REG in gebouwen: Installaties met warmtepompen : een overzicht

Kenniscentrum

Hogeschool voor Wetenschap en Kunst [De Nayer Instituut] – WTCB KULeuven - Hogeschool voor Wetenschap en Kunst [St-Lucas Architectuur] - ODE-Vlaanderen - VITO

REG in gebouwen: Installaties met warmtepompen : een overzicht

Willy Van Passel, Raf De Herdt Kenniscentrum IDEG - De Nayer Instituut

De Nayer Instituut, [email protected] ; WTCB, [email protected] ; www.ideg.info

Kenniscentrum


Wat is er nodig? • Residentieel : – Verwarmen van een gebouw – Productie warm water

Æ 10 000 – 20 000 kWh Æ 2000 – 3000 kWh


1

Kenniscentrum


Wat is het doel? • Verwarmen van een gebouw Æ 21°C • Productie warm water Æ 38°C • Hoe kunnen we dat doen ? – Stookolie – Gas – Warmtepomp

Æ Verbrandingsgas 1400°C Æ CV-water : 75°C Æ lucht : 21°C Æ Verbrandingsgas 1200°C Æ CV-water : 75°C Æ lucht : 21°C Æ ¾ v/d energie uit omgeving op -10°C tot +10°C, ¼ v/d energie uit elektriciteit Æ CV-water : 25°C – 45°C Æ lucht : 21°C


Kenniscentrum


Wat is het doel? • • • •

Voldoen aan alle comfortvoorwaarden Besparing van energie Besparing van energiekosten Vermindering van uitstoot van CO2 en andere verbrandingsgassen


2

Kenniscentrum


Wat is het doel? • Doel : – warmte maken op een bruikbare temperatuur (bv. 50°C) – MET warmte uit de omgeving op -5°C tot 10°C

• 2de hoofdwet van de thermodynamica : – warmte stroomt altijd van hoge temperatuur naar lage temperatuur

• Analogie met water De warmtepomp ‘verpompt’ energie uit de omgeving (op lage T) naar energie op hoge T ⇓ Extra energie nodig


Kenniscentrum


Voorbeeldberekening Wat hebben we nu nodig aan energie per jaar ? • Verwarming –

Warmtepomp: •

•

–

• •

12000 kWh verwarming => 4000 kWh elektrische energie

Sanitair warm water Zonneboiler • •

Gezin 4 personen => boilerinhoud 200l, 4 m² collectoroppervlak Gezin 4 personen => 8kWh per dag => 3000 kWh per jaar => 1500kWh (1/2 zonneboiler) + 1500 kWh (warmtepomp) => 500 kWh elektrische energie

• •

15000 kWh => warmtepompvermogen 10kW => 1500 draaiuren Horizontale grondwarmtewisselaar 20 W/m lopende meter buis => 500m PE buis

Totaal Elektriciteit –

Totaal •

3000 kWh (algemeen) + 4500 kWh (verwarming) = 7500 kWh => 75 m2 fotovoltaïsch panelen (100kWh/m²) => zuid georiënteerd dak 12,5m x 6m


3

Kenniscentrum

Duurzame technieken



Kenniscentrum

Duurzame technieken


ZONNE-ENERGIE

Optimale oriëntatie en hellingshoek De Nayer Instituut, [email protected] ; WTCB, [email protected] ; www.ideg.info

4

Kenniscentrum



Kenniscentrum


INVLOED HELLING EN ORIENTATIE Ruime zone met bijna optimale jaarlijkse opbrengst (5% verlies): - helling tussen 20° en 60° - oriëntatie tussen ZW en ZO

2

sh ng lli he 0º

95%

6

k oe 0º

Max. jaarlijkse instraling Ukkel 1083 kWh/m2 - azimuth -2º (ongeveer zuid) - hellingshoek t.o.v. hor. vlak: 35º

bron: 3E De Nayer Instituut, [email protected] ; WTCB, [email protected] ; www.ideg.info

5

Kenniscentrum


Zonneboiler Waar halen we warmte vandaan ? • Een heldere zomerdag : > 1000 W/m², • Een zwaar bewolkte dag : 50 W/m². • Het aandeel van de diffuse straling zeer groot : 60% diffuus en 40% direct zonlicht. • Gemiddeld gezien (over een heel jaar) valt er bij ons 105 W/m² in. Ingestraald vermogen (MJ/m²)

600

500

400

300

560 461

452

413

200

352

339 233

100

173

133

76

71

51

O kt ob er N ov em be r D ec em be r

tu s

be r m

us Au g

Se pt e

ni

Ju li

M ei

Ju

Ap ril

ri

aa rt

ru a

M

Fe b

Ja

nu a

ri

0


Kenniscentrum


Zon en sanitair warm water


6

Kenniscentrum


Vlakke plaat collectoren en vacuümbuizen


Kenniscentrum



7

Kenniscentrum


Productie warm water • Zonneboiler

Zonnecollector

Naar sanitair water

Opslagvat

Naverwarming

Regeling

Pomp De Nayer Instituut, [email protected] ; WTCB, [email protected] ; www.ideg.info

Kenniscentrum


Vlakkeplaat collector


8

Kenniscentrum


Vacuümbuis


Kenniscentrum



9

Kenniscentrum



Kenniscentrum



10

Kenniscentrum


PV-SYSTEEM OP PRIVATE WONING • 1 kWp = 1 kiloWattpiek – oppervlakte: 8 m2 – gemiddelde opbrengst: ± 850 kWh/kWp.jaar – of: >100 kWh/m2 – kostprijs: ± 6000 euro

PV-module

(incl. btw, installatie,randapparatuur)

connectiedoos

•gemiddeld verbruik

invertor

– per gezin = 4000 kWh

meterkast

– 100% = 5 kWp = 40 m2 elektriciteitsnet De Nayer Instituut, [email protected] ; WTCB, [email protected] ; www.ideg.info

Kenniscentrum


PVT-panelen


11

Kenniscentrum


Warmtepomp


Kenniscentrum


Ontwerpregels warmtepompsysteem Tcondenser Tafgifte

woning

afgifte

Twoning

condenser

Pcompressor

verdamper

Tbron

1

Tglycolwater Tverdamper

3

COP = bron

bron

3 2

SPF =

Qcondenser = f (ΔT ) varieert! Pcompressor

∫

Qcondenser

∫

Pcompressor

jaar

jaar

SPFsys =

∫

Qcondenser

jaar

∫

( Pcompressor + ∑ Phulp )

jaar


12

Kenniscentrum


Werkingsprincipe


Kenniscentrum

Verdamper


Condensor

Compressor Expansieventiel


13

Kenniscentrum


Compressor • Hermetische compressor • Semi-hermetische compressor • Scroll-compressor

• Schroefcompressor De Nayer Instituut, [email protected] ; WTCB, [email protected] ; www.ideg.info

Kenniscentrum


C0MPRESSOR TWEETRAPS


14

Kenniscentrum


Verdamper / condensor • Platenwarmtewisselaar

• Shell-and-tube • Luchtbatterij • Coaxiaal


Kenniscentrum



15

Kenniscentrum


“Dubbelklikken op wit blad”


Kenniscentrum



16

Kenniscentrum



Kenniscentrum


Bron-temperaturen voor WP


17

Kenniscentrum


Bronnen van warmte Vertikale sonde

Grondwater

Uit Geo-thermie.de; viessmann.be

Horizontale grondwarmtewisselaar

Energiepalen Lucht


Kenniscentrum



18

Kenniscentrum


Bron •

Dimensionering horizontale bodemwarmtewisselaaar: –

+/- overzicht • • • • • • • •

–

Vuistregels • • • •

–

Goedkoop Groot oppervlak vereist dus voor kleine projecten Snelle regeneratie maar ook afkoeling Geen vergunning Aanzienlijke grondwerken Gemiddelde SPF Geen koeling Opletten voor bodembevriezing Specifiek onttrekkingsvermogen 10-40W/m² (droog tov waterverzadigd) VDI 4640 Tussenafstanden buizen 50-80cm (droog tov waterverzadigd) Diepte buizen 1-1,5m Oppervlakte best zo groot mogelijk: 1 à 2 x vloeroppervlakte woning

Configuratie • •

Tichelman schakeling: opletten voor ontluchting Centrale collector


Kenniscentrum


BRON = horizontale grond-WW

- Complex ontwerp - speciale opleiding vereisd - gespecialiseerd installateur die samenwerkt met grondwerker De Nayer Instituut, [email protected] ; WTCB, [email protected] ; www.ideg.info

19

Kenniscentrum


Bron •

Dimensionering verticale bodemwarmtewisselaaar: –

–

+/- overzicht • Combinatie voordelen grondwater en horizontale gww • Dure uitvoering: gemiddelde prijs 25-30€/m boorgat • Kleine oppervlakte • Hoge SPF • Natuurlijke koeling mogelijk • Kennis geologie vereist www.DOV.vlaanderen.be • Correcte dimensionering ahv simulatie: continue en piekontrekkingsvermogens belangrijk Vuistregels • Specifiek onttrekkingsvermogen 25-50W/m boorgat (droog tov waterverzadigd) VDI 4640 • U – dubbele U – coaxiaal configuratie • Tussenafstanden boringen 4-8m in lijn loodrecht op grondwaterstroming • Dimensionering via simulatiepakket – –

–

Piekvermogens: via warmteverliesberekening Hoeveelheid warmte – koude/jaar: via E-peil berekening

Configuratie • Tichelman schakeling: opletten voor ontluchting • Centrale collector


Kenniscentrum



20

Kenniscentrum



Kenniscentrum


BRON = buitenlucht

- Prefab-units - niet complex - installateurs-niveau


21

Kenniscentrum


Warmte afgeven in het gebouw • Op zo laag mogelijke temperatuur – Energiebesparend, want minder productie en distributieverlies – COP stijgt

• LTV systemen (temperatuur < 55°C) – – – –

Luchtverwarming (lucht van 30-50°C) Overgedimensioneerde radiatoren (45-55°C) Vloerverwarming (max. 30-45 °C) Wandverwarming (max. 60 °C)


Kenniscentrum


Warmte afgeven in het gebouw • Op zo laag mogelijke temperatuur : 55°CÆ45°C

45°CÆ35°C

35°CÆ25°C

Radiatoren

x

Convectoren

x

Ventilo-conv.

x

(x)

Luchtverwarming

x

(x)

Vloerverwarming

(x)

x

x

Wandverwarming

x

x

x

Betonkernactivering

25°CÆ20°C

Werkingsgebied warmtepomp

x

x


22

Kenniscentrum


Lage Temperatuur Verwarmings-systeem



Uit IWT-HOBU-project ‘Warmtepompen’, De Nayer Instituut

Kenniscentrum


23

Kenniscentrum

•


LTV berekening

Voorbeelden installatie LTV:


Kenniscentrum


Zéér lage temperatuurverwarming : betonkernactivering


24


Uit Echo, Infra+, Slimdeck

Kenniscentrum


Kenniscentrum


Heipalen als bodem-warmtewisselaar


25

Kenniscentrum


Installatieschema BRON

INSTALLATIE

AFGIFTE


Kenniscentrum


Installatieschema


26

Kenniscentrum


Voorbeeld uitvoering

Bron: www.viessmann.nl


Kenniscentrum


COP Æ SPF Æ PER • COP = Coefficient of Performance – = toestel, ogenblikkelijk

COP =

• SPF = Seasonal Performace Factor SPF = – = installatie, periodiek

• PER = Primary Energy Ratio – = installatie, periodiek

PER =

QH ( kWth ) Pcomp ( kWe ) QH ( kWhth ) Wcomp + Whulp ( kWhe ) QH ( kWhth ) Wcomp + Whulp ( kWh primair )


27

Kenniscentrum


COPCarnot Condensor (QH)

COPCarnot =

Thoog Thoog − Tlaag

=

Tcondensatie Tcondensatie − Tverdamping

Compressor (W)

Verdamper (QL)

• •

Thoog en Tlaag dicht bij elkaar : COP = hoog Thoog en Tlaag ver uit elkaar : COP = laag

40 + 273 = 7,825 40 − 0 50 + 273 = 6,46 = 50 − 0 40 + 273 = 10,43 = 40 − 10

COPCarnot = COPCarnot COPCarnot


Kenniscentrum


Indien warmteafgifte aan water

SPF = fθfΔθ fpumps COP test • fθ : correctiefactor voor het effect van een andere afgiftetemperatuur dan tijdens test • fΔθ : correctiefactor voor het effect van een ander temperatuursverschil in afgiftekring dan bij test • fpumps : correctiefactor voor verdamperpomp (indien aanwezig)


28

Kenniscentrum


SPF (stookseizoen) SPF =

5917 (kWhth ) QH (kWhth ) = = 3,05 Wcomp + Whulp (kWhe ) 1750 + 191.6 (kWhe )

95,8 kWhe

Primaire pomp

1750 kWhe 95,8 kWhe Compressor

Secundaire pomp

5917 kWhth


Kenniscentrum


COPtest Æ SPF Æ PER voor woningen • Volgens berekening in EPB (afgeleid uit VDI 4650) – Regime 35-30, met stooklijn

COP volgens EN14511 SPF PER

Lucht-water 3,0 3,5 3,1 3,6 1,2 1,4

Bodem-water 4,0 4,8 3,9 4,7 1,6 1,9

Water-water 5,0 5,8 3,8 4,5 1,5 1,8

W-W Condens. gasketel

PER

1,0 1,0

L-W

1,1

1,2

1,3

B-W

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0


29

Kenniscentrum


CODE EN REKENBLAD

www.ideg.info


Kenniscentrum


Wat is CvGP Warmtepompen •

Opgedeeld in 3 delen –

Deel 1: introductie - achtergrondinformatie • Warmtepomptechniek BOA • Toepassingsgebied → Wat in het achterhoofd houden bij het toepassen van een warmtepomp

–

Deel 2: stappenplan met werkbladen • •

–

Deel 3: bijlagen • •

• • •

Stappenplan voor ontwerp van een warmtepompinstallatie voor een woning volgens BOA structuur Werkbladen Literatuur Uitgewerkte voorbeelden

Werkbladen zijn deels geautomatiseerd overgenomen in excel rekenblad Er wordt uitgegaan van een basiskennis ontwerp verwarmingsinstallaties: warmteverlies, hydraulica, … Terug te vinden op www.energiesparen.be – www.ideg.info


30

Kenniscentrum


1ste

2de

De Nayer Instituut, [email protected] ; WTCB, [email protected] ; www.ideg.info November 2005

Kenniscentrum


4de

September 2008


31

Kenniscentrum


Nuttige documentatie • Algemeen : – Folder Warmtepompen (www.energiesparen.be) – Brochure Warmtepompen (www.energiesparen.be)

• Technisch : – Code van Goede Praktijk voor warmtepompen in woningen (www.energiesparen.be) – www.ideg.info : WarmtepompMatrix


32

REG in gebouwen: Installaties met warmtepompen : een overzicht

Recommend Documents