KLIMAATBEHEERSING 1
WARMTETECHNIEKEN
Ontwerp, aanleg, onderhoud en beheer
Fred de Lede
Jan Koopmans
Irene van Veelen
Rob van den Berge
Hans Wittens
Colofon
Klimaatbeheersing 1 Warmtetechnieken – Ontwerp, aanleg, onderhoud en beheer
is een uitgave van BIM Media B.V.
Meer informatie over deze en andere uitgaven kunt u verkrijgen bij:
BIM Media Klantenservice
Postbus 16262
2500 BG Den Haag
Telefoon: (070) 304 67 77
Mail: www.bimmedia.nl/service
Internet: www.bimmedia.nl en www.cobouw.nl/gawalo
Uitgever: Johan Schot
Redacteur: Minas Avedissian
Omslagontwerp: Anita Amptmeijer, www.agraphics.nl, Apeldoorn
Ontwerp binnenwerk: Anita Amptmeijer, www.agraphics.nl, Apeldoorn
Opmaak: AlphaZet prepress, Waddinxveen
© 2014 BIM Media B.V., Den Haag
ISBN 978 90 125 8224 7
NUR 959
Alle rechten voorbehouden.
Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een databestand en/of openbaar
gemaakt door middel van druk, fotokopie, opnamen of anderszins, zonder voorafgaande schriftelijke
toestemming van de uitgever.
Samenstellers en uitgever zijn zich volledig bewust van hun taak een zo betrouwbaar mogelijke uitgave
te verzorgen. Niettemin kunnen zij geen aansprakelijkheid aanvaarden voor eventuele in deze uitgave
voorkomende onjuistheden. Wij stellen het op prijs wanneer u aanvullingen, onjuistheden en verbeteringen aan ons wilt doorgeven.
WOORD VOORAF
Door de grote zorg en aandacht voor het ontwerp en de detaillering van een gebouw (en dus
voor het bouwfysische gedrag) wordt de behoefte aan warmte en koude tot een minimum
teruggebracht. Wel blijven in de meeste situaties klimaatinstallaties nodig om te voldoen aan
behaaglijkheideisen. Bij een minimale warmte- of koudevraag van een gebouw bieden eenvoudige klimaatinstallaties soms al uitkomst. Meestal gaat dit samen met een laag energie- en
grondstoffenverbruik. Een behaaglijk gebouw is niet per definitie een gebouw vol complexe
installaties.
Klimaatinstallaties hebben als taak de berekende tekorten of overschotten aan warmte, vocht
en ventilatie te compenseren, tot het niveau waarbij de behaaglijkheid in een gebouw gedurende de gebruiksperiode wordt gegarandeerd. In een vroeg stadium van het ontwerp kan
met behulp van bouwfysische berekeningen een voorspelling worden gedaan over bijvoorbeeld de te verwachten warmtevraag van een gebouw (transmissieberekening), de optredende binnentemperaturen, de ventilatiebehoefte, de vochthuishouding, de akoestiek, de daglichttoetreding, enzovoort. Als ontwerpers onvoldoende zorg besteden aan het ontwerp en
de detaillering van een gebouw (en dus ook aan de fysische vertaling), dan zal met klimaatinstallaties veel warmte en/of koude, vocht en/of droogte en ventilatielucht moeten worden
aangevuld om aan behaaglijkheideisen te voldoen. Dit heeft weer tot gevolg dat het energieen grondstoffenverbruik veel hoger is dan nodig.
De laatste decennia besteedt men steeds meer aandacht aan het terugdringen van energieverbruik voor het verwarmen of koelen van gebouwen. Dit gebeurt enerzijds voor een kostenbesparing op lange termijn, anderzijds om het verbruik van fossiele brandstof en de uitstoot van CO2 terug te dringen. Fossiele brandstof is schaars, maar uiteraard geldt dit voor de
meeste zo niet alle grondstoffen.
Energiebesparing is een belangrijk thema in de hedendaagse bouw, binnen een breder kader
van duurzaam bouwen. Denk maar aan de vele toetsingsmodellen die momenteel gebruikt
worden, zoals Cradle-to-cradle, BREEAM, Greencalc en GPR. Wettelijk geldt in Nederland bij
nieuwbouw de Energieprestatienorm, waarin het energiegebruik van gebouwen wordt
begrensd. Deze norm is weer verplicht binnen Europees verband.
Technische installaties kunnen een grote invloed hebben op de bouwkundige planvorming
en de architectuur van een gebouw. De architect moet om deze reden al in een vroeg stadium
de consequenties overzien van de beslissingen die hij gedurende het ontwerpproces neemt.
Klimaatinstallaties hebben binnen het ontwerpproces van gebouwen een zeer sterke wisselwerking met enerzijds het gebouwontwerp (de integratie) en anderzijds de bouwfysica (de
rekentechnieken).
Dit praktijkboek hebben wij geschreven om de theorie van warmtetechnieken te verduidelijken en de toepassingen van warmtetechnieken praktisch uit te leggen. De rode draad loopt
van de theoretische verbrandingstechniek naar het praktische beheer van installaties. Verder
schenken we de nodige aandacht aan wet- en regelgeving. Warmtetechnieken is fraai vormgegeven door uitgebreid kleurgebruik, overzichtelijke tabellen en functionele tekeningen. Wij
hopen dat dit boek een onmisbaar naslagwerk wordt voor iedereen die in de praktijk met
warmtetechnieken te maken heeft.
Januari 2014
Fred de Lede
Jan Koopmans
Irene van Veelen
Rob van den Berge
Hans Wittens
Warmtetechnieken - 5
BEDRIJVEN
Alklima / Mitsubishi Electric Cooling & Heating
Van Hennaertweg 29
2952 CA Alblasserdam
Postbus 1176
3350 CD Papendrecht
(078) 615 00 00
[email protected]
www.alklima.nl
Alpha-InnoTec
Nathan Import/Export BV
Impact 73
6921 RZ Duiven
(026) 445 98 45
[email protected]
www.nathan.nl
Amfra
Signaal 7
1446 WT Purmerend
Postbus 155
1440 AD Purmerend
(0299) 46 37 63
[email protected]
www.dethermostaat.nl
Beekink Installatieadviseurs
Kleinpolderlaan 6
2911 PA Nieuwerkerk aan den IJssel
(0180) 31 10 64
[email protected]
www.beekink.com
Belimo
Radeweg 25
8171 MD Vaassen
Postbus 300
8160 AH Epe
(0578) 57 68 36
[email protected]
www.belimo.nl
Betonson
Gebouw Villa 2000
Ekkersrijt 7005-7023
5692 HB Son
Postbus 5
5690 AA Son
(0499) 48 64 86
[email protected]
www.betonson.com
Warmtetechnieken - 7
BEDRIJVEN
Biddle
Markowei 4
9288 HA Kootstertille
Postbus 15
9288 ZG Kootstertille
(0512) 33 55 55
[email protected]
www.biddle.nl
Biral Pompen
Printerweg 13
3821 AP Amersfoort
Postbus 2650
3800 GE Amersfoort
(033) 455 94 44
[email protected]
www.biral.nl
Bosch Industriekessel
Nürnberger Straße 73
91710 Gunzenhausen
Duitsland
(00 49) 983 15 60
www.bosch-industrial.com
Bosman Bedrijven
Sluisjesdijk 138
3087 AL Rotterdam
Postbus 59288
3008 PG Rotterdam
(010) 429 32 05
[email protected]
www.bosmanbedrijven.nl
Brugman Radiatorenfabriek
Boskampstraat 26
7651 AM Tubbergen
Postbus 9
7650 AA Tubbergen
(0546) 62 93 20
[email protected]
www.brugman.net/nl
Buderus/Nefit
Zweedsestraat 1
7418 BG Deventer
Postbus 3
7400 AA Deventer
(0570) 60 22 00
[email protected]
www.buderus.nl
8 - Warmtetechnieken
BEDRIJVEN
Burgerhout
Dr. A.F. Philipsweg 41
9403 AD Assen
Postbus 77
9400 AB Assen
(0592) 34 30 43
[email protected]
www.burgerhout.nl
Bureau Veritas
Computerweg 2
3821 AB Amersfoort
Postbus 2620
3800 GD Amersfoort
(088) 450 55 00
[email protected]
www.bureauveritas.nl
Caleffi
Moesdijk 10-12
6004 AX Weert
Postbus 10357
6000 GJ Weert
(0495) 54 77 33
[email protected]
www.caleffi.nl
Coolmark
Zweth 6
2991 LH Barendrecht
Postbus 393
2990 AJ Barendrecht
(0180) 751 300
[email protected]
www.coolmark.nl
Cox Geelen
Emmastraat 92
6245 HZ Eijsden
Postbus 6
6245 ZG Eijsden
(043) 409 95 00
[email protected]
www.coxgeelen.nl
Danfoss
Vareseweg 105
3047 AT Rotterdam
Postbus 218
3100 AE Schiedam
(010) 249 20 00
[email protected]
www.danfoss.com/holland
Warmtetechnieken - 9
BEDRIJVEN
ECO Steam Groep
STEAM GROEP
Hectorstraat 23
5047 RE Tilburg
Postbus 899
5000 AW Tilburg
(013) 583 94 40
[email protected]
www.ecotilburg.com/nl
Econosto Nederland
Cypresbaan 63
2908 LT Capelle aan den IJssel
Postbus 8988
3009 TJ Rotterdam
(010) 284 11 00
[email protected]
www.econosto.nl
Ener-G Nedalo
Rendementsweg 4
3641 SK Mijdrecht
Postbus 4
3640 AA Mijdrecht
(0297) 29 32 00
[email protected]
www.energ.nl
Elco Heating Solutions
Rendamax BV
Hamstraat 76
6465 AG Kerkrade
Postbus 1035
6460 BA Kerkrade
(045) 751 86 00
[email protected]
www.elco.nl
Electra-Gigant
Venenweg 17i
1161 AK Zwanenburg
(020) 497 16 83
[email protected]
www.electra-gigant.nl
Eriks
Toermalijnstraat 5
1812 RL Alkmaar
Postbus 280
1800 BK Alkmaar
(072) 514 15 14
[email protected]
www.eriks.nl
10 - Warmtetechnieken
BEDRIJVEN
Essent
Willemsplein 4
5211 AK Den Bosch
(088) 851 10 00
www.essent.nl
Ferroli
Konijnenberg 24
4825 BD Breda
Postbus 3364
4800 DJ Breda
(076) 572 57 25
[email protected]
www.ferroli.nl
Flamco
Amersfoortseweg 9
3751 LJ Bunschoten
Postbus 502
3750 GM Bunschoten
(033) 299 75 00
[email protected]
www.flamco.nl
GasTerra
Rozenburglaan 11
9727 DL Groningen
Postbus 477
9700 AL Groningen
(050) 364 86 48
[email protected]
www.gasterra.nl
Gea Happel
Rivium Oostlaan 11
2909 LL Capelle aan den IJssel
(010) 235 06 06
[email protected]
www.gea-happel.nl
GeoComfort
Dorpsstraat 30
7234 SP Wichmond
(0575) 44 11 86
[email protected]
www.geocomfort.nl
Georg Fischer
Lange Veenteweg 19
8161 PA Epe
Postbus 35
8160 AA Epe
(0578) 67 82 22
[email protected]
www.gfps.com
Warmtetechnieken - 11
BEDRIJVEN
Geotherm Energy Systems
Produktieweg 12
3751 LN Bunschoten
(033) 247 00 30
[email protected]
www.geotherm.nl
Grontmij Nederland
De Holle Bilt 22
3732 HM De Bilt
(030) 220 79 11
[email protected]
www.grontmij.nl
Grundfos
Veluwezoom 35
1327 AE Almere
Postbus 22015
1302 CA Almere
(088) 478 63 36
[email protected]
nl.grundfos.com
Hanwel Nederland
HANWEL
Jan Tinbergenstraat 209
7559 SP Hengelo
Postbus 122
7570 AC Oldenzaal
(074) 265 00 00
[email protected]
www.hanwel.com
Hazal
Floridadreef 98
3565 AM Utrecht
Postbus 9437
3506 GK Utrecht
(030) 252 25 14
[email protected]
www.hazal.nl
Henrad
Herenthoutseweg 210
B-2200 Herentals
België
(00 32) 14 21 20 75
[email protected]
www.henrad.com
Honeywell
Laarderhoogtweg 18
1101 EA Amsterdam
Postbus 12683
1100 AR Amsterdam
(020) 565 69 11
[email protected]
www.honeywell.nl
12 - Warmtetechnieken
BEDRIJVEN
ISSO
Kruisplein 25 p
3014 DB Rotterdam
Postbus 577
3000 AN Rotterdam
(010) 206 59 69
[email protected]
www.isso.nl
Jaga
De Meerheuvel 6
5221 EA Den Bosch
Postbus 2032
5202 CA Den Bosch
(073) 631 23 60
[email protected]
www.jaga.nl
Johnson Controls
Avelingen West 5
Postbus 356
4200 AJ Gorinchem
(0183) 66 76 00
info.johnsoncontrols.nl
www.johnsoncontrols.nl
Kampmann GmbH
Nassauplein 30
2585 EC Den Haag
(070) 311 41 74
[email protected]
www.kampmann.nl
Kenteq
Olympia 6-8
1213 NP Hilversum
Postbus 81
1200 AB Hilversum
(088) 444 99 00
[email protected]
www.kenteq.nl
Kieback & Peter
Edisonweg 24
8071 RC Nunspeet
Postbus 18
8070 AA Nunspeet
(0341) 27 80 20
[email protected]
www.kieback-peter.de/nl-nl
Warmtetechnieken - 13
BEDRIJVEN
Kiwa
Sir Winston Churchilllaan 273
2288 EA Rijswijk
Postbus 70
2280 AB Rijswijk
(070) 414 44 00
[email protected]
www.kiwa.nl
Monarch
Verrijn Stuartweg 43
1112 AW Diemen
Postbus 174
1110 AD Diemen
(020) 699 74 01
[email protected]
www.monarch.nl
Nathan Oventrop
NATHAN
IMPORT/EXPORT
Impact 73
6921 RZ Duiven
Postbus 1008
6920 BA Duiven
(026) 445 98 45
[email protected]
www.nathan.nl/nl/oventrop1.html
NEN
Vlinderweg 6
2623 AX Delft
Postbus 5059
2600 GB Delft
(015) 269 03 91
[email protected]
www.nen.nl
ODS
Donk 6
2991 LE Barendrecht
Postbus 69
2990 AB Barendrecht
(0180) 64 09 11
[email protected]
www.odsbv.nl
Paepens
Ten Beukeboom 19
B-9400 Ninove
België
(00 32) 54 31 88 80
[email protected]
www.paepens.be
14 - Warmtetechnieken
BEDRIJVEN
PenTec
Edisonweg 7
3442 AC Woerden
Postbus 118
3420 DC Oudewater
(0182) 50 31 00
[email protected]
www.pentecbv.nl
Pomprevisie
Agnes Bartoutslaan 22
3342 GE Hendrik-Ido-Ambacht
Postbus 390
3340 AJ Hendrik-Ido-Ambacht
(078) 681 80 63
[email protected]
www.pomprevisie.nl
Priva
Zijlweg 3
2678 LC De Lier
Postbus 18
2678 ZG De Lier
(0174) 52 26 00
[email protected]
www.priva.nl
Quinn
Quinn Radiators
Leukaard 1
B-2440 Geel
België
(00 32) 14 50 00 11
[email protected]
www.quinn-radiators.net
Radson
Vogelsancklaan 250
B-3520 Zonhoven
België
(00 32) 11 81 31 41
[email protected]
www.radson.com/nl
Reflex Nederland
Kerkstraat 2a
2971 AL Bleskensgraaf
(0184) 67 05 30
[email protected]
www.reflexnederland.nl
Warmtetechnieken - 15
BEDRIJVEN
REHAU
Watergoorweg 79
3861 MA Nijkerk
Postbus 1052
3860 BB Nijkerk
(033) 247 99 11
[email protected]
www.rehau.nl
Remeha
Marchantstraat 55
7332 AZ Apeldoorn
Postbus 32
7300 AA Apeldoorn
(055) 549 69 69
[email protected]
www.remeha.nl
Sanbra Fyffe
SANBRA FYFFE
Conex Works
Santry Avenue, Santry
Dublin 9
Ierland
(0353) 18 42 62 55
[email protected]
www.sanbrafyffe.ie
Siemens
Prinses Beatrixlaan 800
2595 BN Den Haag
Postbus 16068
2500 BB Den Haag
(070) 333 33 33
www.siemens.nl
SenerTec Kraft-Wärme Energiesysteme
Carl-Zeiss-Straße 18
97424 Schweinfurt
Duitsland
(00 49) 97 21 65 10
[email protected]
www.senertec.de
Spirotech
Churchilllaan 52
5705 BK Helmond
Postbus 207
5700 AE Helmond
(0492) 57 89 89
[email protected]
www.spirotech.nl
Standard Fasel
Krommewetering 13
3543 AP Utrecht
Postbus 2435
3500 GK Utrecht
(030) 244 92 11
www.standardfasel.nl
16 - Warmtetechnieken
BEDRIJVEN
TA Hydronics / TA Heimeier
Röntgenweg 20
2408 AB Alphen aan den Rijn
Postbus 188
2400 AD Alphen aan den Rijn
(0172) 49 20 41
[email protected]
www.tahydronics.com/nl
Tema Techniek
Dorpsdijk 35
6915 AC Lobith
(0316) 54 46 26
[email protected]
www.tematechniek.nl
Testo
Randstad 21-53
1314 BH Almere
Postbus 1026
1300 BA Almere
(036) 548 70 00
[email protected]
www.testo.nl
Thermaflex Isolatie
Veerweg 1
5145 NS Waalwijk
Postbus 531
5140 AM Waalwijk
(0416) 74 40 00
www.thermaflex.nl
TK Warmtepomptechniek
WARMTEPOMPTECHNIEK
Haven 15
4941 DE Raamsdonksveer
(0162) 68 76 13
[email protected]
www.warmtepompinstallateur.nl
Ubbink
Verhuellweg 9
6984 AA Doesburg
Postbus 26
6980 AA Doesburg
(0313) 48 02 00
[email protected]
www.ubbink.nl
Unical AG
Via Roma 123
46033 Casteldario, Mantova
Italië
(00 39) 376 66 05 56
[email protected]
www.unical-ag
Warmtetechnieken - 17
BEDRIJVEN
Uponor
Industriestrasse 56
D-97437 Hassfurt
Duitsland
(00 49) 95 21 69 00
[email protected]
www.uponor.nl
Vaillant
Paasheuvelweg 42
1105 BJ Amsterdam
Postbus 23250
1100 DT Amsterdam
(020) 565 92 00
[email protected]
www.vaillant.nl
Van Harlingen Grondwater Management
Van Harlingen Grondwater Management
Deken Zondaglaan 51
2114 EB Vogelenzang
(023) 584 11 22
[email protected]
www.vhgm.nl
Veldberg
Vissersdijk Beneden 68
3319 GW Dordrecht
(078) 618 20 80
[email protected]
www.veldberg.nl
Verco
Industrielaan 27-31
B-9800 Deinze
België
(00 32) 93 86 48 46
[email protected]
www.verco.eu
Viessmann
Lisbaan 8
2908 LN Capelle aan den IJssel
Postbus 332
2900 AH Capelle aan den IJssel
(010) 458 44 44
[email protected]
www.viessmann.nl
VSH Fittings
Oude Amersfoortseweg 99
1212 AA Hilversum
Postbus 498
1200 AL Hilversum
(035) 688 42 11
[email protected]
www.vsh.nl
18 - Warmtetechnieken
BEDRIJVEN
Weijers Waalwijk
Cartografenweg 18
5141 MT Waalwijk
Postbus 91
5140 AB Waalwijk
(0416) 34 07 55
[email protected]
www.weijers-waalwijk.nl
Wellcontrol
Ploeggang 8
8431 NG Oosterwolde
(0516) 43 38 81
[email protected]
www.wellcontrol.nl
WEM Wandverwarming
Laagstraat 10
5256 PJ Heusden
Malingréstraat 8
5256 KK Heusden
(0416) 53 19 02
[email protected]
wandverwarming.nl
Wienerberger
Waalbandijk 18
4062 PR Zennewijnen
(088) 118 56 80
[email protected]
www.gebakken-bestrating.com
Wilo
Rak 18
1551 NA Westzaan
(088) 945 60 00
[email protected]
www.wilo.nl
WTCB
Lozenberg 7
B-1932 St-Stevens-Woluwe, Zaventem
België
(00 32) 27 16 42 11
[email protected]
www.wtcb.be
WTH
VLOERVERWARMING & -KOELING
Mijlweg 75
3316 BE Dordrecht
Postbus 491
3300 AL Dordrecht
(078) 651 06 40
www.wth.nl
Warmtetechnieken - 19
INHOUD
INLEIDING
31
DEEL I
WARMTEOPWEKKING
35
Hoofdstuk 1
ONTWIKKELING VAN VERWARMINGSTECHNIEKEN
37
1.1
GESCHIEDENIS VAN VERWARMINGSSYSTEMEN
38
1.2
HUIDIGE GENERATIE VERWARMINGSSYSTEMEN
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
HR-ketels
Warmtekrachtkoppeling en HRe-ketels
Warmtepompen en bodemenergie
Zonne-energie
40
40
41
41
42
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
DUURZAME ONTWIKKELING VAN VERWARMINGSSYSTEMEN
Klimaatneutrale verwarming
Passiefhuis
Energieprestatie-eisen
43
43
44
44
1.4
GEOTHERMISCHE ENERGIE: BODEM- EN AARDWARMTE
45
1.5
BIO-ENERGIE ALS ENERGIEBRON
46
1.6
TRIAS ENERGETICA
47
GASGESTOOKTE CV-KETELS
49
2.1
Hoofdstuk 2
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.1.5
CV-KETELS INDELEN NAAR EIGENSCHAPPEN
Medium en temperatuurbereik
Risico-indeling
Stookwijze
Open of gesloten toestellen
Energetische prestaties
50
50
50
50
51
51
2.2
COMPACTE CV-KETELS
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
Eigenschappen van gaswandketels tot ongeveer 100 kW
Combi-cv-ketels
Gaskeur
2.2.3.1
Onderdelen
2.2.3.2
Werking
Cascadeopstelling
51
52
52
54
55
57
58
2.3
MIDDELGROTE CV-KETELS
2.3.1
2.3.2
Oudere generatie staande ketels
Huidige generatie staande ketels
59
59
59
2.4
GROTE OVERDRUK-CV-KETELS
62
2.5
HEETWATER- EN STOOMKETELS
Heetwaterketels
Stoomketels
63
63
64
2.6
ROOKGASAFVOERSYSTEMEN
2.6.1
2.6.2
Functie van rookgasafvoeren
Materialen van rookgasafvoeren
65
65
65
2.5.1
2.5.2
Warmtetechnieken - 21
INHOUD
2.6.3
Hoofdstuk 3
2.6.4
Uitvoering van rookgasafvoeren
2.6.3.1
Inwendige diameter
2.6.3.2
Wanddikte van vrijstaande schoorstenen
Dakdoorvoeren
68
68
68
69
2.7
JAARBELASTINGDUURKROMME
2.7.1
2.7.2
Opbouw van jaarbelastingduurkromme
Selectie van apparatuur op basis van jaarbelastingduurkromme
70
70
71
WARMTEKRACHTKOPPELING EN GASABSORPTIE
73
3.1
WERKING VAN WARMTEKRACHTKOPPELING
Rendement en exploitatiekosten
Haalbaarheid van wkk
74
76
77
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
UITVOERINGSVORMEN VAN WKK-OPWEKKER
Wkk met cilindergasmotor
HRe-ketel en Stirlingmotor
Gasturbine-installatie
Mini-wkk
78
79
80
83
83
3.3
GASABSORPTIEWARMTEPOMP
83
3.1.1
3.1.2
3.2
Hoofdstuk 4
WARMTEPOMPEN EN WARMTE-KOUDEOPSLAGSYSTEMEN
87
4.1
WERKING VAN WARMTEPOMPEN
Elektrische compressiewarmtepompen
Energie versus exergie
88
88
89
CARNOTRENDEMENT, COP, SPF EN PER
Carnotrendement
Coefficient of performance (COP)
Seasonal performance factor (SPF)
Vergelijking van warmte van warmtepomp en HR-ketel (PER)
4.2.4.1
Financiële vergelijking
4.2.4.2
Vergelijking qua fossiele energie: primairy energy ratio (PER)
89
89
90
90
90
90
91
4.3
UITVOERINGSVORMEN VAN WARMTEPOMPEN
4.3.1
4.3.2
Type bron
Warmteafgiftesystemen bij warmtepompen
91
92
93
4.4
WARMTE-KOUDEOPSLAGSYSTEMEN
Open en gesloten systemen
4.4.1.1
Werking van open bodemenergiesystemen
4.4.1.2
Werking van gesloten bodemenergiesystemen
Aanleg van bodemopslagsystemen
93
93
93
95
96
4.1.1
4.1.2
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.4.1
4.4.2
Hoofdstuk 5
ZONNE-ENERGIE
5.1
22 - Warmtetechnieken
99
5.1.1
5.1.2
5.1.3
WERKING VAN ZONNECOLLECTOREN
Vlakkeplaatcollectoren
Vacuümbuiscollectoren
Heat-pipes
100
100
101
102
5.2
RENDEMENT VAN ZONNECOLLECTOREN
102
INHOUD
Hoofdstuk 6
5.3
5.3.1
5.3.2
5.3.3
DRIE VEELVOORKOMENDE ZONNEBOILERSYSTEMEN
Indirecte naverwarming van cv-ketel
Directe naverwarming van cv-combiketel
Warmtapwaterspiraal
5.4
EISEN AAN TECHNISCH ONTWERP EN UITVOERING VAN
5.4.1
5.4.2
5.4.3
5.4.4
ZONNEBOILERSYSTEMEN
Zonnecollector plaatsen
Dimensionering
Montage
Materialen
103
103
104
104
105
105
105
106
106
VERBRANDINGSTECHNIEKEN
109
6.1
BRANDSTOFFEN
110
6.2
6.2.2
6.2.3
6.2.4
6.2.5
6.2.6
EIGENSCHAPPEN VAN AARDGAS
Verbrandings- en stookwaarden
6.2.1.1
Verbrandingswaarde of calorische bovenwaarde
6.2.1.2
Stookwaarde of calorische onderwaarde
Vlamtemperatuur
Wobbe-index
Ruikbaarheid
Explosiegrenzen
Verbrandingssnelheid
111
112
112
112
113
114
115
115
115
6.3
VERBRANDING VAN AARDGAS
6.3.1
6.3.2
6.3.3
6.3.4
6.3.5
6.3.6
Reactievergelijkingen
Verbrandingslucht
Stoichiometrische verbranding en luchtovermaat
Luchtbehoefte
Verbrandingsgasvolume
Luchtovermaat meten
6.3.6.1
Luchtovermaat meten op basis van CO2-gehalte in verbrandingsgassen
6.3.6.2
Luchtovermaat meten op basis van O2-gehalte in verbrandingsgassen
Waterdauwpunt van verbrandingsgassen
Verband tussen O2- en CO2-percentage
Bunte-diagram
Oorzaken en gevolgen van onvolledige verbranding
Koolmonoxidevorming
Roetvorming
Vorming en voorkoming van stikstofoxiden (NOx)
6.3.13.1 Hoe ontstaat NOx?
6.3.13.2 Hoe NOx voorkomen of beperken?
115
116
117
117
118
119
119
119
121
121
122
123
123
124
125
125
125
126
6.4.1
6.4.2
6.4.3
6.4.4
6.4.5
6.4.6
EIGENSCHAPPEN VAN VLOEIBARE BRANDSTOFFEN
Viscositeit van vloeibare brandstoffen
Dichtheid van olie
Calorische waarden
Zuurdauwpunt
Verontreinigingen in vloeibare brandstoffen
Vlampunt
129
129
130
130
131
131
132
6.5
VERBRANDING VAN VLOEIBARE BRANDSTOFFEN
6.5.1
6.5.2
6.5.3
6.5.4
6.5.5
Reactievergelijkingen voor olie
Luchtbehoefte en verbrandingsgasvolume
Maximaal CO2-gehalte in verbrandingsgassen
Waterdauwpunt
Zuurdauwpunt
132
132
133
133
134
134
6.2.1
6.3.7
6.3.8
6.3.9
6.3.10
6.3.11
6.3.12
6.3.13
6.4
Warmtetechnieken - 23
INHOUD
6.6
6.6.1
6.6.2
6.6.3
6.6.4
RENDEMENT EN CONDENSATIEWARMTE
Verwarmingstechnische rendementsbegrippen
Indirect rendement en condensatiewarmte
Warmtewinst door condensatie
Gebruiksrendement
134
134
135
137
138
DEEL II
WARMTEDISTRIBUTIE
139
Hoofdstuk 7
DISTRIBUTIESYSTEMEN
141
7.1
VERWARMINGSSYSTEEM KIEZEN
142
7.2
WARMTEDRAGENDE MEDIA
142
7.3
CENTRALE WARMWATERVERWARMINGSSYSTEMEN
7.3.1
Verdeler/verzamelaar
7.3.1.1
Doorlaat van verdeler bepalen
7.3.1.2
Twee soorten verdelers/verzamelaars
Leidingen van centraleverwarmingssystemen
7.3.2.1
Ketelaansluitleidingen
7.3.2.2
Hoofdverdeel- en verzamelleidingen
7.3.2.3
Aansluitleidingen: een- en tweepijpssystemen
143
144
144
145
145
145
146
147
7.3.2
Hoofdstuk 8
Hoofdstuk 9
24 - Warmtetechnieken
CV-LEIDINGEN DIMENSIONEREN
149
8.1
BESCHIKBARE BEREKENINGSMETHODEN
150
8.2
ONDERDELEN VAN DRUKVERLIESBEREKENING
8.2.1
8.2.2
8.2.3
Drukverlies in rechte leidingdelen
Drukverlies in hulpstukken
Drukverlies in appendages
151
151
153
156
8.3
TOTALE DRUKVERLIESBEREKENING
156
MATERIALEN VOOR VERWARMINGSINSTALLATIES
161
9.1
9.1.1
9.1.2
9.1.3
9.1.4
METALEN LEIDINGEN
Gelaste stalen buizen: dikwandige draadpijpen
Naadloze buizen: vlampijpen
Dunwandige stalen buizen: precisiebuizen
Koperen buizen
162
162
163
163
163
9.2
KUNSTSTOFLEIDINGEN
9.2.1
9.2.2
9.2.3
9.2.4
PE/aluminium buizen
PB buizen
PP buizen
Kunststofleidingen afpersen
164
164
165
166
166
9.3
9.3.1
9.3.2
9.3.3
ISOLATIE VAN CV-LEIDINGEN
Minerale wol
Schuimrubber
Kunststoffolie en aluminium beplating
166
166
167
167
9.4
TERREINLEIDINGEN
168
9.5
LEIDINGEN BEVESTIGEN EN OPHANGEN
168
INHOUD
Hoofdstuk 10
Hoofdstuk 11
HYDRAULISCHE SCHAKELINGEN
171
10.1
HYDRAULISCHE SCHEMA’S EN ACTIEVE EN PASSIEVE MODULEN
172
10.2
CASCADESCHAKELINGEN
174
10.3
KLEPKARAKTERISTIEKEN EN KLEPVORMEN
10.3.1
10.3.2
10.3.3
10.3.4
10.3.5
10.3.6
10.3.7
10.3.8
Klepkarakteristieken
Drie klepbegrippen
Tweewegkleppen
Driewegkleppen
Vierwegkleppen
Smoorkleppen
Meng- en verdeelregelingen
Doorwarming en warmtesloten
176
176
177
178
179
181
181
182
184
CIRCULATIEPOMPEN
185
11.1
CENTRIFUGAALPOMPEN EN HUN KARAKTERISTIEKEN
Constructie van centrifugaalpompen
Pompkarakteristiek, volumestroom en drukverhoging
Effectief pompvermogen berekenen
Invloeden op pompkarakteristiek
Installatekarakteristiek
Rekenregels voor pompen
Pomprendement
Bedrijfspunt
Opvoerhoogte
Cavitatie en NPSH
186
187
188
189
189
190
191
192
194
195
195
11.2.1
11.2.2
POMPEN MONTEREN
Inbouw- of inlinepompen monteren
Fundatiepompen monteren
196
196
197
11.3
TOERENREGELING
198
11.4
ERP-RICHTLIJN VOOR CIRCULATIEPOMPEN IN EUROPESE UNIE
200
11.1.1
11.1.2
11.1.3
11.1.4
11.1.5
11.1.6
11.1.7
11.1.8
11.1.9
11.1.10
11.2
Hoofdstuk 12
Hoofdstuk 13
EXPANSIEVATEN INCLUSIEF EXPANSIEAUTOMATEN
203
204
204
204
12.1
TYPEN EXPANSIEVATEN
12.1.1
12.1.2
Expansievaten met scheidingsmembraan
Expansieautomaten
12.2
INHOUD VAN EXPANSIEVATEN BEREKENEN
12.2.1
12.2.2
Volumevermeerdering
Drukfactor
208
208
208
BEVEILIGINGEN
213
13.1
DRUKBEVEILIGINGEN
214
13.2
TEMPERATUURBEVEILIGINGEN
219
13.3
WATERGEBREKBEVEILIGINGEN
221
Warmtetechnieken - 25
INHOUD
13.4
13.4.1
13.4.2
13.4.3
Hoofdstuk 14
VLAMBEVEILIGINGEN
Thermo-elektrische beveiliging
Ionisatie
Stralingsdetectie
222
222
222
223
REGELINGEN EN GEBOUWBEHEERSYSTEMEN
225
14.1
THEORIE VAN REGELKRING
14.1.1
14.1.2
14.1.3
Opbouw van regelkring
Regelbereik en overdrachtsfactor
Continuregelaars
14.1.3.1 P-regelaars
14.1.3.2 PI-regelaars
14.1.3.3 PID-regelaars
Discontinue regelaars
14.1.4.1 Tweepuntsregelaars
14.1.4.2 Driepuntsregelaars
226
226
228
228
228
230
230
230
232
234
14.1.4
14.2
PRAKTISCHE TOEPASSINGEN VAN REGELINGEN
14.2.1
14.2.2
Vermogensregelingen
Temperatuurregelingen
14.2.2.1 Aan/uit-regeling
14.2.2.2 Hoog/laag-regeling
14.2.2.3 Modulerende regeling
Weersafhankelijke regelingen
14.2.3.1 Opbouw van weersafhankelijke regelingen
14.2.3.2 Basis van weersafhankelijke regelingen
Frequentieregelingen
Regelingen voor stoominstallaties
14.2.5.1 Vermogensregelingen
14.2.5.2 Drukregelingen
14.2.5.3 Niveauregelingen
14.2.3
14.2.4
14.2.5
14.3
GEBOUWBEHEERSYSTEMEN
14.3.1
14.3.2
14.3.3
14.3.4
Regelkast
Controller
Bedieningscomputer
Energiemanagementprogramma
234
234
234
235
235
236
236
237
237
239
240
240
240
240
242
242
242
243
244
DEEL III
WARMTEAFGIFTE
245
Hoofdstuk 15
THERMISCH COMFORT EN BEHAAGLIJKHEID
247
15.1
FACTOREN DIE BEHAAGLIJKHEIDGEVOEL BEÏNVLOEDEN
Thermische behaaglijkheid, warmtehuishouding en metabolisme
Warmteweerstand van kleding
248
249
250
THERMISCHE BEHAAGLIJKHEIDCRITERIA
Ruimteluchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid
Ruimteluchttemperatuur en gemiddelde stralingstemperatuur
Ruimteluchttemperatuur en luchtsnelheid
Luchttemperatuurgradiënt
Luchtsamenstelling
Ventilatiebehoefte
250
251
251
252
253
253
254
15.1.1
15.1.2
15.2
15.2.1
15.2.2
15.2.3
15.2.4
15.2.5
15.2.6
26 - Warmtetechnieken
INHOUD
15.3
15.3.1
15.3.2
15.4
BEHAAGLIJKHEIDEISEN AAN VERWARMINGSINSTALLATIES
15.4.1
Soorten warmteafgifte
15.4.1.1 Stralingswarmte
15.4.1.2 Convectieve warmte
Soorten warmteafgiftesystemen
15.4.2.1 Radiatorverwarming
15.4.2.2 Convectorverwarming
15.4.2.3 Vloer- en wandverwarming
15.4.2.4 Plafondverwarming
Eisen aan verwarmingselementen
Temperatuur van warmteafgiftesysteem
15.4.2
15.4.3
15.4.4
Hoofdstuk 16
255
255
256
256
257
257
258
258
258
259
259
259
260
260
260
260
261
262
WARMTEVERLIESBEREKENING
263
264
264
265
266
16.1
BASIS VAN WARMTEVERLIESBEREKENING
16.1.1
16.1.2
16.1.3
Warmteverlies door uitwendige scheidingsconstructies
Warmteverlies door ventilatie en infiltratie
Aanwarmtoeslag
16.2
GENORMEERDE SCHILTRANSMISSIEBEREKENING
16.2.1
16.2.2
16.2.3
Schiltransmissiesymbolen
Vraagspecificatie uit ISSO-publicatie 51
Overige factoren bij schiltransmissieberekening
266
266
268
273
16.3
SCHILTRANSMISSIEBEREKENING VAN HOEKWONING
Warmteverlies door transmissie berekenen
Warmteverlies door infiltratie van buitenlucht berekenen
Warmteverlies door ventilatie berekenen
Toeslag voor bedrijfsbeperking berekenen
Totaal warmteverlies berekenen
Overige toepassingen van schiltransmissieberekening
Verwarmingsvermogen berekenen
273
274
275
275
275
276
276
276
16.3.1
16.3.2
16.3.3
16.3.4
16.3.5
16.3.6
16.3.7
Hoofdstuk 17
BEHAAGLIJKHEIDMODELLEN
Behaaglijkheidmodel van Fanger
15.3.1.1 Voorspeld gemiddeld waardeoordeel PMV en percentage
ontevredenen PPD
15.3.1.2 Eisen voor kantoren
Adaptief thermisch comfortmodel
15.3.2.1 Grenswaarden voor binnentemperatuur
15.3.2.2 Toepasbaarheid van ATG-model
RADIATOREN EN BUISELEMENTEN
277
17.1
GLADDE BUIZEN EN RIBBENBUIZEN
Gladde buizen
Ribbenbuizen
278
278
280
281
281
282
17.1.1
17.1.2
17.2
TYPEN RADIATOREN
17.2.1
17.2.2
Paneelradiatoren en -convectoren
Leden- of kolomradiatoren
17.3
JUISTE RADIATOR KIEZEN: WARMTEAFGIFTE BEPALEN
17.3.1
17.3.2
17.3.3
Warmteverlies onder ontwerpcondities
Correctiefactoren voor niet-genormeerde opstelling
Voorbeelden: radiatorselectie bij afwijkende aanvoer-, retour- en ruimtetemperaturen
282
283
284
287
Warmtetechnieken - 27
INHOUD
17.4
17.4.1
17.4.2
17.4.3
17.4.4
17.4.5
Hoofdstuk 18
297
18.1
CONVECTOREN: VRIJSTAAND OF INGEBOUWD
Convectorschacht en thermische trek
Afmetingen van convectoren
Voor- en nadelen van convectoren ten opzichte van radiatoren
298
300
300
300
WARMTEAFGIFTE VAN CONVECTOREN
(Ontwerp-)ruimteluchttemperatuur
Selectievermogen, correctiefactoren en warmteafgifte
18.2.2.1 Selectievermogen bepalen
18.2.2.2 Correctiefactor Φw
18.2.2.3 Correctiefactor Φh
18.2.2.4 Overtemperatuur Φo
18.2.2.5 Warmteafgifte van convectoren regelen
300
300
301
301
302
303
303
304
18.3
CONVECTOREN AANSLUITEN EN ONDERHOUDEN
18.3.1
18.3.2
Convectoren boven vloer opstellen
Convectoren voor voerinbouw in convectorputten
304
304
305
18.4
VENTILATORCONVECTOREN
306
18.2
18.2.1
18.2.2
VLOER- EN WANDVERWARMING
309
19.1
KENMERKEN VAN VLOERVERWARMING
Voor- en nadelen van vloerverwarming
Water- en vloeroppervlaktetemperatuur
310
310
311
19.2.1
19.2.2
WARMTEAFGIFTE VAN VLOERVERWARMING BEREKENEN
Gewenste warmteafgifte bereiken
Ruimtetemperatuur regelen
312
314
315
19.3
INSTALLATIEMATERIALEN
19.3.1
19.3.2
19.3.3
19.3.4
Leidingmaterialen
Regelunits
Legpatronen
Aantal groepen bepalen
317
317
319
320
321
19.4
19.4.1
19.4.2
19.4.3
BOUWKUNDIGE VLOEROPBOUW
Natsystemen
Droogsystemen
Keuze van vloerafwerking: warmteweerstand
321
321
323
325
19.5
VOORBEELDBEREKENING VAN VLOERVERWARMINGSINSTALLATIE
326
19.6
TOEPASSINGEN VAN VLOERVERWARMING
330
19.7
WANDVERWARMING
19.7.1
19.7.2
19.7.3
Warmteafgifte bij wandverwarming
Wandopbouwsystemen
Wandinbouwsystemen
332
333
334
334
19.1.1
19.1.2
19.2
28 - Warmtetechnieken
290
290
292
293
294
294
CONVECTOREN
18.1.1
18.1.2
18.1.3
Hoofdstuk 19
RADIATOREN AANSLUITEN EN ONDERHOUDEN
Soorten aansluitingen
Paneelradiatoren: uitvoering, bevestiging en onderhoud
Ledenradiatoren: uitvoering, bevestiging en toepassing
Radiatoren opstellen
Radiatoren inbouwen
INHOUD
DEEL IV
OPLEVERING, ONDERHOUD EN BEHEER
337
Hoofdstuk 20
GARANTIE, OPLEVERING, BEDIENING EN ONDERHOUD
339
Hoofdstuk 21
Bijlage A
Bijlage B
20.1
OPLEVERING EN GARANTIE
20.1.1
20.1.2
Oplevering
Garantie
340
340
342
20.2
ONDERHOUDS- EN BEDIENINGSVOORSCHRIFTEN
343
20.3
ONDERHOUDSCONTRACTEN
20.3.1
20.3.2
20.3.3
20.3.4
20.3.5
Rijksgebouwendienst
Meerjarenonderhoudsbegroting
Prestatiecontracten
Eerste opname
Frequentie van planmatig onderhoud
344
345
346
347
352
352
EISEN AAN STOOKINSTALLATIES EN -RUIMTEN
355
21.1
BOUWBESLUIT 2012
356
21.2
WET MILIEUBEHEER: ACTIVITEITENBESLUIT
357
21.3
SCIOS: SCOPES EN INSPECTIE
358
21.4
21.4.1
21.4.2
NEN 3028: EISEN VOOR VERBRANDINGSINSTALLATIES
Eisen aan stookruimte
Overige eisen
359
359
363
21.5
NEN 1078: VOORZIENING VOOR GAS IN NIEUWBOUW
365
21.6
NEN 8078: VOORZIENING VOOR GAS IN BESTAANDE BOUW
365
LITERATUUR
367
BIJLAGEN
369
LIJST VAN SYMBOLEN
371
A.1
GROOTHEDEN EN EENHEDEN
371
A.2
TEKENSYMBOLEN
373
BEGRIPPENLIJST
377
B.1
B.1.1
MASSA EN HOEVEELHEID
377
B.1.2
Atomen
Moleculen
377
377
B.2
VOLUME
378
B.3
TEMPERATUUR
378
B.4
B.4.1
WARMTE
379
Vermogen
Soortelijke warmte
Warmteoverdrachtsvormen
379
380
380
B.4.2
B.4.3
Warmtetechnieken - 29
INHOUD
B.5
B.5.1
B.5.2
ENERGIE
Potentiële energie
Kinetische energie
381
381
381
B.6
B.6.1
DRUK EN DICHTHEID
382
B.6.2
Druk
Dichtheid
382
382
B.7
VLOEISTOFFEN, GASSEN EN VOCHTIGE LUCHT
383
B.8
B.8.1
GASWETTEN
384
Wet van Boyle
Wet van Boyle-Gay Lussac
344
344
UITZETTING DOOR WARMTE
385
Lineaire uitzettingscoëfficiënt
Kubieke uitzettingscoëfficiënt
Verticale temperatuurgradiënt
385
385
385
B.8.2
B.9
B.9.1
B.9.2
B.9.3
Bijlage C
30 - Warmtetechnieken
FORMULIER VOOR TRANSMISSIEBEREKENINGEN
387
REGISTER
389
INLEIDING
Warmtetechnieken behandelt verwarmingsinstallaties in de gebouwde omgeving. Er zijn vier
delen, die elk een thema behandelen. Het eerste deel gaat over warmteopwekking. We beginnen met wat geschiedenis van de verwarmingstechnieken. Diverse warmteopwekkers zoals
gasgestookte ketels en warmtepompen komen daarbij aan bod. Ook gaan we bijvoorbeeld
in op verbrandingstechnieken. Vervolgens behandelen we in het tweede deel warmtedistributiesystemen, inclusief leidingsystemen, expansievaten, pompen en regelingen. Voordat we
in het derde deel ingaan op warmteafgiftesystemen zoals radiatoren, convectoren en vloeren wandverwarming, staan we stil bij de behaaglijkheidcriteria en het maken van een warmteverliesberekening. Het vierde deel betreft de oplevering en het beheer van de installatie
plus de huidige wet- en regelgeving voor stookruimten.
DEEL I – WARMTEOPWEKKING
Hoofdstuk 1 – Ontwikkeling van verwarmingstechnieken
In dit hoofdstuk behandelen we chronologisch de diverse systemen voor gebouwverwarming.
De Romeinen zijn de grondleggers van het huidige cv-systeem. Door het ruim beschikbaar zijn
van aardgas zijn er veel gasgestookte ketels, steeds meer in een condenserende uitvoering.
Vanwege de uitputting van de fossiele brandstoffen en de toenemende verduurzaming zullen
we steeds meer zonne-energie en bodemwarmte in combinatie met warmtepompen en geothermie inzetten.
Hoofdstuk 2 – Gasgestookte cv-ketels
In dit hoofdstuk beschrijven we uitgebreid de diverse uitvoeringen van gasgestookte cv-ketels.
We gaan in op de atmosferische ketel, de overdrukketel en specifiek de compacte HR-ketelunit
zoals deze op vele locaties wordt toegepast. Ook ketels met een ander medium dan water en
de diverse rookgasafvoersystemen komen aan bod.
Hoofdstuk 3 – Warmtekrachtkoppeling en gasabsorptie
In dit hoofdstuk hebben we het over duurzame en energiebesparende warmteopwekking. We
gaan we in op de diverse uitvoeringsvormen van wkk-installaties, inclusief de HRe-ketel, en
op gasabsorptiewarmtepompen. Daarbij geven we rekenvoorbeelden van energiebesparing
versus investeringskosten.
Hoofdstuk 4 – Warmtepompen en warmte-koudeopslagsystemen
In dit hoofdstuk kijken we naar warmtepompen en wko-systemen. Via warmtepompen kunnen we via dezelfde installatie zowel warmte als koude opwekken, met ‘gratis’ energie. Deze
energie onttrekken we aan de buitenlucht, bodem/grondwater of oppervlaktewater. Omdat
deze energie laagwaardig is, waarderen we deze met behulp van een warmtepomp, meestal
in de uitvoering van een koelmachine, op.
Hoofdstuk 5 – Zonne-energie
In dit hoofdstuk behandelen we zonnecollectoren. Deze kunnen we gebruiken voor de bereiding van tapwater en voor gebouwverwarming. In beide gevallen is complementaire verwarming door een ketelinstallatie of warmtepomp noodzakelijk, al is het maar om de watertemperatuur te regelen. We omschrijven de diverse systemen en hun aanleg en dimensionering.
Hoofdstuk 6 – Verbrandingstechnieken
In dit hoofdstuk leggen we zowel voor de gas- als oliebranderinstallatie uit hoe het ontsteken
en ontbranden van een brandstof/lucht-mengsel plaatsvindt. Daarbij komen de chemische
elementen die in lucht, gas/olie en rookgassen voorkomen aan bod. Ook hebben we het over
de vorming en beheersing van NOx.
Warmtetechnieken - 31
INLEIDING
DEEL II – WARMTEDISTRIBUTIE
Hoofdstuk 7 – Distributiesystemen
In dit hoofdstuk beschrijven we leidingsystemen, overdrachtsmedia, verdelers en aansluitmogelijkheden.
Hoofdstuk 8 – Cv-leidingen dimensioneren
In dit hoofdstuk behandelen we het berekenen van leidingweerstanden en de eenmalige weerstanden door bochten, knieën, enzovoort. Daarbij gebruiken we diverse relevante tabellen.
Hoofdstuk 9 – Materialen voor verwarmingsinstallaties
In dit hoofdstuk gaan we in op materialen die we in de installatietechniek toepassen. De laatste decennia gebruiken we steeds meer kunststof. Door de betere isolatiewaarden worden
lagere systeemtemperaturen mogelijk en wordt kunststof steeds interessanter. Diverse bevestigingsmaterialen komen beknopt aan bod.
Hoofdstuk 10 – Hydraulische schakelingen
In dit hoofdstuk bekijken we de regel- en aansluitmogelijkheden van installaties. Ook bespreken we het toepassen van twee- en driewegkleppen en het menginjectiesysteem.
Hoofdstuk 11 – Circulatiepompen
In dit hoofdstuk behandelen we de diverse pomptypen met de regelmogelijkheden in een
installatie. Energieverbruik wordt steeds belangrijker. De plaatsing en regeling van pompen
hebben een belangrijke invloed op het verbruik. Ook schenken we aandacht aan de nieuwe
Erp-regeling voor circulatiepompen en aan de toepassing van de diverse pompuitvoeringen.
Hoofdstuk 12 – Expansievaten inclusief expansieautomaten
In dit hoofdstuk bespreken we de verschillende typen expansievaten en ontluchtingsvoorzieningen. Lucht in de installatie vermindert de werking van de installatie. De laatste decennia
zijn de automatische ontluchtingssystemen onder de aandacht gekomen. Verder gaan we in
op de plaatsing van een drukexpansievat en geven we een voorbeeld van een inhoudsberekening.
Hoofdstuk 13 – Beveiligingen
In dit hoofdstuk beschrijven we beveiligingen. Die zijn noodzakelijk om installaties veilig te
kunnen laten functioneren. Warmwater, heetwater en stoom kunnen verbranding veroorzaken en tot explosies leiden. Aardgas kan ook explosies veroorzaken en een gevaar vormen
bij inademing, zeker bij de vorming van koolmonoxide. We gaan in op druk-, temperatuur-,
watergebrek- en vlambeveiligingen.
Hoofdstuk 14 – Regelingen en gebouwbeheersystemen
In dit hoofdstuk behandelen we regelingen die zorgen dat processen automatisch verlopen.
In de gebouwde omgeving passen we eindeloos veel regelingen toe, van eenvoudig tot ingewikkeld. Denk bijvoorbeeld aan een thermostatische radiatorafsluiter die een vertrektemperatuur in stand houdt. We gaan in op de theorie van een regelkring, praktische toepassingen
van regelingen en gebouwbeheersystemen.
DEEL III – WARMTEAFGIFTE
Hoofdstuk 15 – Thermisch comfort en behaaglijkheid
In dit hoofdstuk kijken we naar factoren die een rol spelen bij het realiseren van comfort en
behaaglijkheid, behaaglijkheidscriteria en behaaglijkheidsmodellen. Met een verwarmingsinstallatie moeten we een comfortabel en behaaglijk binnenklimaat creëren voor de gebruiker van een gebouw. Hiervoor hebben we technische kennis nodig en dienen we op de
hoogte te zijn van wat nou eigenlijk comfortabel en behaaglijk is voor de mens en wat niet.
Hoofdstuk 16 – Warmteverliesberekening
In dit hoofdstuk leggen we het maken van een transmissieberekening uit aan de hand van
ISSO-publicatie 51. Verder geven we een berekeningsvoorbeeld van het opstellen van een
eenvoudige schilberekening voor het vaststellen van de benodigde warmtecapaciteit bij de
uitwerking van het voorlopige ontwerp.
32 - Warmtetechnieken
INLEIDING
Hoofdstuk 17 – Radiatoren en buiselementen
In dit hoofdstuk behandelen we de warmteafgifte van ribbenbuizen en radiatoren. Paneel- en
kolomradiatoren komen aan bod en ook het gebruik van overtemperaturen voor de bepaling
van de warmteafgifte van de radiatoren.
Hoofdstuk 18 – Convectoren
In dit hoofdstuk gaan we in op de toepassing en selectie van convectoropstellingen, het afgegeven vermogen, de juiste plaatsing van de convector bij raampartijen, de relatie tussen
warmteafgifte en schachthoogte en de toepassing van ventilatorconvectoren met een lage
inbouwhoogte.
Hoofdstuk 19 – Vloer- en wandverwarming
In dit hoofdstuk leggen we de toepassingsmogelijkheden, het ontwerp en de selectie van de
vloer- en wandverwarmingssystemen uit. We geven een compleet berekeningsvoorbeeld.
Ook gaan we in op de keuze van de hart-op-hartafstanden van de vloerverwarmingsbuis in
relatie tot de ruimte en mediumtemperaturen.
DEEL IV – OPLEVERING,
ONDERHOUD EN BEHEER
Hoofdstuk 20 – Garantie, oplevering, bediening en onderhoud
In dit hoofdstuk behandelen we de garantie,de oplevering, de bediening en het onderhoud
van installaties. Daarbij gaan we in op de inspectiemethoden die in Nederland vaak worden
toegepast conform de BOEI-methodiek van de Rijksgebouwendienst. Ook leggen we de toepassing van de NEN 2767 uit en het opstellen van een meerjarenbegroting.
Hoofdstuk 21 – Eisen aan stookinstallaties en -ruimten
In dit laatste hoofdstuk beschrijven we de veiligheidseisen die op gas stoken van toepassing
zijn. Zo moeten we er zeker van zijn dat er voor het verbrandingsproces voldoende buitenlucht toegevoerd wordt naar het ketelhuis. Verder behandelen we de uit te voeren keuringen
en inspecties.
Literatuur
In de literatuurlijst vermelden we de geraadpleegde en aanbevolen literatuur. De lezer kan
hier de behandelde onderwerpen in terugvinden en aanvullende informatie.
Bijlage A – Lijst van symbolen
In bijlage A zetten we lettersymbolen van grootheden en eenheden uit het boek en tekensymbolen die we kunnen gebruiken bij het lezen en maken van installatietekeningen.
Bijlage B – Begrippenlijst
In bijlage B geven we een overzicht van warmtetechnische begrippen. Oorspronkelijk zijn het
natuurkundige en scheikundige begrippen. We moeten ze hanteren voor het vastleggen van
gegevens en het uitwerken van formules. Verder geven we een uitleg van natuurkundige wetten en komen er diverse formules aan bod.
Bijlage C – Formulier voor transmissieberekeningen
In bijlage C bieden we een kopieerbaar invulformulier voor transmissieberekeningen.
Warmtetechnieken - 33
HOOFDSTUK 1
ONTWIKKELING VAN
VERWARMINGSTECHNIEKEN
1
ONTWIKKELING VAN VERWARMINGSTECHNIEKEN
hoofdstuk 1
De laatste tientallen jaren worden steeds meer efficiënte en energiezuinige verwarmingssystemen ontwikkeld en toegepast. Omdat de voorraden fossiele brandstoffen uitgeput raken
en de CO2-doelstellingen streng zijn, verschuift de aandacht nog meer naar klimaatneutrale
warmtevoorzieningen. We zetten onder andere de condenserende gasgestookte ketels (HR)
op grote schaal in. Die zijn zuinig maar verbruiken wel fossiele brandstof.
Het is noodzakelijk om het energieverbruik nog verder terug te dringen. Hiervoor moeten we
van fossiele energiebronnen omschakelen naar duurzame, hernieuwbare energiebronnen.
Voor gebouwverwarming gebruiken we steeds meer duurzame brandstoffen, zonne-energie
en bodem- en aardwarmte.
In dit hoofdstuk gaan we in op:
de geschiedenis van de verwarmingssystemen;
de huidige generatie verwarmingssystemen;
de duurzame ontwikkeling van verwarmingssystemen;
geothermische energie (bodem- en aardwarmte);
bio-energie als energiebron;
de trias energetica.
•
•
•
•
•
•
1.1 GESCHIEDENIS
VAN VERWARMINGSSYSTEMEN
Al ruim 2000 jaar bestaan er systemen voor het verwarmen van gebouwen, sinds de oude
Romeinen hun beroemde thermen, publieke badhuizen, bouwden (zie afbeelding 1.1).
Zij ontwikkelden een slim systeem om warmte centraal op te wekken en te distribueren
naar diverse vertrekken van een gebouw. Lucht werd in de kelder verwarmd en van onderaf
het gebouw in gebracht. De warme lucht droeg daarna de warmte over aan bouwkundige
schachten. Door het verschil in dichtheid tussen koude en warme lucht steeg de lucht vanzelf
op, zonder gebruik van ventilatoren.
Afbeelding 1.1: De restanten van een therm. Bron: Thermenmuseum Heerlen.
38 - Warmtetechnieken
GESCHIEDENIS VAN VERWARMINGSSYSTEMEN
Rond 1900 maakten ook de eerste watervoerende verwarmingssystemen gebruik van dit verschil in dichtheid, zodat er geen pomp nodig was. Het transport van het warmwater via buizen berustte op natuurlijke circulatie door een temperatuur- en dichtheidsverschil tussen het
warme aanvoerwater en het afgekoelde retourwater. Het dichtheidsverschil was echter klein,
waardoor voor een goede circulatie ook de leidingweerstanden zeer klein moesten zijn. Dit
was mogelijk dankzij grote leidingdiameters. De buizen waren zowel qua diameter als wanddikte aanmerkelijk groter uitgevoerd dan de huidige leidingen.
Het systeem van natuurlijke circulatie was niet geschikt voor gebouwen met meerdere bouwlagen. Sinds de tweede helft van de 20e eeuw passen we daarom voor cv-systemen circulatiepompen toe. Voor hoogbouw zetten we aanvullend fundatiepompen in; zie hoofdstuk 11.
Vóór de grootschalige inzet van aardgas werden in Nederland in de jaren 1950 en 1960 vaste
brandstoffen gestookt, zoals hout en kolen. Dit gebeurde met warmwaterketels, de zogeheten ‘atmosferische toestellen’; zie hoofdstuk 2. Daarin werd de benodigde verbrandingslucht
aangezogen door onderdruk. Die ontstond als gevolg van de thermische trek in de schoorsteen. Hoe hoger de schoorsteenhoogte was in combinatie met een hoge temperatuur van
de rookgassen, des te meer onderdruk er werd opgewekt in het verwarmingstoestel.
De atmosferische warmwaterketels werden opgebouwd uit gietijzeren leden. Bij oudere
installaties kun je ze af en toe nog tegenkomen. Aan hun robuuste uitvoering danken ze hun
hoge leeftijd, vaak ouder dan 30 jaar. Het vervangen en slopen ervan wordt soms uitgesteld
omdat daarbij asbest kan vrijkomen. Asbest verwijderen is duur en vereist vergunningen.
In een later stadium zijn overdrukketels toegepast (zie afbeelding 1.2). Daarin voert een ventilator de benodigde verbrandingslucht toe aan de ketelinstallatie. Hoge schoorstenen in combinatie met hoge rookgastemperaturen zijn niet meer noodzakelijk. Hierdoor kan de rookgastemperatuur verlaagd worden, voor het stoken van andere brandstoffen dan hout, kolen en
(zware) olie. Lagere schoorsteentemperaturen hebben een hoger stookrendement tot gevolg.
Aardgas bevat minder zwavel waardoor de rookgastemperatuur verder verlaagd kan worden,
omdat een zuurdauwpunt ontbreekt; zie ook hoofdstuk 6. Moderne hoogrendements (HR) cvketels kunnen zo maximaal gebruikmaken van de warmtewinst door condensatie.
Afbeelding 1.2: Een overdrukketel. Bron: WTCB.
Warmtetechnieken - 39
1
hoofdstuk 1
1.1
1
ONTWIKKELING VAN VERWARMINGSTECHNIEKEN
hoofdstuk 1
De werktuigkundige inzichten en mogelijkheden op het gebied van automatisering nemen
steeds verder toe. De huidige cv-systemen functioneren volautomatisch en onbewaakt. In grotere gebouwen nemen we de regeling van cv-systemen vaak op in een gebouwbeheersysteem
(GBS). Ook in woningen gebruiken we meer en meer intelligente regelaars die de ruimtetemperatuur regelen. Voor woningen, met name zorgwoningen of levensloopbestendige woningen, is
verdere automatisering en besturing op afstand in opmars, de domotica (zie afbeelding 1.3).
Afbeelding 1.3: Een voorbeeld van domotica. Bron: Electra-Gigant.
1.2 HUIDIGE GENERATIE
VERWARMINGSSYSTEMEN
In deze paragraaf geven we een kort overzicht van enkele bestaande middelen voor (energiezuinige) warmteopwekking:
HR-ketels;
warmtekrachtkoppeling en HRe-ketels;
warmtepompen en bodemenergie;
zonne-energie.
1.2.1
We passen intussen op grote schaal condenserende ketels, HR-ketels, toe om energie te
besparen (zie afbeelding 1.4). De warmtewinst door condensatie bereiken we door de watertemperatuur te verlagen ten opzichte van de conventionele ketels. Conventionele ketels en
installaties werden ontworpen op een aanvoer- en retourtemperatuur van 90/70 °C. Condensatie van de rookgassen bij gasgestookte ketels ontstaat pas bij een temperatuur lager dan
±56 °C; zie ook hoofdstuk 6. Deze lage temperatuur kunnen we alleen bereiken door:
verlaging van de ketelwatertemperatuur via een variabele stooklijn;
een modulerende branderregeling;
een variabel pompdebiet;
een afgiftesysteem voor lage temperaturen, zoals vloerverwarming of grote radiatoren.
HR-KETELS
•
•
•
•
•
•
•
•
De HR-ketels worden vermeld met het rendement op onderwaarde, bijvoorbeeld HR 107.
Deze onderwaarde is de verbrandingswaarde zonder de latente warmte die vrijkomt bij condensatie. Hierdoor wordt er als het ware meer warmte uit gehaald dan mogelijk is op onderwaarde. Het rendement stijgt zo tot boven de 100%. De nieuwste generatie HR-ketels haalt
109% op onderwaarde.
40 - Warmtetechnieken
HUIDIGE GENERATIE VERWARMINGSSYSTEMEN
1
hoofdstuk 1
1.2
Afbeelding 1.4: Een HR-ketel. Bron: Remeha.
1.2.2 WARMTEKRACHTKOPPELING EN HRe-KETELS
Afbeelding 1.5: Een HRe-ketel. Bron: SenerTec.
Warmtekrachtkoppeling (wkk) combineert het gelijktijdig verbranden van brandstof met het
aandrijven van een generator voor het opwekken van elektriciteit; zie hoofdstuk 3. Als we
gelijktijdig behoefte hebben aan warmte en elektriciteit, kan wkk een interessant alternatief
zijn. Mini-wkk’s zijn de laatste jaren ook in opkomst binnen de woningbouw.
De HRe-ketel van SenerTec is voorzien van de Sterlingmotor en levert elektriciteit (zie afbeelding 1.5). Een nadeel van HRe-ketels is dat ze voldoende uren moeten draaien met weinig
start-stops om rendabel elektriciteit op te kunnen wekken. Dat maakt ze geschikter voor
grotere c.q. slecht geïsoleerde woningen en kleine utiliteit. De toepassing is momenteel in de
testfase, maar kan in de toekomst een belangrijke aanvulling vormen.
1.2.3 WARMTEPOMPEN EN
BODEMENERGIE
Warmtepompen zijn populair in zowel utiliteits- als woningbouw (zie afbeelding 1.6). In de
jaren 1980-1990 stonden ze nog in de kinderschoenen, maar de techniek is intussen uitgewerkt en betrouwbaar. Een warmtepomp brengt warmte van een laagwaardig naar een bruikbaar niveau door met een compressor energie toe te voegen. Bodemwarmte, grondwater,
ventilatielucht en (met een lagere opbrengst) buitenlucht zijn uitstekend geschikt als bronwarmte.
In kleinere installaties gebruiken we bodemwarmte met een gesloten bodemwarmtewisselaar. In grotere installaties doen we dit vaak via een open bronsysteem, waarbij we het water
opslaan in aquifers, watervoerende lagen in de bodem. Een groot voordeel van bodemenergie en warmtepompen is dat we er relatief goedkoop mee kunnen koelen, want er is een kleinere koelmachine nodig. Meestal moet dit ook om de bodemtemperatuur weer in balans te
brengen.
Warmtetechnieken - 41
1
ONTWIKKELING VAN VERWARMINGSTECHNIEKEN
hoofdstuk 1
Afbeelding 1.6: Een Stiebel Eltron-warmtepomp.
Bron: TK Warmtepomptechniek.
1.2.4 ZONNE-ENERGIE
Uit de zon kunnen grote hoeveelheden energie worden betrokken voor zowel de verwarming
van warmtapwater als de centrale verwarming. Het verwarmen van warmtapwater ligt het
meest voor de hand, omdat we hiervan een voorraad kunnen opslaan. Voor de centrale verwarming ligt het minder voor de hand, omdat de zon het meest schijnt in de zomer terwijl
dan het minst centrale verwarming nodig is. Zonne-energie kan echter goed gecombineerd
worden voor warmtapwater en centrale verwarming. In perioden waarin er te weinig
opbrengst is van de zonne-energie, verwarmen we bij met een andere warmteopwekker,
meestal een gasketel.
Wie energie gaat opwekken via bijvoorbeeld zonnecollectoren of biogas, kan in aanmerking
komen voor een subsidie via de SDE, Stimuleringsregeling Duurzame Energie (zie afbeelding
1.7). Deze regeling valt onder het ministerie van Economische Zaken. Subsidie is aan te vragen via uitvoeringsinstantie AgentschapNL. Een producent ontvangt vanaf 1 april 2013 voor:
zonne-energie:
3,3 eurocent per kW;
wind op land:
2,8 eurocent per kW;
verbranding van vaste biomassa: 5,3 eurocent per kW;
vergisting van GFT:
5,3 eurocent per kW;
mestvergisting:
5,3 eurocent per kW;
biogas:
7,0 eurocent per m3.
•
•
•
•
•
•
42 - Warmtetechnieken
DUURZAME ONTWIKKELING VAN VERWARMINGSSYSTEMEN
1
hoofdstuk 1
1.3
Afbeelding 1.7: Een windmolen. Bron: Essent.
1.3 DUURZAME
ONTWIKKELING VAN
VERWARMINGSSYSTEMEN
In deze paragraaf gaan we verder in op duurzame energie en alternatieve energiebronnen.
Wat zijn de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van duurzame energie? Welke alternatieve energiebronnen zijn er al? We behandelen hier de onderwerpen:
klimaatneutrale verwarming;
passiefhuis;
energieprestatie-eisen.
1.3.1 KLIMAATNEUTRALE
VERWARMING
Fossiele brandstoffen zoals aardgas en olie veroorzaken CO2-uitstoot en dragen bij aan de
opwarming van de aarde. Wetenschappers zijn het nog niet eens over hoe groot de gevolgen
zijn van die opwarming. De grootste uitstoters van CO2 zijn het verkeer en de gebouwde
omgeving. De Europese Unie heeft vastgelegd dat ze in 2020 de CO2-uitstoot met 17,7% (bijgesteld, was 20%) wil reduceren ten opzichte van 1990. Dit kan onder meer gerealiseerd worden door de bestaande gebouwen via renovatie zeer energiezuinig te maken.
•
•
•
Steeds meer gebouwen zullen klimaatneutraal worden verwarmd, dus zonder CO2-uitstoot en
energieneutraal. De brandstofprijzen blijven stijgen en de CO2-doelstellingen worden alsmaar
strenger, onder andere vertaald in de wettelijke energieprestatie-eis van gebouwen. Daarom
zullen bijvoorbeeld fossiele brandstoffen niet meer worden ingezet en zullen gebouwschillen
hoogwaardig worden geïsoleerd.
Met slimme regelingen – onder andere smart grids – kunnen we opgeslagen warmte van de
zon en aarde en/of restwarmte van industriële processen en stadsverwarming (afkomstig van
elektriciteitscentrales) beter gebruiken en afstemmen op de gebruikers. Daarnaast zullen geothermische energie (warmte die op grote diepte uit de aarde wordt gehaald) en brandstofcellen vooral voor grote gebouwen worden ingezet. Nieuwe technieken worden steeds goedkoper en dus toegankelijker als ze grootschalig worden toegepast.
Warmtetechnieken - 43
1
ONTWIKKELING VAN VERWARMINGSTECHNIEKEN
hoofdstuk 1
1.3.2 PASSIEFHUIS
‘Passiefhuis’ is een verfijning van de term ‘lage-energiegebouw ’. Passiefhuizen of -gebouwen
hebben een energiebehoefte voor ruimteverwarming van maximaal 15 kWh per m² vloeroppervlak per jaar. Het in Duitsland ontwikkelde concept ‘passief bouwen’ neemt de gratis
warmte van zon, bewoners en hun apparatuur als vertrekpunt voor de warmtehuishouding
van een gebouw. Door die energie zonder extra inspanning (passief ) te gebruiken, wordt een
verwarming (bijna) overbodig (zie afbeelding 1.8).
Warmtehoeveelheid
(kWh/m3 per jaar)
40
35
Verliezen
Ventilatie
Zon
30
25
Winsten
Niet bruikbaar
Ramen
20
15
Keldervloer
Intern
10
Muur en dak
Verwarming
5
Afbeelding 1.8: Energieverliezen en -winsten
in een passiefhuis. Bron: Multicomfort.
Zowel particuliere woningen als kantoren, scholen, enzovoort kunnen volgens de passiefhuisnorm worden gebouwd. Bijkomend voordeel is dat deze gebouwen een comfortabel binnenklimaat in de winter en zomer kunnen realiseren zonder een ‘klassiek’ verwarmings- of koelsysteem.
Een passiefhuis is door de hoogwaardige isolatie en aanvullende maatregelen ongeveer 20%
duurder dan een niet-passief gebouw van dezelfde omvang. De architectonische vrijheid van
passiefhuizen is daarbij zeer groot, al moet er wel aan een aantal basisprincipes worden voldaan:
maximaal isoleren;
ventilatie met warmteterugwinning;
efficiënte zonnebenutting;
luchtdicht bouwen (dubbele naad- en kierdichting).
•
•
•
•
Als aanvulling zijn efficiënte huishoudelijke apparaten (energielabel A) wenselijk. Hun energiegebruik telt echter niet mee in het behalen van het normverbruik van 15 kWh/m2·a.
1.3.3 ENERGIEPRESTATIEEISEN
De in het Bouwbesluit opgenomen energieprestatiecoëfficiënt (epc) vereist dat voor nieuwe
gebouwen en woningen de energieprestatie wordt berekend. De epc is het quotiënt van het
berekende verbruik gedeeld door het normverbruik. Voor nieuwbouwwoningen is de epc per
1 januari 2011 omlaag gebracht van 0,8 naar 0,6. Met deze norm is het niet meer mogelijk om
nog traditioneel te bouwen zonder toepassing van nieuwe, soms alternatieve technieken.
Denk bijvoorbeeld aan warmtepompen en zonne-energie.
De Nederlandse overheid wil dat in 2015 de epc verder daalt naar 0,4 en vervolgens naar 0 in
2020 (zie afbeelding 1.9). Nederlandse bouwers, van de architect tot de adviseur en aannemer, zullen nu al moeten nadenken over maatregelen om dit te kunnen realiseren. Alternatieve brandstoffen die we steeds meer gebruiken om zowel de energieprestatie van gebouwen
als de CO2-uitstoot te verlagen zijn vooral bio-energie en bodemwarmte in combinatie met
warmtepompen.
44 - Warmtetechnieken
GEOTHERMISCHE ENERGIE: BODEM- EN AARDWARMTE
1,50
1,20
0,90
0,60
0,30
Afbeelding 1.9: Ontwikkeling van de epc-eis voor
nieuwbouwwoningen. Bron: www.bbn.nl.
1.4 GEOTHERMISCHE
ENERGIE: BODEM- EN
AARDWARMTE
0,00
1
hoofdstuk 1
1.4
1995
1998
2000
2006
2011
2015
2020
Diep in de aarde bevindt zich een enorm energiepotentieel: geothermische energie. Deze zit
zowel in de bodem (bodemwarmte) als dieper in de aarde (aardwarmte). Ze is bruikbaar voor
verwarming.
De bovenste laag van de aarde, de bodem, wordt verwarmd door de zon. Met een warmtepomp kunnen we de temperatuur verhogen tot bruikbare warmte. Na enkele honderden
meters diepte komt de warmte uit het binnenste van de aarde. Een deel van die aardwarmte
verwarmt het grondwater. In Nederland is het grondwater op een diepte van 500 m warm
genoeg om in te zetten als verwarming. In landen zoals IJsland is aardwarmte zichtbaar, in de
vorm van vulkanen en geisers.
Geothermische energie heeft een belangrijk voordeel boven andere vormen van hernieuwbare energie zoals wind, water en zon: ze varieert niet door wisselende weersomstandigheden.
Reden genoeg dus om technieken te ontwikkelen waarmee we deze energiebron optimaal
kunnen toepassen. Het gebruik van aardwarmte staat nog in de kinderschoenen, al realiseren
we er momenteel reeds relatief kleinschalige projecten mee. In de toekomst zijn er misschien
grootschalige projecten mee mogelijk, zoals de energievoorziening van industriële omgevingen of complete woonwijken (zie afbeelding 1.10).
Afbeelding 1.10: Geothermische energie voor een
woonwijk. Bron: www.kennislink.nl.
Warmtetechnieken - 45
1
ONTWIKKELING VAN VERWARMINGSTECHNIEKEN
hoofdstuk 1
1.5 BIO-ENERGIE
ALS ENERGIEBRON
Voordat mensen de fossiele brandstoffen ontdekten, gebruikten zij alleen bio-energie als
energiebron. Denk aan suikerriet, olie uit de koolzaadplant, houtsnippers, gras, houtskool,
gedroogde mest en dierlijke vetten (zie afbeelding 1.11). Deze energiedragers worden
wereldwijd nog volop gebruikt, voornamelijk in landen waarin fossiele energie (olie) te duur
is. Hout dient bijvoorbeeld om vuur te maken waarop gekookt kan worden. In onder andere
India worden op het platteland faecaliën (menselijke uitwerpselen) in minivergisters vergist
tot brandbaar methaangas. Mest van koeien, varkens of kippen wordt vaak ook toegepast als
biobrandstof.
a Suikerriet
b Koolzaad
c Houtsnippers
d Gras
Afbeelding 1.11: Biobrandstoffen. Bron: Columbus (a), Panoramio (b) en BeGreen (c).
Drie soorten biomassa
Energie uit plantaardig materiaal, biomassa, noemt men ook wel bio-energie. De oorsprong
van de biomassa is zonne-energie. Met zonlicht zetten planten via fotosynthese koolstofdioxide en water om in energierijke stoffen zoals cellulose, suiker en zetmeel. Bij dit proces
komt zuurstof vrij. Als plantaardig materiaal (hout/cellulose) verbrandt, komt de opgeslagen
energie vrij in de vorm van warmte.
Veel biomassa is afval. Denk bijvoorbeeld aan gft-afval, snoeihout, oud papier, rioolwaterzuiveringsslib en baggerspecie. Een tweede categorie biomassa bestaat uit snelgroeiende
bomen en planten die speciaal geteeld worden om energie te leveren, zoals olifantengras,
energiemaïs, koolzaad, populier en wilg. We spreken dan van energieteelt. Een derde categorie biomassa bestaat uit algen. In tegenstelling tot de andere categorieën vormt zij geen probleem voor de mondiale voedselproductie. In Nederland is een bedrijf gevestigd dat gespecialiseerd is in industriële algenproductie voor de biomassa-industrie.
46 - Warmtetechnieken
Voor- en nadelen van bio-energie
Bio-energie wordt op grote schaal ingezet als duurzame energie. Een voorbeeld: ethanol
wordt geproduceerd uit suiker of granen, terwijl biodiesel wordt gemaakt van plantaardige
olie. Die groene brandstoffen worden steeds meer vermengd met gewone benzine of diesel
om geleidelijk het energiegebruik te verduurzamen. In Duitsland wordt biobrandstof met
10% bio-ethanol al verplicht verkocht bij tankstations met de aanduiding E10.
Maar het gebruik van bio-energie heeft ook nadelen. Om te beginnen komt bij de verbranding van biomassa koolstofdioxide vrij. Daarnaast maakt de biomassa onderdeel uit van een
ecologische kringloop. Wordt een element uit die kringloop gehaald, zoals door houtkap, dan
valt er geen dood blad meer op de bodem (voedsel voor bodemdieren), verdwijnen het
bodemleven en de hele humuslaag en treedt er bodemerosie op.
Zo groeide er in Nederland vóór de Gouden Eeuw vooral bos op de Veluwe. Door de grootschalige houtkap voor scheepsbouw en brandstof bevinden zich daar nu grote duingebieden
met zand en heide. Aan de andere kant van de Atlantische Oceaan, in Brazilië, verdwijnen in
hoog tempo beschermde oerbossen. De plattelandsbewoners worden er zo beroofd van de
houtskool, die nu dient als goedkope energiebron voor hoogovens.
Het energiegebruik van de mens is zo groot, dat wanneer in de energiebehoefte zou worden
voorzien met bio-energie in plaats van fossiele brandstoffen, de bossen overal snel zouden
verdwijnen. Bio-energie uit hout en plantaardig materiaal is geen oneindig hernieuwbare
brandstof. Bovendien zouden arme landen door de grootschalige teelt van bio-energiegewassen niet meer voedselgewassen kunnen telen, wat de mondiale welvaartverschillen
nog verder zou vergroten.
1.6 TRIAS ENERGETICA
De trias energetica is een denkmodel dat ontwikkeld is door Novem, tegenwoordig AgentschapNL. Het maakt duidelijk wat je kunt doen om spaarzaam en duurzaam met energie
(en grondstoffen) om te gaan. De driehoek in afbeelding 1.12 bestaat uit drie onderdelen:
Beperk de energievraag.
Gebruik duurzame energie.
Indien nodig, gebruik fossiele brandstoffen zo efficiënt en schoon mogelijk.
•
•
•
Beperk de
energievraag
2
1
Gebruik
duurzame
energie
3
Afbeelding 1.12: Trias energetica.
Indien nodig, gebruik
fossiele brandstoffen zo
efficiënt en schoon mogelijk
Trias energetica
Deze driehoek vormt een krachtenveld. Het is niet zo dat we op alle velden maximaal moeten
inzetten. Soms kan het beter zijn om één driehoek maximaal te gebruiken en in de andere
twee driehoeken niets bijzonders te doen. Vaak is dit een financiële afweging.
Warmtetechnieken - 47
1
hoofdstuk 1
1.6 TRIAS ENERGETICA
1
ONTWIKKELING VAN VERWARMINGSTECHNIEKEN
hoofdstuk 1
Stap 1: beperk energievraag
De ontwerper van een gebouw kan de energievraag helpen beperken door bijvoorbeeld het
gebouw:
goed te laten isoleren met dikke isolatiepakketten en HR++(+)-glas;
op het zuiden te oriënteren.
•
•
De gebruiker van een gebouw kan veel besparen door bijvoorbeeld:
de thermostaat lager te zetten;
lampen uit te doen wanneer ze niet nodig zijn;
goed ketel- en ventilatiesysteemonderhoud.
•
•
•
Stap 2: gebruik duurzame energie
Duurzame energie is energie van bronnen die niet ‘op’ kunnen raken en het milieu weinig
belasten. Zonne-energie van zonnepanelen en windenergie van windmolens zijn bekende
voorbeelden van energie uit duurzame bronnen. Maar er zijn meer mogelijkheden, zoals het
gebruik van geothermische energie. De benodigde technieken worden steeds verder ontwikkeld en we passen ze al heel verschillend toe.
Een eenmalige investering in het gebruik van duurzame energie levert uiteindelijk een flinke
besparing op. Bijvoorbeeld gebouweigenaren, projectontwikkelaars en aannemers moeten
op de langere termijn leren denken, omdat veel technieken zich dan later terugverdienen.
Stap 3: indien nodig, gebruik fossiele stoffen zo efficiënt en schoon mogelijk
Energie van ‘eindige’ bronnen moeten we zo slim mogelijk gebruiken. Onder eindige bronnen
vallen niet alleen fossiele brandstoffen, maar ook grondstoffen als uranium. Deze energiebronnen raken ooit op en zijn bovendien belastend voor het milieu, in het geval van kernafval
zelfs vele tienduizenden jaren lang.
We moeten de eindige energie zo verstandig mogelijk inzetten, bij woningen bijvoorbeeld
door middel van:
een HR-ketel (geeft met weinig gas veel warmte);
zuinige elektrische apparaten, zoals pompen met een energielabel A.
•
•
48 - Warmtetechnieken
HOOFDSTUK 3
WARMTEKRACHTKOPPELING EN
GASABSORPTIE
3
WARMTEKRACHTKOPPELING EN GASABSORPTIE
Warmtekrachtkoppeling (wkk) is het opwekken van elektriciteit door een motor of turbine,
met gelijktijdig gebruik van de ontwikkelde warmte. Dit levert een zeer hoog rendement op
doordat de meeste ‘verliezen’ (de vrijgekomen warmte) nuttig worden gebruikt. Er bestaan
vele uitvoeringen van wkk-installaties, voor kleine huishoudelijke tot zeer grote industriële
toepassingen. Vroeger waren het met name de grotere gebouwen, ziekenhuizen en industrieen waarvoor wkk werd gebruikt, maar tegenwoordig zijn er ook kleine wkk-installaties voor
kleinere utiliteitsgebouwen en woningen. De nieuwste mini-wkk’s kennen we als HRe-ketels.
Nog een vorm van duurzame en energiebesparende warmteopwekking is de toepassing van
gasabsorptiewarmtepompen.
Dit hoofdstuk gaat over:
de werking van warmtekrachtkoppeling;
uitvoeringsvormen van de wkk-opwekker;
de gasabsorptiewarmtepomp.
•
•
•
hoofdstuk 3
De basis van warmtekrachtkoppeling met een motor is dat deze draait om stroom te genereren (zie afbeelding 3.1a). De daarbij vrijkomende warmte gebruiken we voor verwarmingsdoeleinden.
3.1 WERKING VAN
WARMTEKRACHTKOPPELING
1
9
7
2
3
4
5
3
4
6
7
8
2
9
2
8
Aardgas
Wkk-module
Boiler (buffer)
Cv-ketel
Verbruikers
Cv-retour
Elektriciteitsnet
Cv-aanvoer
Rookgasafvoer
5
6
1
a Principeschema van wkk
Wkk-installaties halen een hoger rendement op fossiel brandstofverbruik dan de afzonderlijke
conventionele opwekkingen, indien er een juiste balans is tussen de gelijktijdige behoefte
aan warmte en stroom. Hiervoor wordt de afzonderlijke opwekking van elektriciteit vergeleken met een conventionele elektriciteitscentrale, met een landelijk gemiddeld opwekkingsrendement van 39%. Dit op basis van diverse brandstoffen, waaronder steenkool. De motor is
voor grotere systemen meestal een cilinderverbrandingsmotor (gas, diesel), in kleinere systemen bijvoorbeeld een Stirlingmotor; zie de HRe-ketel.
Bij de huishoudelijke installatie van afbeelding 3.1b wordt stroom geleverd aan het openbare
net of de eigen gebruikers, maar er is ook stroom nodig voor de besturingstechniek.
74 - Warmtetechnieken
3.1 WERKING VAN WARMTEKRACHTKOPPELING
Retour
Cv-pomp
Aanvoer
Schoorsteen
Rookgaswarmtewisselaar
Gas
Warm
tapwater
Mengventiel
Mini-wkk
Geluiddemper
3
Bufferpomp
Zonnecollectoren
Buffer
Motor
Temperatuur vast
Platenwarmtewisselaar
Elektronica
Net
Koud
water
Huishoudelijk gebruik
hoofdstuk 3
Generator
b Principeschema van een wkk-installatie in een woning
c Buitenkant van Buderus Loganova, voor grotere woning- en utiliteitsprojecten
d Binnenkant van Buderus Loganova
Afbeelding 3.1: Wkk-installaties. Bron: Nefit (a, c en d) en www.ecovisie.nl (b).
Warmtetechnieken - 75
3
WARMTEKRACHTKOPPELING EN GASABSORPTIE
3.1.1 RENDEMENT EN
EXPLOITATIEKOSTEN
We vergelijken hier het opwekkingsrendement van een wkk-installatie met die van een conventionele installatie. De conventionele opwekking bestaat in het onderstaande voorbeeld
uit elektriciteit van het openbare net en warmte uit een gasgestookte HR-ketel. Voor de elektriciteitsopwekking via een centrale is gerekend met een opwekkingsrendement van 39%.
Voor warmteopwekking met een gestookte ketel is gerekend met een gemiddeld opwekkingsrendement van 85%.
In afbeelding 3.2 tonen we de rendementsvergelijking schematisch in een Sankey-diagram.
De pijlen geven energiehoeveelheden weer. De dikte van de pijl staat in verhouding tot de
hoeveelheid.
hoofdstuk 3
Elektriciteitscentrale:
rendement 39%
Verlies 31,3
Elektriciteitsverbruik 20,0
Primaire energie
(fossiele brandstof)
145,4
Geproduceerde warmte 80,0
Cv-ketel:
rendement 85%
Verlies 14,1
a Conventionele opwekking door een elektriciteitscentrale en cv-ketel
Primaire energie
(aardgas)
80,0
Primaire energie
(aardgas)
34,1
Warmtekrachtkoppeling:
rendement 25%
Elektriciteit 20,0
'Verlies' van
warmte 60,0
Warmteopwekking:
rendement 85%
Warmte 80,0
Verlies 14,1
b Opwekking door een wkk-installatie
Afbeelding 3.2: Primaire energie voor de opwekking van 80 eenheden warmte en 20 eenheden elektriciteit.
76 - Warmtetechnieken
3.1 WERKING VAN WARMTEKRACHTKOPPELING
3
De berekening gaat uit van de opwekking van 80 eenheden warmte en 20 eenheden elektriciteit, in totaal dus 100 eenheden. Bij de wkk-installatie wordt elektriciteit opgewekt met een
rendement van 25%, wat slechter is dan het rendement van 39% van een centrale. De vrijgekomen warmte wordt echter gebruikt voor de warmteproductie, zodat daar slechts 34,1 eenheden energie moeten worden toegevoerd voor het verkrijgen van 80 eenheden warmte. In
totaal worden bij wkk dus:
80 + 34,1 = 114,1 eenheden fossiele energie
Wanneer we de stroom niet nuttig kunnen gebruiken, leveren we deze terug aan het elektriciteitsnet. Wkk kan pas rendabel draaien bij voldoende warmtevraag. Hierdoor is wkk minder
geschikt voor zeer energiezuinige woningen, omdat de warmtevraag te laag is. Bij een hogere
warmtevraag ook in de zomer, zoals voor het verwarmen van een zwembad of warmtapwater,
nemen de draaiuren toe en kan een wkk rendabel draaien.
3.1.2 HAALBAARHEID
VAN WKK
In vollast bedraagt het rendement van de huidige generatie motoren ongeveer 40%. Een
belastingduurkromme van zowel de warmtebehoefte als de elektriciteitsbehoefte kan inzicht
geven in de inzetbaarheid en haalbaarheid van een wkk-installatie. In de 24-uursbelastingduurkromme van afbeelding 3.3 is te zien welke elektriciteit moet worden aangevuld door bijvoorbeeld de inkoop van stroom wanneer de wkk op vollast draait; zie ook paragraaf 2.7 voor
een duurkromme over een veel langere periode.
Plateau-uren
10
Vraag
9
Inkoop
uit net
8
Teruglevering
Vermogen (MWe)
7
6
5
Levering
gasmotoren
4
3
2
1
0
Afbeelding 3.3: 24-uursbelastingduurkromme van
het elektriciteitsverbruik. Bron: GasTerra.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Uur van dag
Bij het ontbreken van warmtevraag in de zomer kan een wkk-installatie eigenlijk niet rendabel
draaien. Om dit te ondervangen, kunnen we warmte blijven leveren aan bijvoorbeeld een
absorptiekoelmachine. (Absorptiekoeling is een proces waarvoor warmte nodig is; daar gaan
we niet nader op in.) Hierdoor kunnen we vaak ondanks het slechte rendement van absorptiemachines een acceptabel jaarrendement met de wkk-installatie bereiken. Daarnaast kunnen we warmte leveren om in de bodem op te slaan met een bodemopslagsysteem (wko); zie
hoofdstuk 4. Het onbeperkt laden van warmte in de bodem is echter niet mogelijk, omdat de
bodemtemperatuur en met name hierbij de grondwatertemperatuur in balans moet blijven.
Naast de belastingduurkrommen helpt een exploitatieoverzicht de haalbaarheid van wkk te
onderzoeken. In een haalbaarheidsonderzoek vergelijken we de exploitatiekosten van een
wkk-installatie met de kosten van een conventionele installatie. Tabel 3.1 toont een exploitatieoverzicht van een conventionele warmteopwekking waarbij elektriciteit wordt ingekocht.
Tabel 3.2 toont een exploitatieoverzicht van een installatie gebaseerd op eigen elektriciteitopwekking via wkk, in dit geval met een gasmotor. Het warmte- en elektriciteitsverbruik zijn
in beide gevallen hetzelfde, namelijk 1.098.906 kWh warmteverbruik en 500.000 kWh elektriciteitsverbruik.
Warmtetechnieken - 77
hoofdstuk 3
toegevoerd voor het opwekken van 100 eenheden stroom en warmte. In het schema van de
conventionele opwekking is duidelijk te zien dat er 145,4 eenheden aan fossiele energie
nodig zijn voor dezelfde opbrengst. De rendementen zijn op bovenwaarde.
3
WARMTEKRACHTKOPPELING EN GASABSORPTIE
HR-ketel
E-net
Prijseenheid
Jaarkosten
€
€
500.000
0,15
75.000
125.000
0,40
50.000
90
Elektriciteitinkoop
kWhe
Aardgasverbruik
m03
Stookrendement
%
Warmwateropwekking
kWhth
1.098.906
Verbrandingswaarde
kJ/m03
35.165
Energiekosten
€
125.000
Prijseenheid
Jaarkosten
€
€
De ‘e’ van kWhe staat voor elektrisch, de ‘th’ van kWhth voor thermisch.
Tabel 3.1: Exploitatiekosten op jaarbasis bij conventionele opwekking (zonder wkk).
hoofdstuk 3
Gasmotor
Elektriciteitopwekking
kWhe
599.403
0
Elektriciteitinkoop
kWhe
−99.403
0,07
−6.958
Aardgasverbruik
m03
204.545
0,40
81.818
Stookrendement
%
55
30
Warmwateropwekking
kWhth
1.098.906
Verbrandingswaarde
kJ/m03
35.165
35.165
Energiekosten
€
74.860
De ‘e’ van kWhe staat voor elektrisch, de ‘th’ van kWhth voor thermisch.
Tabel 3.2: Exploitatiekosten op jaarbasis bij wkk-opwekking.
De HR-ketel heeft een gemiddeld jaarrendement van 90% op bovenwaarde, de gasmotor een
gemiddeld jaarrendement van 55% voor warmteopwekking en 30% voor elektriciteitsopwekking op bovenwaarde. De wkk zorgt jaarlijks voor (€ 125.000 – € 74.860 =) € 50.140 minder
energiekosten. Er zal moeten worden onderzocht of deze wkk-variant een gunstige terugverdientermijn heeft. Hierbij zal de investering in een gasmotor afgezet moeten worden tegen
de te bereiken energiebesparing.
De hier gebruikte prijzen (prijspeil 2012) zijn bedoeld voor grootverbruikers en exclusief btw.
Voor kleinverbruikers en huishoudens liggen de prijzen veel hoger, waardoor het plaatje er heel
anders uit komt te zien. Bovendien is dit een toepassing voor zogeheten ‘eilandverbruik’, waarbij
er geen elektriciteit ingekocht hoeft te worden, wat in de praktijk niet altijd te realiseren is. Er
wordt in dit voorbeeld elektriciteit teruggeleverd waarvoor een lager tarief van toepassing is.
Het exploitatieoverzicht geeft inzicht in de jaarlijkse energiekosten. Dit kunnen we uitbreiden
met operationele kosten en de emissies van NOx en CO2. Aan de hand van kengetallen brengen we dan de kosten van de installatie in kaart. Belangrijk is om de jaarverbruiken te hanteren met ook een jaargemiddeld rendement van de ketels en gasmotor. Via de exploitatiekosten op jaarbasis, waarin mede afschrijvingen en onderhoudskosten zijn opgenomen, kunnen
we een keuze maken op economische gronden. Een doelstelling om te besparen op fossiele
energie kan hierbij eveneens doorslaggevend zijn. Alternatieven voor de opwekking van
energie kunnen we zo correct op de voor- en nadelen beoordelen.
3.2 UITVOERINGSVORMEN VAN
WKK-OPWEKKER
78 - Warmtetechnieken
Er zijn twee typen opwekkers om elektriciteit te produceren:
•
•
de gasmotor voor de levering van warmwater;
de gasturbine voor de levering van stoom of heetwater voor grote installaties.
3.2
UITVOERINGSVORMEN VAN WKK-OPWEKKER
3
De veel toegepaste gasmotoren kunnen worden onderverdeeld in:
de cilinder(gas)motor, voor grotere vermogens;
de Stirlingmotor, voor kleinschalige toepassingen zoals woningen. Dit type met een heteluchtmotor is in de handel gebracht als HRe-ketel of micro-wkk.
•
•
Daar gaan we in deze paragraaf op in. We eindigen met een uitleg van de werking van gasabsorptiewarmtepompen.
3.2.1 WKK MET
CILINDERGASMOTOR
In een cilindergasmotor wordt het (aard)gas tot ontsteking gebracht en verbrand. Aan de
aandrijfas hiervan is een generator gekoppeld die zorg draagt voor de elektrische stroomopwekking (zie afbeelding 3.4).
Brandstof/lucht-mengsel
hoofdstuk 3
Uitlaatgas
Warm water
Koud water
Motor
Generator
Stroom
Afbeelding 3.4: Principe van een cilindermotor
van wkk. Bron: www.meeroverepb.be.
De gasmotor wordt gekoeld met water (zie afbeelding 3.5) om:
de motortemperatuur te begrenzen;
de olie te koelen, wat noodzakelijk is om de door wrijving van de bewegende delen ontstane warmte af te voeren;
de gecomprimeerde lucht van de turbo te koelen, zodat meer zuurstof aan het proces kan
worden toegevoegd voor een betere verbranding.
•
•
•
Uitlaat
5%
Condensatie
8%
Condensor
Warm water
41%
18%
Uitlaatkoeler
p
Straling & convectie
Generator
4%
2%
Elektriciteit
40%
Aardgas
100%
Gasmotor
Lucht
Turbocharger
15%
Afbeelding 3.5: Warmtebronnen van een gasmotor.
Bron: GasTerra.
5%
Motorblokkoeler Oliekoeler
3%
Interkoeler
Warmtetechnieken - 79
3
WARMTEKRACHTKOPPELING EN GASABSORPTIE
Ten slotte worden de rookgassen via een schoorsteen afgevoerd. Al deze vier warmtesoorten
worden gebruikt voor het opwekken van warmwater via warmtewisselaars. In volgorde van
temperatuurniveau zijn dat achtereenvolgens:
de turbokoeler (50 °C);
de oliekoeler (ongeveer 70 °C);
de motorwaterkoeler (ongeveer 90 °C);
de rookgaskoeler (ongeveer 180 °C).
•
•
•
•
Afbeelding 3.6 toont een wkk uit Duitsland van Volkswagen, waarin gebruik wordt gemaakt
van dezelfde zuinige techniek als in dieselauto’s. De wkk heeft een vermogen van 20 kW elektrisch en 34 kW thermisch. Er is in Duitsland bovendien een huishoudelijke wkk van Vaillant
op de markt met motortechniek van Honda, die in tegenstelling tot de Nederlandse HReketels geen gebruik maakt van een Stirlingmotor (zie afbeelding 3.7). Producten uit de Duitse
markt zijn echter niet direct in Nederland verkrijgbaar, dit is mede afhankelijk van de vraag.
hoofdstuk 3
Afbeelding 3.6: Wkk van Volkswagen met beproefde dieselmotortechniek, alleen op de Duitse markt verkrijgbaar. Bron: Volkswagen.
Afbeelding 3.8 toont een gasmotor voor een grote wkk-installatie. Om de warmtelevering uit
te breiden, ook buiten het stookseizoen, is het verwarmen van warmtapwater mogelijk bij bijvoorbeeld gezondheidsinstellingen. Indien er onvoldoende vraag aan elektriciteit is, kan het
overschot aan elektriciteit worden geleverd aan het openbare net. Het is verder mogelijk om
de gasmotor terug te regelen of uit te schakelen. De terugleververgoedingen zijn dan meestal
bepalend. In deellast heeft een gasmotor een slechter rendement, zodat dit niet altijd een
aantrekkelijke keuze is.
3.2.2 HRe-KETEL EN
STIRLINGMOTOR
80 - Warmtetechnieken
De Stirlingmotor of heteluchtmotor is een lineaire vrije zuigermotor. In de branderkop zit
heliumgas dat afwisselend van buitenaf verwarmd of gekoeld wordt. Door het uitzetten en
krimpen van het gas ontstaat een beweging in de vrije zuiger. De zuiger is verbonden aan
een platte veer die ervoor zorgt dat de beweging zo min mogelijk gedempt wordt. Verder
beweegt de zuiger zich langs een magnetische spoel waardoor er stroom wordt opgewekt.
Deze stroom van 230 V met 50 Hz (de zuiger maakt dus 3000 op en neer gaande bewegingen
per minuut) kan direct op het net worden aangesloten. De elektriciteit wordt met een hoog
rendement opgewekt en de restwarmte wordt gevoed aan het cv-systeem.
UITVOERINGSVORMEN VAN WKK-OPWEKKER
3
hoofdstuk 3
3.2
Afbeelding 3.7: Doorsnede van een Stirlingmotor.
Bron: Remeha.
Afbeelding 3.8: Grote wkk-installatie. Bron: Ener-G Nedalo.
Warmtetechnieken - 81
3
WARMTEKRACHTKOPPELING EN GASABSORPTIE
De kleine Stirlingmotor in de HRe-ketel levert 6 kW thermisch vermogen en 1 kW elektrisch
vermogen. Doordat er weinig bewegende delen zijn, is de motor heel onderhoudsarm. De
kracht van de HRe-ketel zit in lange continue draaiuren zonder veel stops, omdat hij na iedere
stop gemiddeld 10 min nodig heeft om weer volledig operationeel te zijn en stroom te leveren (zie afbeelding 3.9).
hoofdstuk 3
Afbeelding 3.9: HRe-ketel. Bron: Remeha.
De Stirlingmotor wordt gestart bij een warmtevraag voor ruimteverwarming. Bij warmtapwatervraag wordt de motor niet gestart, omdat deze vraag vaak kort duurt en dus veel
ongunstige start-stops tot gevolg heeft. Hierdoor zou het rendement van de HRe-ketel dalen.
Voor warmtapwater en aanvullende ruimteverwarming (meer dan wat de Stirlingmotor
levert) is aanvullend een HR-warmtewisselaar opgenomen, die werkt zoals een gewone
cv-ketel.
In elke HRe-ketel zit een intelligente regeling die bepaalt welke bedrijfswijze het minste
energie vergt. Het kan bijvoorbeeld voordeliger zijn om ’s nachts het huis op temperatuur te
houden met de Stirlingmotor, dan ’s ochtends met maximaal vermogen (met de HR-warmtewisselaar) het huis op te stoken. Hierdoor wordt met een klein vermogen verwarmd, maar
tegelijkertijd meerdere uren elektriciteit opgewekt. In totaal is de inkoop van energie daardoor lager, wat direct geld oplevert (afhankelijk van de terugleververgoeding van elektriciteit
aan het net). Daarnaast ziet de regeling erop toe dat het efficiënt genoeg is om de Stirlingmotor aan te zetten. Vanwege het steeds verder teruglopende vermogen voor ruimteverwarming in nieuwbouwwoningen, is een HRe-ketel daar moeilijker inzetbaar dan in wat oudere
woningen met een grotere warmtevraag.
82 - Warmtetechnieken
3.3
3.2.3 GASTURBINEINSTALLATIE
GASABSORPTIEWARMTEPOMP
3
In een gasturbine wordt lucht gecomprimeerd en samen met gas verbrand voor het opwekken van mechanische energie, die kan worden omgezet in elektrische energie. De verbranding van het gas vindt plaats in de straalbuis van de turbine. Bij verbranding expandeert het
gas en door deze expansie worden schoepen aangedreven. De mechanische energie van de
draaiende schoepen kan worden omgezet in elektrische energie.
De warmtekrachtkoppeling met een gasturbine passen we in de gebouwde omgeving alleen
toe voor grote en omvangrijke installaties, bijvoorbeeld in academische ziekenhuizen. De gasturbine drijft de generator aan. De grote hoeveelheid ontwikkeld rookgas wordt naar een
afgassenketel gevoerd. Dit is meestal een stoom- of heetwaterketelinstallatie; zie ook subparagraaf 2.5.2. Vanwege de zeer specifieke werking van deze turbines en de ingewikkelde
samenhang met de andere installaties, zoals de stoomketel, gaan we in dit boek niet verder in
op de werking van deze wkk’s.
3.2.4
MINI-WKK
Naast grootschalige wkk-installaties op basis van gasturbines, zijn er mini-wkk-installaties met
minigasturbines in ontwikkeling voor het huishoudelijke niveau (zie afbeelding 3.10). Deze
mini-wkk’s worden in de praktijk op diverse locaties getest door de ketelfabrikanten. Het zal
nog wel enkele jaren duren voor de mini-wkk is uitontwikkeld en direct beschikbaar is voor de
markt.
Afbeelding 3.10: Minigasturbine (demonstratiemodel). Bron: GasTerra.
3.3 GASABSORPTIEWARMTEPOMP
De laatste jaren worden weer gasabsorptiewarmtepompen gebruikt. In de jaren 1970-1980
werden ze vaak toegepast voor koeling, vooral in veel kantoorgebouwen. Tegenwoordig krijgen ze een nieuwe toepassing door ze te koppelen aan een centrale verwarmingsinstallatie
met HR-ketels. Zo kan het rendement van een installatie worden vergroot tot 165%.
Gasabsorptiewarmtepompen zijn te vergelijken met elektrische warmtepompen. Een wezenlijk verschil is dat gasgestookte warmtepompen worden aangedreven met een gasvlam en
niet met elektriciteit. Bovendien is de traditionele elektrische compressor vervangen door
door een thermodynamische compressor, die door warmtetoevoer in staat is om energie te
verpompen. Deze absorptie is een geoptimaliseerd proces waarbij ammoniak (koudemiddel)
oplost in water (absorptiemiddel), zoals weergegeven door afbeelding 3.11.
De ammoniak wordt gebruikt als koudemiddel om warmte te onttrekken aan een warmtebron. Het mengsel wordt verwarmd door de gasbrander in de generator. Het koudemiddel
verdampt en wordt gescheiden van het water (1). Het water gaat via een smoorklep (2) naar
de absorber (3). De ammoniakdamp gaat naar de condensor (4) waar deze condenseert en de
condensatiewarmte aan het cv-water afgeeft. Via een andere smoorklep (5) gaat de vloeistof
naar de verdamper (6) waar ze onder het opnemen van warmte uit de buitenlucht verdampt.
De damp gaat daarna naar de absorber (3) en komt daar in contact met het ammoniakarme
water. Hier vindt de absorptie van het koudemiddel in de oplossing plaats, waaraan het proces zijn naam dankt: de damp wordt door het water geabsorbeerd, waardoor een ammoniakvrije oplossing ontstaat. De warmte die hierbij vrijkomt wordt evenals de restwarmte van de
generator aan het cv-water overgedragen. Dit verhoogt het rendement van de warmtepomp.
De rijke oplossing wordt door de vloeistofpomp (7) naar de generator (1) gebracht en het proces begint van voren af aan.
Warmtetechnieken - 83
hoofdstuk 3
Gasturbines hebben een schone verbranding en produceren lagere emissies dan bijvoorbeeld
gasmotoren. Een gasturbine heeft ook een grote brandstofflexibiliteit en kan werken op aardgas en andere, milieuvriendelijkere brandstoffen.
3
WARMTEKRACHTKOPPELING EN GASABSORPTIE
Warmteafvoer
Thermische compressor
Generator
Condensor
Smoorklep
Smoorklep
Pomp
230 V
hoofdstuk 3
Absorber
Afbeelding 3.11: Werking van de gasaborptiewarmtepomp. Bron: Remeha.
Verdamper
Koudemiddel
dampvormig
Warmtetoevoer
Door Remeha worden twee typen gasabsorptiewarmtepompen geleverd, met een lage of
hoge temperatuur, afhankelijk van het betreffende verwarmingssysteem (zie afbeelding 3.12).
De warmtepompen zijn verkrijgbaar met een capaciteit van 35 kW. We kunnen meerdere
apparaten koppelen om grotere vermogens te verkrijgen. Vuistregel: voor een optimaal
rendement moeten we ongeveer 25% van het totaal geïnstalleerde vermogen uitvoeren
met gasabsorptiewarmtepompen.
Afbeelding 3.12: Gasabsorptiewarmtepomp GAS HP.
Bron: Remeha.
Dankzij gasabsorptiewarmtepompen verbetert in de meeste gevallen het energielabel, vaak
een reden om tot aanschaf ervan over te gaan. De CO2-uitstoot zal er behoorlijk door dalen,
wat de duurzaamheid van een ontwerp ten goede komt. De terugverdientijd van de investering in gasabsorptiewarmtepompen is ongeveer 15 tot 20 jaar. Over de economische levensduur hebben we nog geen gegevens, omdat deze nieuwe generatie pompen relatief maar
recentelijk verkrijgbaar is en er nog slechts een beperkt aantal projecten is uitgevoerd.
We mogen een levensduur van minimaal ongeveer 15 jaar verwachten.
84 - Warmtetechnieken
3.3
GASABSORPTIEWARMTEPOMP
3
hoofdstuk 3
Gasabsorptiewarmtepompen kunnen we toepassen in nieuwe installaties van bijvoorbeeld
kantoorgebouwen en zwembaden en bij renovaties. Ze zijn geschikt voor buitenopstelling en
vormen een goede aanvulling op bestaande installaties of bij de renovatie van een stookruimte. Er is geen krachtstroom nodig. Door meerdere warmtepompen op een skid zoals in
afbeelding 3.13 te plaatsen, kunnen we de installatietijd aanzienlijk verminderen. Zo is het
kantoor van Grontmij Nederland in Alkmaar voorzien van een cv-installatie gecombineerd
met een gasabsorptie-installatie, samengebouwd op een skid met drie gasabsorptiewarmtepompen van Remeha. Hierdoor is het energielabel verbeterd van D naar B. In deze situatie zijn
de VR-ketels vervangen door HR-ketels plus de gasabsorptiewarmtepompen.
Afbeelding 3.13: Gasabsorptiewarmtepompen
op een skid. Bron: Grontmij.
Afbeelding 3.14 biedt een rekenvoorbeeld voor een vergelijking tussen twee conventionele
cv-ketels en een HR-ketel in combinatie met een gasabsorptiewarmtepomp. Afbeelding 3.15
toont een principeschema van de cascade van HR-ketels en gasabsorptiewarmtepompen.
Afbeelding 3.14: Vergelijking tussen een conventionele uitvoering en een uitvoering met een HR-ketel plus gasabsorptiewarmtepopmp. Bron: Remeha.
Warmtetechnieken - 85
3
WARMTEKRACHTKOPPELING EN GASABSORPTIE
hoofdstuk 3
Afbeelding 3.15: Cascade van HR-ketels in combinatie met gasabsorptiewarmtepompen.
86 - Warmtetechnieken

5-8-2014 Wijziging parkeren in Bellamybuurt

Lijst van erkende schuldeisers ex artikel 121 Fw in het faillissement

1— 1v, e e d e Ka rn er

Een monorail in combinatie met bochte - Lyftman LR

een brief aan de Tweede Kamer

een brief - Pensioenfederatie

V-Learning MBO Bestelformulier Als onderwijsinstelling kunt u

Easy VR - Installatiebedrijf Klok

Reactie van de NPO op het inspectierapport

PDF document | 1 pagina | 43 kB Kamerstuk