Module 4.3
Ruimteverwarming EPU: van netto energiebehoefte naar primair verbruik
versie 2.0
Vergelijking EPW - EPU
systeemrendement EPW
opwekkingsrendement
afgifte & verdeling & opslag: apart identiek
EPU
2
globaal
Overzicht - Systeemrendement - Opwekkingsrendement - Primaire energiefactor (conversiefactor)
3
Hoofdstukkenoverzicht EPU §5.4 Transmissieverliezen §5.5 Ventilatie – verliezen §5.6 Interne winsten
§5.2 Netto behoefte voor ruimteverwarming
Systeemrendement §6.3
§6 Bruto behoefte voor ruimteverwarming
Opwekkingsrendement (incl. WKK)
§7.2.1 Thermische zonneenergie
§5.7 Zonnewinsten
§7.2.1 Eindenergieverbruik voor ruimte verwarming
§9 Verlichting Omzettingsfactor
§5.6 Interne winsten §5.7 Zonnewinsten
§5.4 Transmissieverliezen §5.5 Ventilatie – verliezen
§5.3 Netto behoefte voor koeling
Systeemrendement §6.3
§6 Bruto behoefte voor koeling
Opwekkingsrendement (incl. WKK)
§7.2.2 Eindenergieverbruik voor koeling
§10 Jaarlijks primair energieverbruik §4 Referentiewaarde
§8 Hulpenergie §7.2.1. Bevochtiging - Elektriciteit PV (EPW §12) & WKK (Bijl. A )
§4 E-peil
Energiestromen: systeemrendement Niet-nuttige warmtewinsten
Zon
Warmteterugwinning
Qs Metabolisme Verlichting
Eindenergie
Ep,heat
Primaire energie
Ventilatoren Apparatuur, ...
Qheat,final
Opwekkingsverliezen
5
Qi
Qg ηQg
QV,dedic QL QV,in/exf
Qheat,gross
Verliezen klimatiseringssysteem
Qheat,net
QT
Gebouwgrens
Algemeen: HVAC systemen in tertiaire gebouwen • realiteit: enorme diversiteit aan systemen en varianten (meer dan 100 mogelijke configuraties volgens bepaalde indelingen, ...) • daarom is in de EPU in 1e instantie voor een pragmatische aanpak gekozen: – overgenomen uit NL: wordt daar reeds een 10-tal jaar toegepast – schematische aanpak: er wordt enkel gekeken naar de belangrijkste karakteristieken van het klimatiseringssysteem – direct globaal systeemrendement als resultaat – ev. warmte- (of koude)opslag wordt genegeerd 6
Systeemrendement: Inleiding - Het systeemrendement voor verwarming is de verhouding - van de warmte die nuttig afgegeven wordt in de ruimten - tot de warmte die door het opwekkingstoestel afgeleverd wordt aan het klimatiseringssysteem
- Analoog voor koeling - Oorzaak van verliezen: - Energievernietiging door gelijktijdig koelen en verwarmen - Leidingverliezen tijdens het transport - Het eventueel ontbreken van een individuele temperatuursregeling in elke ruimte 7
Systeemrendement: Systeemprincipes - Het systeemrendement is afhankelijk van het type klimaatsysteem - Types klimaatsystemen: - Centrale opwekking: opdeling in acht verschillende systeemtypes (via systeemnummers) - Plaatselijke verwarming: systeemrendement = 100% - Vereiste luchtinblaastemperatuur verkregen door het mengen van een verwarmde en gekoelde luchtstroom: speciaal geval van systeemnummer 7
8
Systeemrendement: basisconcept warmte- en koudetoevoer Toevoerlucht (verwarmd of gekoeld)
Afvoerlucht
Individuele regeling per ruimte
Water (verwarmd of gekoeld)
9
Radiator, convector, vloerverwarming, koelplafond, stralingsverwarming, ...
Systeemrendement: systeemnummers Systeemnummer
Warmtetransport door
Koeltransport door
Water 1
ja n.v.t. nee
of 2 3
Regeling verwarming en koeling per ruimte
water water en lucht
ja ja
lucht nee
4
water en lucht
5
n.v.t.
ja ja nee
6
lucht
water
ja ja
7
lucht nee
8
10
water en lucht
ja
Systeemrendement: Voorbeeld Afvoerlucht
Verwarmde lucht in de winter, gekoelde lucht in de zomer
Verwarmd water
11
Praktijkvoorbeelden-1 WarmteKoeltransport transport door door
Systeem
Gebouw met natuurlijke ventilatie - radiatorverwarming en geen koeling
water
n.v.t.
- ventilatoreenheid (fancoil-unit) of koelplafond voor koeling; verwarming door radiatoren of ventilatoreenheid
water
water
- geen koeling, verwarming alleen met centraal verwarmde lucht, zonder radiatoren of naverwarmers
lucht
n.v.t.
- geen koeling, verwarming alleen met radiatoren of naverwarmers
water
n.v.t.
- centrale koeling van ventilatielucht en verwarming door radiatoren of naverwarmers (Topkoeling, VAV-systeem)
water
lucht
- 4-pijps-inductiesysteem of 4-pijps-ventilatoreenheden (fancoilunits) met centraal voorgekoelde/ontvochtigde lucht
water en lucht
water en lucht
- koeling en verwarming met alleen centraal gekoelde/verwarmde lucht, zonder radiatoren, naverwarmers, e.d.
lucht
lucht
Gebouw met mechanische ventilatie
12
n.v.t. = niet van toepassing
Praktijkvoorbeelden-2 Warmtetransport door
Koeltransport door
- 2-pijps-inductiesysteem, wisselend (change-over)
water
lucht
- 2-pijps-inductiesysteem, niet-wisselend (non change-over)
lucht
water
- Watervoerende koelplafonds in combinatie met: * alleen centraal verwarmde lucht * alleen centraal verwarmde en gekoelde/ontvochtigde lucht
lucht lucht water en lucht
water water en lucht water en lucht
water
water
Systeem
Gebouw met mechanische ventilatie
*
centraal verwarmde en gekoelde/ontvochtigde lucht en radiatoren of naverwarmers - ventilatoreenheid (fancoil-unit) of koelplafond voor koeling, verwarming door radiatoren, naverwarmer of ventilatoreenheid zonder centraal voorgekoelde/ontvochtigde luchttoevoer
13
14
Overzicht - Systeemrendement - Opwekkingsrendement - Primaire energiefactor (conversiefactor)
15
Hoofdstukkenoverzicht EPU §5.4 Transmissieverliezen §5.5 Ventilatie – verliezen §5.6 Interne winsten
§5.2 Netto behoefte voor ruimteverwarming
Systeemrendement §6.3
§6 Bruto behoefte voor ruimteverwarming
Opwekkingsrendement (incl. WKK)
§7.2.1 Thermische zonneenergie
§5.7 Zonnewinsten
§7.2.1 Eindenergieverbruik voor ruimte verwarming
§9 Verlichting Omzettingsfactor
§5.6 Interne winsten §5.7 Zonnewinsten
§5.4 Transmissieverliezen §5.5 Ventilatie – verliezen
§5.3 Netto behoefte voor koeling
Systeemrendement §6.3
§6 Bruto behoefte voor koeling
Opwekkingsrendement (incl. WKK)
§7.2.2 Eindenergieverbruik voor koeling
§10 Jaarlijks primair energieverbruik §4 Referentiewaarde
§8 Hulpenergie §7.2.1. Bevochtiging - Elektriciteit PV (EPW §12) & WKK (Bijl. A )
§4 E-peil
Energiestromen: opwekkingsrendement Niet-nuttige warmtewinsten
Zon
Warmteterugwinning
Qs Metabolisme Verlichting
Eindenergie
Ep,heat
Primaire energie
Ventilatoren Apparatuur, ...
Qheat,final
Opwekkingsverliezen
17
Qi
Qg ηQg
QV,dedic QL QV,in/exf
Qheat,gross
Verliezen klimatiseringssysteem
Qheat,net
QT
Gebouwgrens
Opwekkingsverliezen • De ketelverliezen minimaliseren is in 1e instantie de opdracht van de fabrikanten/installateurs: – goede en volledige verbranding (ook afregeling door de installateur) – kleine mantelverliezen door goede isolatie – zo laag mogelijke rookgastemperatuur (o.a. materiaalbeperkingen, ...)
• Samenvattend criterium in de EPU (zoals EPW) – het labo testrendement bij 30% deellast (sinds lang bij conventie uitgedrukt t.o.v. de onderste verbrandingswaarde) – productgegeven van de leverancier 18
Ketels • Bij condenserende waterketels is ook het ontwerp van een afgiftesysteem op lage temperatuur belangrijk: – de ontwerpretourtemperatuur is een bijkomende parameter
• Het eindenergieverbruik wordt uitgedrukt t.o.v. de bovenste verbrandingswaarde – dit is inclusief de latente verdampingswarmte van de geproduceerde waterdamp in de rookgassen – daartoe wordt intern in de software automatisch omgerekend met de verhouding van de onderste tot de bovenste verbrandingswaarde (fl/h). 19
Tabel opwekkingsrendement–Centrale verwarming (1/2) Warmteopwekkingstoestel - condenserende waterketel (1)(2)
ηgen,heat formule: zie grafiek op volgende slide
- niet-condenserende waterketel (1)(2)
fl/h η30%
- warme lucht generator (1)
fl/h η30%
- elektrische weerstandsverwarming (1)
1.00
Invloedsfactoren: • • • •
Testrendement bij 30% deellast: η30% (productgegeven) Opstelling: toestel buiten BV (1): vermindering met 2% Ketel permanent warm (2): vermindering met 5% Bij condenserende ketels bijkomend: – Testtemperatuur bij 30% deellast θ30% (productgegeven) – Ontwerpretourtemperatuur (Î θave,boiler) : zie volgende slide
20
Condenserende ketels: invloed van retourtemperatuur Waarde bij ontstentenis voor ‘Oppervlakteverwarming’
Waarde bij ontstentenis voor ‘Andere’
Correctie op rendement (%)
10 Ketelinlaattemperatuur bij test: 40°C
5 0 Ketelinlaattemperatuur bij test: 30°C
-5
-10 -15 -20 10
20
30
40
50
60
Ontwerp retourtemperatuur (°C) 21
70
80
Tabel opwekkingsrendement–Centrale verwarming (2/2) Warmteopwekkingstoestel - condenserende waterketel (1)(2)
ηgen,heat formule: zie grafiek op vorige slide
- niet-condenserende waterketel (1)(2)
fl/h η30%
- warme lucht generator (1)
fl/h η30%
- elektrische weerstandsverwarming (1)
1.00
- gebouwgebonden WKK
εcogen,th
- externe warmtelevering
ηequiv,heat,dh
εcogen,th = thermisch omzettingsrendement van de gebouwgebonden warmtekrachtkoppeling ηequiv,heat,dh = rendement voor externe warmtelevering Deze 2 aspecten zijn nog niet geïmplementeerd in v1.0 van de software. 22
Tabel opwekkingsrendement–Plaatselijke verwarming Warmteopwekkingstoestel - kolenkachel
fl/h 0.77
- houtkachel
fl/h 0.77
- oliekachel
fl/h 0.80
- gaskachel
fl/h 0.83
- elektrische weerstandsverwarming
Invloedsfactoren: • Type kachel (brandstof)
23
ηgen,heat
1.00
24
Uit bibliotheek
25
26
Overzicht - Systeemrendement - Opwekkingsrendement - Primaire energiefactor (conversiefactor)
27
Energiestromen: primaire energie factor Niet-nuttige warmtewinsten
Zon
Warmteterugwinning
Qs Metabolisme Verlichting
Eindenergie
Ep,heat
Primaire energie
Ventilatoren Apparatuur, ...
Qheat,final
Opwekkingsverliezen
28
Qi
Qg ηQg
QV,dedic QL QV,in/exf
Qheat,gross
Verliezen klimatiseringssysteem
Qheat,net
QT
Gebouwgrens
Conventionele omrekenfactor primaire energie •
Jaarlijks primair verbruik volgt uit het eindenergieverbruik door vermenigvuldiging met een conventionele conversiefactor (art. 11 van het besluit) Voor de bepaling van het E-peil gelden volgende conversiefactoren naar primaire energie (fp):
• fossiele brandstoffen: • elektriciteit: • biomassa:
fp = 1 fp = 2,5 fp = 1
NB: deze factoren zijn niet enkel voor ruimteverwarming van toepassing, maar ook voor alle andere omrekeningen van eind- naar primaire energie 29
30
Energiestromen 900
800
Energiestromen (MJ/m²)
700 PV max. kar. prim. verbruik kar. prim. verbruik verlichting bevochtiging hulpfuncties RV ventilatoren (reële of fictieve) koeling nuttige zonnewarmtewinsten nuttige int. warmtewinsten ruimteverwarming transmissieverliezen bewuste ventilatie in/exfiltratie
600
500
400
300
200
x1/ηsys
x1/ηopw
x fp
100
0 verliezen
winsten
netto behoefte bruto behoefte eindverbruik
primair verbruik
kar. prim. verbruik
max. kar. prim. verbruik
Typisch aandeel in het totaal primair verbruik (P90a)
27%
Transmissie
12%
7%
In/exfiltratie
32
Bewuste ventilatie
Module 4.3
Bijlage: Ketelrendementen
Versie 2.0
Wettelijk kader • EU – Europese ketelrichtlijn 92/42/EEG van 21 mei 1992 – Gewijzigd door richtlijn 93/68/EEG van 22 juli 1993
• Omgezet in Belgisch recht: – Koninklijk Besluit van 18 maart 1997 – In werking vanaf 30 juni 1997
• Eisen: Minimale rendementseisen aan ketels op de Europese markt – Rendement bij vollast (100%) – Rendement bij 30% deellast (nodig in kader van EPB) 34
Wettelijk kader: ketelrichtlijn • Toepassingsgebied – Waterketels – 4 tot 400 kW
= grootste gedeelte van de markt
– Vloeistof- of gasgestookt
(typisch vermogen voor een ééngezinswoning: 20-25 kW)
• 3 categorieën van ketels worden gedefinieerd, elk met hun eigen rendementseisen – Standaardketels – Lage-temperatuursketels (met inbegrip van condenserende gasolieketels) – Gasgestookte condenserende ketels 35
Minimale waterzijdige rendementen bij 30% deellast • Standaardketels (constante temperatuur)
η30% ≥ 80 + 3 log Pn • Lage-temperatuursketels (met inbegrip van condenserende gasolieketels)
η30% ≥ 87.5 + 1.5 log Pn • Gasgestookte condenserende ketels
η30% ≥ 97 + log Pn Pn (kW) : nominaal nuttig vermogen van de ketel 36
Rendementsgrenzen (condenserende ketels) • Fysische grens • theoretisch maximum haalbaar rendement • bepaald door de verhouding van de bovenste t.o.v. de onderste verbrandingswaarde van de brandstof
– Bij aardgas:
ongeveer 111%
– Bij gasolie:
bijna 107%
• Praktische grens • beste toestellen op de markt
37
– Bij aardgas:
ongeveer 109% voor η30%
– Bij gasolie:
ongeveer 104% voor η30%
Minmale waterzijdige van theoretisch maximale maximale Minimale waterzijdige rendement rendementen bij 30% 30% deellast deellast en theoretisch rendementen (t.o.v. (t.o.v. onderste rendementen ondersteverbrandingswaarde) verbrandingswaarde) 115
1
110
2
105 100 30% ηη30%
1. Theoretisch maximaal rendement van aardgasketels 2. Theoretisch maximaal rendement van gasolieketels
3
98.4%
3. Minimaal rendement van gasgestookte condenserende ketels
95 90 85
89.9%
4
82.8%
5
4. Minimaal rendement van lage-temperatuursketels 5. Minimaal rendement voor standaardketels
80 75 1
10
25
100
1000
LogPn Pn(kW) (kW)
Pn: nominaal nuttig vermogen van de ketel (kW)
Waterketels: Ketellabels in België •
Gasolieketels – Informazout (www.informazout.be) – Optimaz: • Voor lage temperatuursketels • Rendementseisen: voldoet minstens aan de ketelrichtlijn
– Optimaz Elite: • Voor condenserende ketels • Rendementseisen: idem als voor condenserende gasketels
•
Gasketels – Gasinfo (www.gasinfo.be) – HR + • Voor standaardketels en lage temperatuursketels • Rendementseisen: voldoet minstens aan de ketelrichtlijn
– HR Top • Voor condenserende ketels • Rendementseisen: voldoet minstens aan de ketelrichtlijn
39
Nota: aan de labels zijn ook nog een aantal andere kwaliteitseisen gebonden (o.a. beperking van CO- en NOx-gehalten in de rookgassen)
