Opleiding Duurzaam Gebouw:

Opleiding Duurzaam Gebouw: Hernieuwbare energiesystemen (HEN): ontwerp en afstelling Leefmilieu Brussel Thermische zonne-energie Stéphane Barbier Pulsis

Doelstelling(en) van de presentatie ●

De thermische zonnetechnologie begrijpen

●

Haalbaarheid

●

Dimensioneringsprincipes in de residentiële en multi-residentiële sector

●

Input van gegevens in de EPB-software

●

Aandachtspunten voor regeling en onderhoud

2

Plan van de uiteenzetting 1.

Zonne-energie

2.

Technologie

3.

Haalbaarheid

4.

Dimensionering

5.

Financiële rentabiliteit

6.

Elementen voor het bestek

7.

EPB

8.

Getrokken lessen

9.

Onderhoud

3

1. Zonne-energie

Bron: energieplus-lesite.be Globale zonnestraling op een oppervlakte van 1 m², met een hellingsgraad van 45°, voor een Gemiddeld Standaardjaar in België +/- 1000 kWh/m²

Bron: energieplus-lesite.be

160 140

120

kWh

100 80 60 40

4

20

Bron: energieplus-lesite.be 0

1. Zonne-energie Bewolkte hemel

Vooral diffuse straling

Verstrooide wolken, zon

Vooral directe straling

Zonnestraling W/m² Bron: solarpraxis.com

●

De jaarlijkse zonnestraling in België bedraagt gemiddeld 1.000 kWh/m2 5

1. Toepassingen van thermische zonne-energie

●

(Voor)verwarming zwembadwater (20-30°C)

●

(Voor)verwarming sanitair water (30-60°C)

●

Ondersteuning verwarming kamers (20-70°C)

●

Proceswarmte (80°-150°C)

●

Koeling / klimaatregeling op zonne-energie (vacuümcollectoren = warmtebron > 80°C) Bron: stiebel-electron

6

2. Technologie (thermische zonne-energie) De zonnecellen zetten de zonnestraling om in warmte met behulp van een absorber (een zwart lichaam met een zeer hoog absorptievermogen en een zeer laag stralingsvermogen). De absorber draagt de warmte over op een warmtegeleidende vloeistof (gewoonlijk glycolhoudend water) die door elk van de collectoren loopt. De warmtegeleidende vloeistof, die door het primaire circuit vloeit, vervoert de zonne-energie dus van de zonnecellen naar het opslagvat (of de opslagvaten). Met afvoer

Onder druk Drukhoudend systeem met glycol

Drainbacksysteem

Bron: Viessmann

7

2. Technologie (thermische zonne-energie) •Ondoorschijnende absorbers Niet-beglaasde collectoren

Kunststof absorber

Absorber in roestvrij staal

Zonder isolatie of doorschijnend deksel. Het rendement is dus in het algemeen minder goed, maar kan volstaan voor zomerse toepassingen met lage temperatuur (die de buitentemperatuur benadert) ●

Typische toepassing: zwembad

●

Voordeel: lage kostprijs

●

Nadeel: laag rendement, gebruik in de zomer

●

Kostprijs: < € 100/m² Bron: energieplus-lesite.be

8

2. Technologie (thermische zonne-energie) • Beglaasde vlakke collectoren Vlakke collectoren

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Kast Afdichting Transparant deksel Warmte-isolatie Absorberende plaat Buizen

Standaard vlakke collectoren


Bron: solarpraxis.com

Deze collectoren worden het meest gebruikt in huishoudelijke toepassingen. Het paneel is geïsoleerd om de thermische verliezen te beperken. ●

Typische toepassing: SWW, bijverwarming, zwembad

●

Voordeel: prijs-/kwaliteitverhouding

●

Nadeel: rendementsverlies in de winter (lage buitentemperatuur)

●

Kostprijs: € 200-400/m² 9

2. Technologie (thermische zonne-energie) • Vacuümbuiscollectoren Vacuümdichte inox-dop Glazen buis met hoge transparantie Houderclip Ingang/uitgang warmtegeleidende vloeistof

Selectieve absorberschroef

Glasbodem

Bron: energieplus-lesite Bron: solarpraxis.com

Deze collectoren zijn geïsoleerd door het vacuüm. Vacuümbuiscollectoren hebben doorgaans een lager optisch rendement (dat overeenkomt met het rendement van de productie van warm water met een temperatuur gelijk aan de omgevingstemperatuur), maar betere warmte-isolatiecoëfficiënten dan vlakke collectoren. ●

Typische toepassing: SWW, Verwarming, hogetemperatuurprocessen

●

Voordeel: minder verliezen dankzij performante isolatie

●

Nadeel: Gevoeligheid voor oververhitting

●

Kostprijs: € 400-800/m²

10

2. Technologie (thermische zonne-energie) Een thermisch zonne-energiesysteem bestaat uit de volgende onderdelen:

1

3 4

6

1.

Zonnecollector

2.

Warmwaterboiler

3.

Regeleenheid

4.

Pompstation

5.

Bijverwarming (verwarmingsketel)

6.

Expansievat

5 2 Bron: Viessmann

11

2. Technologie (thermische zonne-energie)

Rendement

• Rendement van de zonnecollectoren

Temperatuurverschil tussen de collector en het omgevende milieu [°C] Zwembadabsorber Vlakke collector Vacuümcollector

0 – 20 °C 20 – 100 °C > 100 °C

Zwembadverwarming Warm water en verwarming Proceswarmte Bron: solarpraxis.com

12

2. Technologie (thermische zonne-energie) •

Opslagvat Eenvoudig

Externe warmtewisselaar

Spiraalslang binnenin

Interne warmtewisselaar

Thermosiphon Thermosifon

Interne warmtewisselaar, vat met laagvorming


13

2. Technologie (thermische zonne-energie)

Voordeel van de boiler met laagvorming: de zonne-installatie werkt zelfs bij lage temperatuur en verwarmt de onderkant van het opslagvat voor.

Bron: Tisun

14

2. Technologie (thermische zonne-energie) • Legionairsziekte Temperatuur van het water

●

Van nature in lage hoeveelheden aanwezig in stadswater

●

Zeer snelle ontwikkeling >35°C

●

Ontwikkeling in stilstaand water

●

Vernietiging bij T°> 50 tot 60°C

Vernietiging

Overleving

Maximale ontwikkeling

Ontwikkeling

Bron: blog.elyotherm.fr

15

2. Technologie (thermische zonne-energie) •

Zonneregeling: principe

Bediening

Verschil bij stop

Collectorveld

Accumulator

Verschil bij start Pomp uit

Pomp aan Uur van de dag

Bron: solarpraxis.com

16

2. Technologie (thermische zonne-energie) • Zonneregeling: principe Temperatuur

Met

Bron: Viessmann

●

Werkingsprincipe:

Zonder

Bron: Ballons solaires à forte stratification (zonneboilers met sterke laagvorming), Institut National Sciences Appliquées Lyon.

Enkele boiler met temperatuurbehoud in het bovenste deel van het vat door bijverwarming (hier door een verwarmingsketel). Opgelet met de convectiestromen in het vat. ►

Beperkt volume voor zonne-opslag (vaak alleen het onderste deel van het vat, aangezien de rest al is opgewarmd door de bijverwarming). Bron: Viessmann

17

2. Technologie (thermische zonne-energie) • Zonneregeling: principe

●

Werkingsprincipe:

Toevoeging van een zonneboiler: ►

Beter rendement door kleinere invloed van stromen in eerste vat en groter opslagvolume voor zonne-energie.

►

Opgelet voor het risico van de legionairsziekte

Bron: Viessmann

18


●

Werkingsprincipe:

Toevoeging van een warmtewisselaar (intern of extern bij het opslagvat) (= opslag van dood water) ►

Groter risico van legionairsziekte en langere levensduur van het opslagvat, lagere kostprijs van het opslagvat.

►

Rendementsverlies omdat de watertemperatuur onder in het vat stijgt (warmtewisselaar) Bron: Viessmann

19


●

Werkingsprincipe:

Grote installaties (meerdere zonneboilers): ►

Theoretisch optimaal rendement

Bron: Viessmann

20

2. Technologie (thermische zonne-energie) • Verplichte veiligheidselementen ►

Norm DIN EN 12975/12976 Collectortemperatuursensor Flexibele aansluitleiding

Mag bij werking open blijven

Luchtafscheider

Ontluchter steeds gesloten, alleen openen bij inbedrijfstelling

Ontluchter Zonnecollector

Zonneregeling

Installatievuldruk en voordruk van expansievat aanpassen, eventueel voorschakelvat monteren

SolarDiovicon

Opvangvat

Boilertemperatuursensor

Expansievat Alleen voor bijvullen of voor drukverhoging

Bivalente warmwaterboiler Spoelen en ontluchten met solair vulstation, spoelen verwijdert vaste deeltjes (vaste deeltjes reageren met Tyfocor) Vularmatuur

Solare handvulpomp

21 Bron: Viessmann

3. Haalbaarheid van een installatie ●

Dak ► ►

► ►

•

•

•

Oriëntatie, helling Nuttige oppervlakte, ingenomen ruimte, obstakels, … Vervanging afdichting, … Stabiliteit

Stookplaats ►

Gecombineerde productie?

►

Ouderdom van de ketels?

►

Regeling!

Verbinding dak - stookplaats ►

Technische kokers?

►

Technisch lokaal op het dak?

Opslag & distributie SWW ►

Opslagtanks

►

Distributielus (lengte, diameter, isolatie) Bron: Viessmann

22

4. Dimensionering • Oriëntatie en helling Oriëntatie Zuid Oriëntatie 30° t.o.v. het zuiden

Productiviteit zonnesystemen [kWh/m².jaar°]

Oriëntatie 30° t.o.v. het zuiden

Helling van de collectoren [°]


23

4. Dimensionering Systeem met sanitair warm water

Verbruik van sanitair warm water

Sanitair warm water met bijverwarming

Nuttige aanvoer van het zonnesysteem Zonnestraling (in de zone van de collectoren)

Warmtevraag

Beschikbaar potentieel voor klimaatregeling Bron: solarpraxis.com

24

4. Dimensionering

●

Verbruiksratio SWW (analyse van de behoeften) (zeer variabel & minder nauwkeurig dan een meting) ► Onthaalcentra personen met een handicap: 80 l/j/pers. op 60°C ► Ziekenhuizen 65 l/j/bed op 60°C ► Rusthuizen 50 l/j/bed op 60°C ► Rust- en verzorgingstehuizen 85 l/j/bed op 60°C ► Grote appartementsgebouwen 35 l/j/pers. op 60°C ► Sociale woningen: 25 l/j/pers. op 60°C

Bron: BIM

25

4. Dimensionering Centrale verwarming in een appartementsgebouw: piekdebieten en dimensionering ● ●

NBN EN 806-3: Eisen voor drinkwaterinstallaties in gebouwen Studie: in het kader van het project TETRA SWW (publicatie WTCB, vergelijking normen en metingen van het reële verbruik in een aantal gebouwen)

26 Bron: WTCB

4. Dimensionering Voor de grote installaties is een nauwkeurige dimensionering op basis van metingen in situ een absolute vereiste.

Bron: Cenergie

27

4. Dimensionering •Eengezinswoning

Bron: groene-energiewinkel.nl

28

5. Financiële rentabiliteit • Voorbeeld: appartementsgebouw Gemiddelde “geïnstalleerde” kosten (> 20 m² vlak): €750 – 1.250/m2 excl. btw zonder studiekosten) Studie Etude Rest Reste

14%

3% Regeling Régulation 4%

Collectoren Capteurs

34%

Leidingen Conduites

15%

Stockage chaleur Warmteopslag Montage collectoren Montage capteurs 10% 11%

Structuren Structures collectoren capteurs 9% Bron: IBGE

29

5. Financiële rentabiliteit • Voorbeeld: appartementsgebouw -

Mede-eigendom van 80 appartementen

-

90 m² zonnecollectoren en 6.000 liter opslag  € 111.393 incl. btw (€ 1.392/appartement)

-

Energiepremie D1 - SWW: € 2.500 per wooneenheid + € 200/m² boven de 4 m² per eenheid, max. 50% van de investering: € 55.697

-

Netto-investering: € 55.697 (€ 696/appartement)

Bron: Cenergie

30

5. Financiële rentabiliteit • Voorbeeld: appartementsgebouw Economische balans Kostprijs van het zonnesysteem

111.393

EUR excl. btw

434

EUR excl. btw

Subsidies

55.696

EUR excl. btw

Netto-investering na subsidies

55.696

EUR excl. btw

Netto-investering na subsidies & belastingvermindering

55.696

EUR excl. btw

Besparing op de brandstoffactuur in jaar 1

5.380

EUR excl. btw

Kostprijs per kWh bespaarde brandstof zonder subsidies

0,046

EUR/kWh excl. btw

Kostprijs per kWh bespaarde brandstof na subsidies

0,023

EUR/kWh excl. btw

Operationele kosten per jaar

Eenvoudige terugverdientijd (na subsidies) Netto Actuele Waarde (NAW) Interne Rentevoet (IRV)

10,3 79.274 14,1

jaar EUR %

Bron: Cenergie

31

5. Financiële rentabiliteit Economisch optimum van grote systemen  Nuttige zonnefractie (nettobesparing brandstof): 20 tot 40%

Bron: Cenergie

32

5. Financiële rentabiliteit •

De rendabiliteit in de residentiële sector

►

►

Zonneproductie: 200 tot 300 kWh gegenereerd per m² panelen en per jaar. Voor een typische installatie van 4 m² komt dit neer op 800 tot 1200 kWh. Meerkosten vergeleken met een klassieke installatie: € 5.000 – € 7.000, maar aanzienlijke steun (premie).

►

Jaarlijkse besparing: tussen 100 en 150 m³ gas bespaard per jaar voor een gezin (€ 70 tot € 100 rekening houdend met de huidige prijs van het aardgas).

►

Besparing over de hele levensduur van de installatie: Energieprijs en jaarlijkse besparing over 25 of 30 jaar, of meer (geraamde levensduur van de installatie).

►

Terugverdientijd: Een tiental jaar, rekening houdend met de premies, maar besparingen over 25, 30 jaar of meer

33


De rendabiliteit in multiresidentiële gebouwen Zonthermische Quickscan ►

Excel-rekentool, te downloaden op de website van LB

►

Functie: predimensionering van zonthermische boilers voor warmwaterproductie

►

Toepassing: productie van SWW voor tertiaire gebouwen, onthaalstructuren en collectieve woningen (>300 m³/jaar)

►

Doelstelling: de haalbaarheid van de installatie op technisch, economisch en milieuvlak beoordelen

►

Resultaten  ordes van grootte › oppervlakte van collectoren, opslagvolume,

› investeringskosten, energiebesparing, › vermeden CO2-emissies ►

Gebruikers: architect, studiebureau, EPB-adviseur, installateur, gebouwbeheerder, energieverantwoordelijke, bouwheer, syndicus, …

34


De rendabiliteit in multiresidentiële gebouwen Zonthermische Quickscan Gebruiksbeperkingen: ●

Niet aangepast aan de dimensionering van zonneboilers van < 20 m²

●

Niet voorzien voor andere toepassingen dan SWW-productie ►

Voorverwarming zwembadwater

►

Ondersteuning van verwarming

►

Ondersteunde zonnekoeling

►

…

 Specifieke dimensioneringssoftware: T*sol, Polysun,… ●

Houdt geen rekening met de technische beperkingen van het gebouw ►

Schaduw op het collectorveld

►

Toegankelijkheid van de technische lokalen

►

Beschikbare ruimte voor opslag

►

… 35

6. Elementen uit bestekken •

Aandachtspunten:

●

Stabiliteitselementen (windvang van panelen, ballast, … uit te voeren volgens de normen)

●

Schaduwstudie (rekening houden met de reële impact van schaduw op de gekozen plek)

●

Evaluatie van de behoeften (Dimensionering van het systeem)

●

Rendement van de installatie, levensduur (kwaliteitsmateriaal)

●

Gegarandeerd zonneresultaat (voor grote installaties, houdt de installatie in van meters en monitoring)

●

Gecertificeerd installateur!

•

Typebestek: BIM http://documentation.bruxellesenvironnement.be/documents/Energie_Guide_CdCTypeGRS_NL.PDF

36

7. EPB Impact van hernieuwbare energie op het Ew-peil, energieverbruik van de woning in nieuwbouw of zware renovatie ●

12 Ew-punten voor 2-, 3-,4-gevelwoningen

●

Tot 20 Ew-punten voor appartementen

HERNIEUWBARE ENERGIEBRONNEN

Het gebruik van thermische zonne-energie voor SWW (5 m², volle zon, helling van 35°) doet het Ew-peil voor 2-, 3- of 4-gevelwoningen in het algemeen dalen met 12 punten . Het gebruik van fotovoltaïsche zonne-energie (2 kWp, ongeveer 16 m², volle zon, helling van 35°) doet dit peil dalen met 15 punten. In appartementen is de impact nog groter: daling met 20 punten voor thermische zonne-energie en met 30 punten voor fotovoltaïsche zonneenergie. Bron: Waals Gewest “Faire mieux que les exigences réglementaires ”(Beter doen dan reglementair vereist )

37

8. Getrokken lessen

●

In 2013 werden 415 installaties gemonitord door dit systeem, waardoor de bespaarde energie volgens het type van installatie kon worden weergegeven (cf. grafiek).

Bespaarde energie

Vermeden broeikasgasemissies Vermeden emissies (kg CO2/m².jaar

●

In 2007 voert het Nationaal Instituut voor Zonne-energie (Institut National de l’Energie Solaire - INES) een systeem ("TélésuiWeb") in voor goedkopere monitoring van zonneinstallaties.

Bespaarde energie (kWh/m².jaar)

●

Individuele zonneboiler

Collectieve woningen

Andere collectieve

Bron: Ines - TeleSuiWeb

►

Waarde gemeten voor de residentiële sector tussen 200 en 300 kWh/m².jaar.

►

Voor collectieve woningen kan de productiviteit hoger liggen dan 400 tot 500 kWh/m².jaar, met een “seizoensgebonden overdimensionering” voor bepaalde installaties.

Voor individuele zonneboilers toont de extrapolatie naar België (in het geval van Brussel) van de gegevens van PVGis, INES, EnergizAir en persoonlijke monitoring, een reële productiviteit (boilerverliezen inbegrepen) van 129 tot 200 kWh/m²jaar, of tussen 10 en 16% rendement op de zonnestraling. 38

8. Getrokken lessen Verbruik van sanitair warm water:

€ incl. btw

Totale uitgaven met of zonder thermische zonne-installatie

zonder TZ met TZ

met TZ zonder TZ

zonder TZ

jaar

met TZ

Bron: Apere

●

De rendabiliteit van de individuele zonneboiler is veel beter bij een hoog verbruik. Volgens de gehanteerde hypothesen bedraagt deze 17 jaar voor de grote verbruikers van SWW (180 liter), en vrijwel niets voor de kleine gebruikers van SWW. 39

8. Getrokken lessen ●

●

(Vaak) aangetroffen problemen ►

Geen follow-up/monitoring

►

Onderdelen niet specifiek ontworpen voor zonnesystemen (= gevaar!)

►

Slechte dimensionering (expansievat, enz.)

►

Parametrering van de regeling

►

Hydraulische balancering (collectieve installaties)

►

Overdimensionering (groot rendementsverlies)

►

Thermosifon op de glycol- en SWW-circuits

►

Thermosifon opslagvat

►

Temperatuurvoeler afgekoppeld/slecht aangesloten (nachtelijke circulatie, …)

►

Te weinig vloeistof (niet-gedetecteerde lekken)

►

Isolatie van beschadigde leidingen

►

Problemen met schaduwval, oriëntatie

Conclusie: gecertificeerd installateur is nodig

Bron: Cenergie en 3E

40

9. Onderhoud •

Onderhoud ●

●

●

MAANDELIJKS: ►

Follow-up energieverbruik (meterstanden)

►

Controle van de druk in het circuit (eventueel)

►

Controle van de beschermingsanode van het buffervat (eventueel)

DRIEMAANDELIJKS ►

Controle van de pompen en circulatoren

►

Visuele inspectie van de collectoren

►

Controle van de GETTER van de vacuümzonnepanelen (eventueel)

►

Controle van de veiligheidsklep

►

Ontluchters (klep gesloten voor automatische ontluchters!)

JAARLIJKS ►

Controle van de elektriciteitskast

►

Kwaliteit van de vloeistof (refractometer en PH)

►

Reiniging en ontsmetting van de reservoirs (volgens risico van legionairsziekte)

►

Controle van de plaatwarmtewisselaars (drukvallen, …)

►

Druk van het expansievat

►

Mate van isolatie van de leidingen

►

IJking en bevestiging van de temperatuurvoelers

►

Controle van de terugslagkleppen

Bron: outilsoslaires.com

41

9. Onderhoud •

Onderhoud ●

Huishoudelijke installaties: cfr. “check-up van een zonnesysteem” Ateliers de la rue Voot

●

Collectieve installaties: cfr. gids “grote thermische zonnesystemen” BIM

42

Interessante tools, websites, enz.: ●

Websites ►

BIM thermische zonne-energie: http://195.244.174.34/Templates/Professionnels/informer.aspx?id=32603&langtype=2067 Apere: www.apere.org en www.smartguide.be (gids van hernieuwbare energiebronnen)

►

BIM Gids duurzame gebouwen: http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be › G_ENE08 De optimale productie- en opslagwijze voor verwarming en sanitair warm water kiezen › G_ENE11 Installaties voor de opwekking van hernieuwbare elektriciteit integreren

●

●

►

Cursussen (in het Frans) over dit thema: http://www.solairethermique.guidenr.fr/cours_solairethermique.php

►

www.energieplus-lesite.be

►

http://www.solaire-diffusion.eu

Tools ►

Zonthermische Quickscan (cfr. website BIM)

►

Visuele inspectie van de collectoren

►

http://www.solaire-diffusion.eu/outils-solaires/Dimensionering-logiciels-en-ligne.html

WTCB ►

●

TV 212: Leidraad voor de installatie van zonneboilers (tegen betaling)

Certificatie van de installateurs ►

Qualiwall www.qualiwall.be

►

REScert www.rescert.be

43

Referenties Gids Duurzame Gebouwen en andere bronnen: ●

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

[ENE08] De optimale productie- en opslagwijze voor verwarming en sanitair warm water kiezen [ENE11] Installaties voor de opwekking van hernieuwbare elektriciteit integreren

44

Te onthouden uit de uiteenzetting

●

Grote energiewinsten

●

Belang van een juiste dimensionering

●

Belang van kwaliteitsmaterialen en van een gecertificeerd installateur

●

Interessante premies

●

Follow-up en onderhoud van installaties is absoluut noodzakelijk

45

Contact

Stéphane Barbier Ingenieur HVAC Pulsis Gegevens 

: 0486 82 23 24

E-mail: [email protected]

46

Opleiding Duurzaam Gebouw:

Recommend Documents