Simulatie van BetonKernAktivering

IBPSA NVL – ALV, de Meern

Simulatie van BetonKernAktivering

TNO Bouw

Wim Maassen

Meern, 13 mei 2004

Inhoud 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Inleiding - BetonKernAktivering Prestaties BKA Modelleren Testcase Varianten Eerste simulatieresultaten Conclusies Advies: Inzet BKA simulatie

IBPSA NVL ALV – Simulatie van BetonKernAktivering

Meern, 13 mei 2004

2

1. Inleiding BKA BetonKernAktivering onderdeel gebouw en installatie systeem Î klimatisering van gebouwen

Gezonde, comfortabele en produktieve werk/leef-omgeving Ventileren, Verwarmen, Koelen, Verlichten, Bevochtigen, Ontvochtigen IBPSA NVL ALV – Simulatie van BetonKernAktivering

Meern, 13 mei 2004

3

Voorbeeld BKA regeling: Zomer: T = const = 19 C Winter: T = const = 23 C

1. Inleiding BKA • Principe BKA

natuurlijke convectie

warmtestraling

Gedwongen convectie

Tvertrek: Zomer: (22 -) < 27 C Winter: > 20 C (- 22) zonnestraling

warmtegeleiding


Meern, 13 mei 2004

4

1. Inleiding BKA BKA eigenschappen: • Grote (effectieve) thermische massa Î opslag (vraag Ù aaanbod, pieken), klein temperatuurverschil = zelfregelend • Groot stralingsoppervlak Î comfort BKA mogelijkheden: • Toepassen LT verwarming en HT koeling Î toepassen hoogrendement DE opwekkers (Warmtepomp) • Kortsluiting van zones Î reductie intrinsiek energieverlies


Meern, 13 mei 2004

5

Mogelijke opwekkers: Warmte Î Warmtepomp icm lange termijn energieopslag in de bodem 1. Inleiding BKA Koeling ÎLange termijn energieopslag in de bodem • BKA in het installatiesysteem

Luchtbehandeling

Open plafond !

Distributie

W T W

lokaal Distributie

Opwekkers IBPSA NVL ALV – Simulatie van BetonKernAktivering

Afgifte

Vertrek Meern, 13 mei 2004

6

1. Inleiding BKA


Meern, 13 mei 2004

7

1. Inleiding BKA Volwassenheid BKA techniek: • Buitenlandse onderzoeks- en praktijkresultaten (Zwitserland: EMPA) • Enkele (beperkte) simulatietools (Tabscal-TRNSYS, Excel-tool, Radcool, VA114, ….) • Geen ontwerprichtlijnen in ISSO publicatie • Niet in epn/epa

Markt: • Projecten EU: Zwitserland, Duitsland, … • Projecten NL: inmiddels > 20 projecten in Nederland • NL potentieel: schatting 100 kantoren van ca 10.000 m2 BVO Î ca. 2 Pjrpim toe te schrijven aan BKA icm WP. IBPSA NVL ALV – Simulatie van BetonKernAktivering

Meern, 13 mei 2004

8

1. Inleiding BKA Referenties: Meierhans, Olesen, ‘Betonkernaktivierung’, Velta productions, 1999 Koschenz, Lehmann, ‘Thermoaktive Bauteilsysteme tabs’, EMPA Zwitserland, 2000 Nijeboer, Besselink, ‘Bouwdeelactivering’, TVVL H0088, Conclusie in TVVL studie: 2000 Comfortaspect en dynamische effecten

nog niet in simulatietools

¾ 2000 artikelen in TVVL en V&V en TVVL presentaties ¾ Websites: viessmann, velta, wth, nathan, empa, …

Advies in TVVL studie: ontwikkel aangepaste versie VA114 IBPSA NVL ALV – Simulatie van BetonKernAktivering Meern, 13 mei 2004 9 met BKA

1. Inleiding BKA TNO Bouw aktiviteiten mbt BKA: • 2001 – Faciliteren laboratorium experiment => afstudeerproject (WTH, VBI). • 2004 - Uitbreiding van VA114 rekenkern: • Schakelbare warmteoverdrachtscoefficienten • Separaat distributienet met eigen stooklijn Î aparte regeling mogelijk • Aangrenzende vertrekken in rekening brengen • Vermogensuitwisseling adequaat bepaald Î effect positie slangen


Meern, 13 mei 2004

10

2. Prestaties BKA Voordelen (?): • Laag energiegebruik • Hoog thermisch comfort • Totale luchttoevoer = benodigde verse lucht • Zelfregulerend vermogen • Op te stellen vermogen opwekkers kan laag • Afgifte systeem voor LT verwarmen en HT koelen • (Gering ruimte beslag) • (Realisatiefase Î drogen betonconstructie) • (Investering, onderhoud … ???)


Meern, 13 mei 2004

11

50 40

2. Prestaties30 BKA50

70

Plafondkoeling in afwerklaag

60 60

Betonkernactivering 80

Klimaatplafond Gekoelde wand Geribd klimaatplafond

Nadelen: 60 80 Koelregister 25 45 • Extra voorzieningen nodig voor ontvochtigen Graviventsysteem • Beperkte capaciteit (k: 40-60 W/m2 als Tvertrek = 20 30 40 50 60 70 80 90 100 27 C) Koelvermogen [W/m2] • Beperkingen constructie aanpassingen (boren) • Ruimte akoestiek (open constructies) • Integratie in bouwproces [tvvl studie] • Integratie in installatieconcept [tvvl studie] • Recycling [tvvl]


Meern, 13 mei 2004

12

2. Prestaties BKA Enkele te kwantificeren BKA effecten: • Dimensioneren: vermogen opwekkers en luchthoeveelheid • Energiegebruik (verwarmen en koelen) • Thermisch comfort (PMV) Optimalisatie ontwerp: • Systeemoptimalisatie Î regelstrategie en instellingen IBPSA NVL ALV – Simulatie van BetonKernAktivering

Meern, 13 mei 2004

13

3. Modelleren BKA Te modelleren aspecten: 1. Component: Geaktiveerde Vloer/Plafond constructie 2. Vertrek 3. Aangrenzende vertrekken 4. Vertrekken in verschillende zones


Meern, 13 mei 2004

14

3. Modelleren BKA 1. Component: Geaktiveerde vloer/plafond constructie Tvloeroppervlak • Opbouw vloerTvertrek (lagen, kanaalplaten ?) • Diepte slangen Tconstructieoppervlak Twater • Onderlinge afstand slangen

Koelplafond

Betonkern

Vloerverwarming


Wandverwarming

Meern, 13 mei 2004

15

3. Modelleren BKA 2. Vertrek

•Tvloeroppervlak •Tvertrek •Twater

•Hinw

•Convectieve warmteoverdracht •Afhankelijk•van•temperatuurverschil •Tconstructieoppervlak


Meern, 13 mei 2004

16

3. Modelleren BKA 3. Aangrenzende vertrekken Regeling

warmtestraling


Gedwongen convectie

zonnestraling

warmtegeleiding

Regeling

warmtestraling


Gedwongen convectie

zonnestraling

warmtegeleiding


Meern, 13 mei 2004

17

3. Modelleren BKA 4. Vertrekken in verschillende zones

Noord

Verwarmen Tussenseizoen: uitwisselen thermische energie Koelen Zuid


Meern, 13 mei 2004

18

Gegevens: Tvertrek: Luchtstooklijn: Water stooklijn:

Gebouw Behoefte Profiel Ù T-ventilatielucht & Stook-/ koellijn 50

4. Test case 40

Ventilatieluchttemperatuur['C]

30

• Referentie: standaard BKA 20

EO-stooklijn

10

Buitentemperatuur 0 -10

-5

0

5

10

15

20

25

30

•Noord •Noord -10

35

22 C (10,16) 22 C - constant

BKA vloer(/plafond): Tapijt: 1 cm Afwerklaag: 2 cm Beton: 10 cm Slangen: ja Beton 10 cm Bedrijfswijze: BKA wordt alleen gevoed als bij Warmte- of koudevraag, warmte of koude geleverd kan worden

-20

-30

TVVL 18 maart 2003

NB! In praktijk continue doorstroom

•Zuid •Zuid


Meern, 13 mei 2004

19

5. Varianten • BKA variant 1 – water stooklijn variant • 22 C- constant => (27;-7) (14,5;31)

•

BKA var 2 vloer(/plafond): Tapijt: 1 cm Afwerklaag: 2 cm BKA variant 2 – massa variant Beton: 1 cm • Lichte constructie => beton delen 1cm ipv 10 cm Slangen: ja Beton 1 cm

• BKA variant 3 – component variant • Slangen onder afwerklaag

• BKA variant 4 – modelleringsaspect • Schakelbare convectieve warmteoverdrachtscoefficienten

BKA var 3 vloer(/plafond): Tapijt: 1 cm Afwerklaag: 2 cm Slangen: ja Beton: 10 cm Beton 10 cm

BKA var 4 convectieve warmteoverdracht: 3,16 Î 1,0 of 4,13 W/m2K IBPSA NVL ALV – Simulatie van BetonKernAktivering

Meern, 13 mei 2004

20

6. Eerste simulatieresultaten Energielevering [kWh] Energielevering [%] Variant Toelichting Warmte Koude Warmte Koude 100% Ref 2150 1230 100% 160% 200% Var 1 stooklijn 3450 2530 Var 2 massa 2600 1680 125% 130% 98% 96% Var 3 positie slang 2110 1190 99% Var 4 schakel WOC 2130 1210 98%

Conclusies mbt dit voorbeeld: •Hoger E-gebruik: groter verschil Twater vs Tvertrek •Hoger energiegebruik bij lichtere constructies •Positie/diepte slang geringe invloed op energiegebruik •Schakelbare warmteoverdrachtscoefficienten gering effect (afhankelijk bedrijfswijze ?) IBPSA NVL ALV – Simulatie van BetonKernAktivering

Meern, 13 mei 2004

21

TO-verdeling vertrek 1 9000

8000

6. Eerste simulatieresultaten

Aantal uren boven binnentemperatuur [-]

7000

Temperatuurverdeling 6000

5000

4000

3000

2000

1000

0 15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

Binnenluchttemperatuur [°C] variant 1


variant 2

Meern, 13 mei 2004

variant 3

22

30

4. Simuleren

Invloed van schakelende wo-coefficienten

Binnenluchttemperatuur (C)

25

20

Vaste waarde 3.16 Schakelende waarde tussen 1.0 en 4.13

15

10

5

0 0

4

8

12

16

20

24

Uur van de dag


Meern, 13 mei 2004

23

Invloed van schakelende wo-coefficienten op warmtelevering

4. Simuleren

5000 4500

Lokale warmtelevering (W)

4000 3500 3000 Vaste waarde 3.16 Schakelende waarde tussen 1.0 en 4.13

2500 2000 1500 1000 500 0 0

4

8

12

16

20

24

Uur van de dag


Meern, 13 mei 2004

24

7. Conclusies/constateringen • BKA zal in NL vaker worden toegepast. Gelet op ontwikkelingen EU en NL. • BKA simulatie kan conceptkeuze, ontwerp en dimensioneren ondersteunen. • BKA heeft bij bepaalde toepassingen (oa gebruik en eisen aan binnenklimaat) meerdere voordelen tov conventionele systemen. • Standaardisatie van BKA simulatie ontbreekt. • BKA wordt niet specifiek als energiebesparende maatregel gewaardeerd in EPN.


Meern, 13 mei 2004

25

7. Conclusies/constateringen • •

Verschillende BKA simulatieprogramma’s zijn in gebruik voor conceptkeuze en ontwerp/dimensioneren. Huidige marktversie VA114 maakt afwegingen mbt BKA mogelijk.

Uitbreidingen in VA114 ontwikkelversie maken het beter mogelijk om BKA installatieconcept te simuleren tbv haalbaarheid en ontwerpen/dimensioneren, oa: 1. Aparte stooklijn BKA is mogelijk 2. Uitwisseling met buurvertrekken 3. Model verbeteringen ao schakelbare WOC’s en effectiviteit bepaling

•


Meern, 13 mei 2004

26

7. Conclusies/constateringen • Kritische aspecten in ontwerp zijn: regeling en instellingen Î systeemoptimalisatie van groot belang.

• Eerste simulatieresultaten leveren aanknopingspunten voor gevoeligheidsstudie cq optimalisatie van BKA systemen.


Meern, 13 mei 2004

27

8. Advies: Inzet BKA simulatie BKA simulatie voor produkt(door)ontwikkeling: • Simulatiemodel aanvullende uitbreidingen • Regelingen: oa regelen op retourwater temperatuur • Reductie intrinsiek energieverlies Î kortsluiten zones

• Componentoptimalisatie • Simulaties voor verschillende geaktiveerde betondelen (type, opbouw, positie slangen, …)

• Systeemoptimalisatie • • • • •

Regelingen en instellingen (stooklijn) Verschillende toepassingen (oa interne warmtelast) Optimalisatie koppeling met warmtepompen Verschillend gebruik aangrenzende vertrekken Warmteuitwisseling bij gelijktijdige warmte en koudevraag


Meern, 13 mei 2004

28

8. Advies: Inzet BKA simulatie BKA simulatie op maat voor adviespraktijk: • Analyse- en ontwerphulpmiddelen • concepten bepalen/afwegen • Dimensioneren en optimaliseren • Specifieke producteigenschappen

BKA simulatie voor verankering in de markt: • Ontwerprichtlijnen (oa ISSO publicatie) • Waardering als energiebesparende techniek (EPN/EPAU/EPBD)


Meern, 13 mei 2004

29

Dank voor uw aandacht !!


Meern, 13 mei 2004

30

Simulatie van BetonKernAktivering

Recommend Documents