de presentatie ●

Een overzicht geven van de meest efficiënte “klassieke” warmteproductiesystemen die overwogen kunnen worden voor performante energiegebouwen

●

Voor elk systeem komt het volgende aan bod: ►

Het werkingsprincipe

►

De verwachte prestaties

►

De voorwaarden die een optimale werking garanderen

►

De knelpunten bij installatie en exploitatie

Het doel is bepaalde belangrijke werkingsprincipes van een warmteproductiesysteem te begrijpen. Dit geeft een goede basis om de juiste keuzes te maken in de ontwerpfase Niet alle mogelijke productiemiddelen komen dus even uitgebreid aan bod in deze presentatie.

2

Plan van de uiteenzetting 1. 2.

Inleiding, uitdagingen en voorafgaande noties Condensatieketels 2.1. Principes 2.2. Prestaties 2.3. Zorgen voor een optimale werking

3.

Directe elektrische verwarming 3.1. Notie primaire energie 3.2. Types van elektrische verwarming 3.3. Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie

4.

Verwarming op basis van biomassa 4.1. Milieuaspect 4.2. Verwarmingsketels op biomassa 4.3. Kachels op biomassa

3

1. Inleiding, uitdagingen, voorafgaande noties De thermische stromen van een gebouw Qt: Verliezen door transmissie Ql: Verliezen door ventilatie Qs: Zonnewinst Qi: Interne winst Be: Netto-energiebehoefte Psys: Verliezen systemen Efinale: Eindverbruik Eprim: Primair verbruik

Bron : Plate-forme Maison Passive a.s.b.l.

4

1. Inleiding, uitdagingen, voorafgaande noties De centraleverwarmingsinstallatie PRODUCTIE

DISTRIBUTIE

OPSLAG

EMISSIE en

Warmte die de radiator afgeeft Verliezen naar omgeving

REGELING

Verliezen naar buitenmuren

Verliezen naar omgeving

Verliezen naar omgeving Minder grote verliezen

Warmtewisselaar

Verbrandingskamer

Brandstof Lucht

Verliezen bij productie

Verliezen bij opslag

+ verbruik van de hulpinrichtingen

Verliezen bij distributie

Verliezen bij emissie en regeling

Bron : Brochure PAE2

5

1. Inleiding, uitdagingen, voorafgaande noties Rendement van een verwarmingsinstallatie Rendementen in % (htotaall = hproductie x hdistributie x hemissie x hregeling) Type van installatie

hproductie

hdistributie

hemissie

hregeling

htotaal

Overgedimensioneerde oude ketel, lange distributielus

75 .. 80 %

80 .. 85 %

90 .. 95 %

85 .. 90 %

46 .. 58 %

Goed gedimensioneerde oude ketel, korte distributielus

80 .. 85 %

90 .. 95 %

95 %

90 %

62 .. 69 %

90 .. 93 %

95 %

95 .. 98 %

95 %

77 .. 82 %

Hoogrendementketel, korte distributielus, aan achterkant geïsoleerde radiatoren, regeling met buitenvoeler, thermostatische kranen, ...

Bron : energie+

6



3.


4.


7

2.1 Condensatieketels - principes ●

Verbranding: Gas: CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O

Andere: CxHy + n O2 -> x CO2 + y/2 H2O

Stoom of vloeistof?

●

Principe: ►

●

Modulerende gasbrander

Waterdamp condenseren => recuperatie van de latente warmte

Hoe? ►

De rookgassen laten afkoelen tot onder de dauwtemperatuur

Vertrek water

retour “hoge temperatuur” retour “lage temperatuur”

Warmtewisselaar condensor roestvrij staal

Condensopvangbak Riool Bron : energie+

8

2.1 Condensatieketels - principes Welk potentieel? ●

COW versus CBW ►

►

CBW: calorische bovenwaarde = hoeveelheid energie die de brandstof bevat indien men alle waterdamp laat condenseren COW: calorische onderwaarde = hoeveelheid energie die de brandstof bevat indien men niet alle waterdamp laat condenseren

 CBW = COW + latente verdampingswarmte Waterdamp 1 kwh

COW

CBW

CBW/COW

Aardgas H

9.88 kWh/m³N

10,94 kWh/m³N

1,11

Aardgas L

8.83 kWh/m³N

9.79 kWh/m³N

1,11

Stookolie

11.88 kWh/kg

12.67 kWh/kg

1,06

Brandstof

C B W

C O W

Warmte 10 kwh

Verbranding van 1 m³ aardgas

9

2.2 Condensatieketels - prestaties Rendement > 100% ?! Voorbeeld voor een gasketel Verliezen door verdamping

11%

Nuttige belasting

88%

11%

5%

CBW COW

92%

104%

>100%!? Merkbare warmteverliezen

79% CBW

83% CBW

94% CBW

12%

8%

2%

Standaardketel

Lagetemperatuurketel

Condensatieketel 10 Bron : energie+

2.2 Condensatieketels - prestaties Welk potentieel?

●

Verwachte rendementen:

hcomb = 100 … 108% hjaarlijks = 97 … 105 % ●

Vergeleken met andere ketels: 8 … 20% besparing op het jaarlijks verbruik

●

Bij de keuze van een verwarmingsketel: vergelijk de rendementen die de fabrikanten opgeven bij 30% belasting 11

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Afkoeling van verbrandingsgassen

●

Met het retourwater (bij zo laag mogelijke temperatuur) ►

Verwarmingselement met lage temperatuur (zie presentatie over emissiesystemen)

●

►

KIimaatregeling

►

Warme retour vermijden

►

Efficiënte warmtewisselaar

Dankzij de verbranding bevorderende lucht

12

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking

Rendement op basis van OVW [%]

Behoud van een zo laag mogelijke retourtemperatuur

• •

Dauwpunt: • gas ~ 55 °C • Stookolie ~ 47,5°C Doorlopende verbetering van het rendement: hoe meer de verbrandingsgassen zijn afgekoeld, hoe hoger het rendement

Temperatuur van de rookgassen [°C]

Bron : energie+

Opgelet: zelfs met een efficiënte warmtewisselaar zal de temperatuur van de verbrandingsgassen ongeveer 5 °C hoger liggen dan die van het retourwater,

13

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Condensatiezone gas

Belang van klimaatregeling

Condensatiezone stookolie

T° verwarmingscircuit (°C)

Frequentie (uur)

Installatie gedimensioneerd op een regime 90/70

T° buiten[°C]

Bron : energie+

Buitentemperatuur [°C] Bron : energie+

Condensatie gedurende een groot deel van het verwarmingsseizoen 14

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Belang van klimaatregeling

Condensatiezone gas Condensatiezone stookolie

T° verwarmingscircuit (°C)

Frequentie (uur)

Installatie gedimensioneerd op een regime 70/50

T° buiten[°C]

Bron : energie+

Buitentemperatuur [°C] Bron : energie+

Condensatie gedurende de hele verwarmingsperiode voor een ketel op gas 15

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Parametrering van de klimaatregeling Temperatuur van het verwarmingswater

●

De regeling van de klimaatregelaar: ► ►

●

is uniek hangt af van de isolatie van het gebouw en van de overdimensionering van het verwarmingslichaam

Buitentemperatuur Bron : Brochure PAE2

In het ideale geval gebeurt de regeling niet: ► ►

door de verwarmingsinstallateur naar aanleiding van klachten (een gebrek aan comfort kan andere oorzaken hebben)

… maar door een persoon die in het gebouw woont of door de onderhoudsdienst, die een overzicht bijhoudt van de regelingen.

16

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Vermijd warme retour!

Te vermijden

Bron : energie+

17

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Vermijd warme retour wanneer mogelijk

●

Voor verwarmingsketels “met een klein watervolume” leggen de fabrikanten vaak een minimumdebiet op dat gegarandeerd moet worden door een by-pass of een evenwichtsfles

Bron : ICEDD

18

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Regeling om warme retour door een evenwichtsfles te vermijden

●

Circulatiepomp verwarmingsketel met variabele snelheid geregeld volgens het verschil T1-T2

●

Indien T1-T2 > 1…2°C  QS > QP  geen warme retour in de fles

Bron : ICEDD

19

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Integratie van een circuit met een hogere temperatuur, bv. productie van SWW Vertrek water

gasbrander

Waterretour bij hoge temperatuur

Warmtewisselaar / condensor roestvrij staal

Radiatorcircuits

Gastoevoer Waterretour bij hoge temperatuur Rookgasafvoer

Productie SWW

WW

Condensopvangbak

KW

Bron : energie+

Retour “hoge temperatuur”

Retour “Lage temperatuur”

20 Bron : energie+

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Geïntegreerd circuit voor de productie van SWW Retour lage temperatuur indien warmtewisselaar goed gedimensioneerd is 31 woningen

KW

Bron : Matriciel

KW Bron : Matriciel

21

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Belang van vermogensmodulatie Gasbrander met verbrandingscontrole ●

Hoger verbrandingsrendement (kleine vlam in grote warmtewisselaar)

●

Hoog seizoensrendement (minder stilstand)

●

Mogelijk modulatiebereik: 10/20 -> 100%

●

Klassieke pulsbrander

Daling rookgastemperatuur Toename luchtoverschot Atmosferische gasbrander

Overdimensionering minder kritiek

Vermogen brander Bron : energie+

22 Bron : energie+

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Gesloten verwarmingsketels

●

Voordelen: ►

Betere veiligheid indien luchtaanzuiging buiten (beperkt risico’s van slechte verbranding en productie van giftige CO)

►

Betere controle op luchtoverschotten (indien een geïntegreerde ventilator aanwezig is)

►

Mogelijkheid van vermogensmodulatie (indien een geïntegreerde modulerende ventilator aanwezig is)

 Verbrandingsrendement is soms beter  Beperkte stilstandverliezen Bron : Viessmann

23

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Verbuizing van de schoorsteen ●

Waterdicht en corrosiebestendig

Bron : GS waermesysteme GmbH

●

Bron : Detandt-Simon

Aansluiting op luchtgat mogelijk

24

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Afvoer van condenswater ● ●

In de riool

pH

14 13

basisch

12

Het condenswater is

►

11 10 9

Zeewater

8

Stromend water

Bij een stookolieketel is

7

Gedistilleerd water

neutralisatie noodzakelijk

6

Zuiver regenwater

zuur ►

Ammoniak

5

Kunststof leidingen

Regenwater

4 3

zuur

2 1

Azijn

Condenswater gas

Vruchtensap Sterk zuur

Condenswater stookolie

0

25

2.3 Condensatieketels – zorgen voor een optimale werking Condensatie van rookgassen dankzij verbranding bevorderende lucht

Verwarmingscircuit retour Verwarmingscircuit aanvoer Aansluiting veiligheidsvoorziening Zelfaanpassende regeling Vuurhaard met ingevoegde verwarmingsoppervlakken

●

De verbrandingslucht wordt voorverwarmd door de rookgassen te koelen na hun doorgang door de warmtewisselaar met het verwarmingswater

●

Volgens bepaalde fabrikanten zorgen deze ketels voor een “permanente condensatie” zonder koude retour aangezien de lucht die de verbranding bevordert altijd vrij koud is in het verwarmingsseizoen (gemiddeld 6,5°C in Brussel)

Afvoerbuis, Dubbelwandige buis LAS Opening verse lucht/afvoergas Temperatuur afvoergassen ongeveer 45°C

Verwarmingscircuit aanvoer Pomp van de verwarmingsketel Rookgasextractor

Brander stookolie blauwe vlam / gasbrander

Terugslagklep Verwarmingscircuit retour

●

Warmterecuperatie ongeveer 50-60°C Afvoer voor condenswater

Warmtewisselaar voor recuperatie van de restwarmte Bron : energie+

De concentrische leidingen van de gesloten ketel vervullen deze rol al voor een stuk.

Vak voor neutralisatie met natuurlijke korrels (geen behandeling nodig

26



3.


4.


27

3.1 Noties van primaire energie ●

Een productierendement van 100%! … … op eindenergie

●

Maar een rendement van 40% voor energietransformatie!

Primaire energie

Nucleaire verbranding (uranium)

Transformatie

Bruikbare energie

Elektriciteit

Fossiele verbranding (gas/stookolie)

Elektriciteit

De verliezen voor de transformatie in elektriciteit Dit zijn de verliezen in de elektriciteitscentrales.

2,5 kWh in de vorm van primaire energie

1kWh in de vorm van elektriciteit

= energie afgenomen aan de planeet

= energie verbruikt in de woning

Verliezen bij transformatie = 1,5 kWh In de vorm van verloren warmte

On retrouve un facteur équivalent pour Gelijke factor voor kostprijs kWh coût du kWh entre l’électricité et les elektriciteit en brandstoffen combustibles Bron : Brochure PAE2

Uitsluitend voor zeer lage behoeften en/of lokale Uniquement pour besoins très faibles et/ou aanvulling, van korte duur appoints locaux, de courte durée

EnergieVecteur énergétique vector

Kostprijs Coût (€/kWh) (€/kWh)

Électricité Elektriciteit

0,235

GazGas

0,079

Mazout Stookolie

0,084

28

3.2 Types van elektrische verwarming

●

Elektrische convectoren: ►

Bij voorkeur met elektronische regeling

Bron : energie+

●

Radiatoren met accumulatie: ►

Te vermijden, want veel verliezen bij regeling, zelfs met buitenvoeler Elektrische weerstanden

Accumulatiekern

Laadthermostaat

Muurbevestiging met afstandstuk Manuele oplaadregeling

Isolatie

Geïntegreerde kamerthermostaat (optie) Vermiculietpanelen Ventilator voor warmteafgifte

Extra weerstand Dynamische veiligheidsbypass

29 Bron : energie+

3.2 Types van elektrische verwarming ●

Stralingsverwarming ►

Vloerverwarming: te vermijden want hoge inertie

►

Stralingspanelen Bron : energie+

Bron : energie+

►

●

Infraroodradiator: bv. bijverwarming in een badkamer: onmiddellijk gevoel van comfort bij een lagere luchttemperatuur

Batterij op de toevoer van het ventilatiesysteem ►

Bron : energie+

Te overwegen als bijverwarming in passieve en zeer lage-energiegebouwen, voor de koudere periodes 30

3.3 Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie? ●

Huidige prestaties van de panelen: ► ►

Tussen 120 en 200 Wp/m² In Brussel wordt ongeveer 850 kWh geproduceerd voor 1 kWp geïnstalleerd in de beste omstandigheden (geen schaduw, zuidoriëntatie, helling 35°)  1 m² panelen produceert tussen 102 en 170 kWh/jaar

Bron : BIM

Bron : BIM

31

3.3 Het verbruik compenseren met een fotovoltaïsche installatie?

Verwarmde oppervlakte NEB verwarming Emissierendement / regeling Verbruik directe elektrische verwarming Benodigde oppervlakte om verwarmingsverbruik te dekken

Opgelet voor limiet van 5 kWp

Eengezinswoning Zeer lage Passief energie

Zeer klein appartementsgebouw

200 m² 3000 kWh 6000 kWh

100 m²

Passief

Zeer lage energie

1500 kWh

3000 kWh

93% 3226 kWh

6452 kWh

1613 kWh

3226 kWh

19 … 32 m²

38 … 64 m²

9 … 16 m²/appartement

19 … 32 m²/appartement

Te overwegen

Hangt af van aantal verdiepingen/gebouw

Alleen het verbruik voor verwarming wordt hier bekeken! Vergeet het SWW niet (indien geproduceerd door elektriciteit), de ventilatie, de verlichting, de elektrische huishoudtoestellen, …

32



3.


4.

Verwarming op basis van biomassa 4.1. Milieuaspect 4.2. Verwarmingsketels op biomassa 4.3. kachels op biomassa

33

4.1. Milieuaspect Een zeer goede CO2-balans

Lucht: O2, CO2, water, …

As

Bodem: water, mineralen, … Fotosynthese Verbranding

Mineralen

Bron : Valbiom, Le chauffage au bois pour les particuliers

Op voorwaarde dat het gebruikte hout wordt vernieuwd! 34

4.1. Milieuaspect Lokale vervuilende uitstoot is een probleem in de stad

Vergelijking van de uitstoot van vervuilende stoffen teruggebracht tot de eenheid inkomende energie in kleine installaties van de huishoudelijke sector (bron : European Environment Agency, EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook)

35

4.1. Milieuaspect Lokale vervuilende uitstoot is een probleem in de stad

Vergelijking van de uitstoot van vervuilende stoffen teruggebracht tot de eenheid inkomende energie in kleine installaties van de huishoudelijke sector (bron : European Environment Agency, EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook)

36

4.1. Milieuaspect Selon une estimation de l’IBGE : Hypothèses : remplacement de 5% des chaudières au gaz par des chaudières à pellets respectant le label allemand « der blaue Engel »

+35% de PM10 •

+20% de COV

+57% de dioxine

+10% de HAP

Meilleur respect des objectifs de réduction d’émission de CO2 et d’utilisation de SER

mais • • •

Augmentation de PM10 -> non respect des normes de concentration Augmentation des COV et dioxine Augmentation des suies qui seront réglementées dans le futur

Impact santé

37

4.2. Verwarmingsketels op biomassa De opslag van de brandstof neemt veel plaats in

Bron : Okofen

Bron : Valbiom, Le chauffage au bois pour les particuliers

Bevoorrading in de stad kan moeilijker en duurder blijken

38

4.2 Verwarmingsketels op biomassa Verwarmingsketel op hout: blokken Stijgende verbranding

1. 2.

Primaire luchttoevoer Secundaire luchttoevoer

Horizontale verbranding

Omgekeerde verbranding

Bron : Protocole de collecte des donnée pour la certification de bâtiments résidentiels existants en Wallonie

• Beter gecontroleerde verbranding • Doorlopende verbranding

•

Schonere en volledigere verbranding • •

•

minder as minder uitstoot van vervuilende stoffen

Beter rendement (~85%) 39

4.2. Verwarmingsketels op biomassa Ketel op hout: blokken Nadelen ►

Veel onderhoud › elke dag vullen › as verwijderen

Bron : Schmid

►

Gebruik van een buffervat is aanbevolen om werking bij nominaal vermogen te garanderen

►

Beschikbare vermogens niet echt afgestemd op energie-efficiënte eengezinswoningen Bron : KWB

40

4.2 Verwarmingsketels op biomassa Ketel op hout: pellets

• Gecontroleerde lucht- en pellettoevoer • Vermogensmodulatie mogelijk

Bron : Van Loo & al. 2002

Zeer goed productierendement (>90%)

• •

Er bestaan modellen met een laag vermogen (modulatiebereik 2 … 8 kW)  op maat van een energie-efficiënte eengezinswoning Er bestaan modellen met condensatie, maar het rendement daarvan is ons niet bekend 41

4.2 Verwarmingsketels op biomassa Ketel op hout: pellets

•

Automatische • • • • •

•

brandstoftoevoer trekregeling asverwijdering schoonmaak regeling

Goede autonomie Bron : Okofen

Gebruikscomfort vergelijkbaar met dat van klassieke kachels

Nadelen ►

De installaties zijn minder compact (opslag van pellets, enz.)

►

kostprijs 42

4.3. Kachels op biomassa Houtkachel

Risico’s  Te hoog vermogen/oververhitting:  Beperkt regelbaar (rendement neemt af bij afwijking van nominale werking)  Vermogen afgegeven in een enkele kamer  Minimaal vermogen van modellen op de markt blijft hoog in verhouding tot de behoefte van energie-efficiënte woningen

 Slechte trek door luchtdichtheid van gebouw (+ systeem C)

Aandachtspunten:  Kies een gesloten vuurhaard  Kies een houtkachel met een laag vermogen op maat van het verlies van het gebouw  Buitenluchtaanvoer Rendementen: 70 … 90 % 43 Bron : Rika

4.3 Kachels op biomassa Kachel op pellets ●

Gecontroleerde aanvoer van pellets en lucht ►

Goede verbranding  rendement ~ 90%

►

Modulatie mogelijk

●

Regelbaar met programmeerbare kamerthermostaat

●

Risico van te hoog vermogen/oververhitting ►

Bron: Calimax

Vermogen afgegeven in een enkele kamer

Aandachtspunten:  Kies voor een gesloten model  Kies voor een model met een laag vermogen op maat van de behoeften van de bediende ruimte Er bestaan kachels met een laag vermogen: 1 tot 4 kW  Buitenluchtaanvoer 44

Te onthouden uit de uiteenzetting ●

Het aspect “lage temperatuur” is cruciaal voor condensatieketels: ►

Keuze en dimensionering van het emissiesysteem

►

Glijdende temperatuurregeling en parametrering

►

Hydraulisch schema

●

Het gebruik van directe elektrische verwarming moet zoveel mogelijk worden vermeden, behalve voor zeer specifieke toepassingen die beperkt zijn in de tijd

●

Verwarming door biomassa is interessant vanuit ecologisch oogpunt, maar opgelet voor: ►

de logistiek van de bevoorrading en de opslag

►

de moeilijkheid van het vinden van het juiste vermogen

►

de beperkte regelingsmogelijkheden

45

Interessante tools, internetsites, enz.:

●

www.energieplus-lesite.be

●

www.cstc.be

●

http://www.leefmilieu.brussels/

●

http://energie.wallonie.be

●

WTCB, “TV 235 – de condensatieketel”, 2008

●

Valbiom, “Le chauffage au bois pour les particuliers”, 2004

46

Referenties Gids Duurzame Gebouwen http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be/

●

Fiche G_ENE08: De optimale productie- en opslagwijze voor verwarming en sanitair warm water kiezen

●

Fiche G_ENE10: Verwarming, koeling en sanitaire warm water: efficiënte installaties garanderen

47

Contact

Raphaël CAPART Energie-auditeur

ICEDD asbl



: 081 25 04 80

E-mail: [email protected]

48

Opleiding Duurzaam Gebouw :

Recommend Documents