Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Leefmilieu Brussel
Opleiding Duurzaam Gebouw:
Hernieuwbare energiesystemen (HEN): ontwerp en afstelling
Thermische zonne-energie
Stéphane Barbier
Pulsis
2
Doelstelling(en) van de presentatie
● De thermische zonnetechnologie begrijpen
● Haalbaarheid
● Dimensioneringsprincipes in de residentiële en
multi-residentiële sector
● Input van gegevens in de EPB-software
● Aandachtspunten voor regeling en onderhoud
3
1. Zonne-energie
2. Technologie
3. Haalbaarheid
4. Dimensionering
5. Financiële rentabiliteit
6. Elementen voor het bestek
7. EPB
8. Getrokken lessen
9. Onderhoud
Plan van de uiteenzetting
4
1. Zonne-energie
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Jan Fév Mars Avr Mai Juin Juil Août Sep Oct Nov Déc
kW
h
Globale zonnestraling op een oppervlakte van 1 m², met een hellingsgraad van 45°, voor een Gemiddeld Standaardjaar in België +/- 1000 kWh/m²
Bron: energieplus-lesite.be
Bron: energieplus-lesite.be
Bron: energieplus-lesite.be
5
Bron: solarpraxis.com
● De jaarlijkse zonnestraling in België bedraagt gemiddeld
1.000 kWh/m2
1. Zonne-energie
Bewolkte hemel Verstrooide wolken, zon
Vooral diffuse straling Vooral directe straling
Zonnestraling W/m²
6
1. Toepassingen van thermische zonne-energie
Bron: stiebel-electron
● (Voor)verwarming zwembadwater (20-30°C)
● (Voor)verwarming sanitair water (30-60°C)
● Ondersteuning verwarming kamers (20-70°C)
● Proceswarmte (80°-150°C)
● Koeling / klimaatregeling op zonne-energie
(vacuümcollectoren = warmtebron > 80°C)
7
2. Technologie (thermische zonne-energie)
Bron: Viessmann
Drukhoudend systeem met glycol
Drainback- systeem
De zonnecellen zetten de zonnestraling om in warmte met behulp van een
absorber (een zwart lichaam met een zeer hoog absorptievermogen en een zeer
laag stralingsvermogen). De absorber draagt de warmte over op een
warmtegeleidende vloeistof (gewoonlijk glycolhoudend water) die door elk van de
collectoren loopt.
De warmtegeleidende vloeistof, die door het primaire circuit vloeit, vervoert de
zonne-energie dus van de zonnecellen naar het opslagvat (of de opslagvaten).
Onder druk
Met afvoer
8
Bron: energieplus-lesite.be
2. Technologie (thermische zonne-energie)
•Ondoorschijnende absorbers
Zonder isolatie of doorschijnend deksel.
Het rendement is dus in het algemeen minder goed,
maar kan volstaan voor zomerse toepassingen met
lage temperatuur (die de buitentemperatuur benadert)
● Typische toepassing: zwembad
● Voordeel: lage kostprijs
● Nadeel: laag rendement, gebruik in de zomer
● Kostprijs: < € 100/m²
Niet-beglaasde collectoren
Kunststof absorber
Absorber in roestvrij staal
9
Bron: energieplus-lesite.be
2. Technologie (thermische zonne-energie)
• Beglaasde vlakke collectoren
Deze collectoren worden het meest gebruikt in huishoudelijke
toepassingen. Het paneel is geïsoleerd om de thermische verliezen te
beperken.
● Typische toepassing: SWW, bijverwarming, zwembad
● Voordeel: prijs-/kwaliteitverhouding
● Nadeel: rendementsverlies in de winter (lage buitentemperatuur)
● Kostprijs: € 200-400/m²
Bron: solarpraxis.com
Vlakke collectoren
Standaard vlakke collectoren
1. Kast
2. Afdichting
3. Transparant deksel
4. Warmte-isolatie
5. Absorberende plaat
6. Buizen
10
Bron: solarpraxis.com
2. Technologie (thermische zonne-energie) • Vacuümbuiscollectoren
Bron: energieplus-lesite
Deze collectoren zijn geïsoleerd door het vacuüm.
Vacuümbuiscollectoren hebben doorgaans een lager optisch
rendement (dat overeenkomt met het rendement van de productie van
warm water met een temperatuur gelijk aan de omgevingstemperatuur),
maar betere warmte-isolatiecoëfficiënten dan vlakke collectoren.
● Typische toepassing: SWW, Verwarming,
hogetemperatuurprocessen
● Voordeel: minder verliezen dankzij performante isolatie
● Nadeel: Gevoeligheid voor oververhitting
● Kostprijs: € 400-800/m²
Vacuümdichte inox-dop
Glazen buis met hoge transparantie
Houderclip
Ingang/uitgang
warmtegeleidende
vloeistof Selectieve
absorberschroef
Glasbodem
11
Bron: Viessmann
1
4
2
3
5 6
2. Technologie (thermische zonne-energie)
Een thermisch zonne-energiesysteem
bestaat uit de volgende onderdelen:
1. Zonnecollector
2. Warmwaterboiler
3. Regeleenheid
4. Pompstation
5. Bijverwarming (verwarmingsketel)
6. Expansievat
12
2. Technologie (thermische zonne-energie)
• Rendement van de zonnecollectoren R
end
em
ent
Temperatuurverschil tussen de collector en het omgevende milieu [°C]
Vlakke collector
Vacuümcollector
Zwembadabsorber 0 – 20 °C Zwembadverwarming
20 – 100 °C Warm water en verwarming
> 100 °C Proceswarmte
Bron: solarpraxis.com
13 Bron: energieplus-lesite.be
• Opslagvat Thermosiphon
2. Technologie (thermische zonne-energie)
Externe
warmtewisselaar
Interne
warmtewisselaar
Interne
warmtewisselaar, vat
met laagvorming
Eenvoudig
Spiraalslang binnenin
Thermosifon
14
Bron: Tisun
2. Technologie (thermische zonne-energie)
Voordeel van de boiler met laagvorming: de
zonne-installatie werkt zelfs bij lage temperatuur
en verwarmt de onderkant van het opslagvat
voor.
15
Bron: blog.elyotherm.fr
2. Technologie (thermische zonne-energie)
● Van nature in lage hoeveelheden aanwezig
in stadswater
● Zeer snelle ontwikkeling >35°C
● Ontwikkeling in stilstaand water
● Vernietiging bij T°> 50 tot 60°C
• Legionairsziekte
Temperatuur
van het water
Vernietiging
Overleving
Ontwikkeling
Maximale
ontwikkeling
16
2. Technologie (thermische zonne-energie)
• Zonneregeling: principe
Bron: solarpraxis.com
Verschil
bij start
Verschil
bij stop
Pomp aan Pomp uit
Uur van de dag
Collectorveld
Bediening
Accumulator
17
2. Technologie (thermische zonne-energie)
• Zonneregeling: principe
Bron: Viessmann
● Werkingsprincipe:
Enkele boiler met temperatuurbehoud in het bovenste deel van het vat door
bijverwarming (hier door een verwarmingsketel). Opgelet met de convectiestromen
in het vat.
► Beperkt volume voor zonne-opslag (vaak alleen het onderste deel van het vat,
aangezien de rest al is opgewarmd door de bijverwarming).
Bron: Viessmann
Bron: Ballons solaires à forte
stratification (zonneboilers met
sterke laagvorming), Institut
National Sciences Appliquées
Lyon.
Temperatuur
Met
Zonder
18
2. Technologie (thermische zonne-energie)
• Zonneregeling: principe
Bron: Viessmann
● Werkingsprincipe:
Toevoeging van een zonneboiler:
► Beter rendement door kleinere invloed van stromen in eerste vat en groter
opslagvolume voor zonne-energie.
► Opgelet voor het risico van de legionairsziekte
19
2. Technologie (thermische zonne-energie)
• Zonneregeling: principe
Bron: Viessmann
● Werkingsprincipe:
Toevoeging van een warmtewisselaar (intern of extern bij het opslagvat)
(= opslag van dood water)
► Groter risico van legionairsziekte en langere levensduur van het opslagvat,
lagere kostprijs van het opslagvat.
► Rendementsverlies omdat de watertemperatuur onder in het vat stijgt
(warmtewisselaar)
20
2. Technologie (thermische zonne-energie)
• Zonneregeling: principe
Bron: Viessmann
● Werkingsprincipe:
Grote installaties (meerdere zonneboilers):
► Theoretisch optimaal rendement
21
2. Technologie (thermische zonne-energie)
• Verplichte veiligheidselementen
Bron: Viessmann
► Norm DIN EN 12975/12976
Mag bij werking open blijven
Spoelen en ontluchten met solair vul- station, spoelen verwijdert vaste deeltjes (vaste deeltjes reageren met Tyfocor)
Ontluchter steeds gesloten, alleen openen bij inbedrijfstelling
Installatievuldruk en voordruk van expansie- vat aanpassen, eventueel voor- schakelvat monteren
Alleen voor bijvullen of voor drukverhoging
Zonnecollector
Opvangvat
Expansievat
Solare handvulpomp Vularmatuur
Luchtafscheider
Boilertemperatuursensor
Collector- temperatuur- sensor
Zonne- regeling
Flexibele aansluitleiding
Solar- Diovicon
Bivalente warmwaterboiler
Ontluchter
22
Bron: Viessmann
3. Haalbaarheid van een installatie
● Dak ► Oriëntatie, helling
► Nuttige oppervlakte, ingenomen ruimte, obstakels, …
► Vervanging afdichting, …
► Stabiliteit
• Stookplaats
► Gecombineerde productie?
► Ouderdom van de ketels?
► Regeling!
• Verbinding dak - stookplaats
► Technische kokers?
► Technisch lokaal op het dak?
• Opslag & distributie SWW
► Opslagtanks
► Distributielus (lengte, diameter, isolatie)
23 Bron: energieplus-lesite.be
4. Dimensionering
• Oriëntatie en helling
Oriëntatie Zuid
Oriëntatie 30° t.o.v. het zuiden
Oriëntatie 30° t.o.v. het zuiden
Helling van de collectoren [°]
Pro
du
cti
vit
eit
zo
nn
esyste
men
[kW
h/m
².ja
ar°
]
24
4. Dimensionering
Bron: solarpraxis.com
Systeem met sanitair warm water Sanitair warm water met bijverwarming
Verbruik van sanitair warm
water
Warmtevraag
Nuttige aanvoer van het zonnesysteem
Zonnestraling (in de zone van de collectoren)
Beschikbaar potentieel voor klimaatregeling
25
Bron: BIM
● Verbruiksratio SWW (analyse van de behoeften) (zeer variabel & minder nauwkeurig dan een meting)
► Onthaalcentra personen met een handicap: 80 l/j/pers. op 60°C
► Ziekenhuizen 65 l/j/bed op 60°C
► Rusthuizen 50 l/j/bed op 60°C
► Rust- en verzorgingstehuizen 85 l/j/bed op 60°C
► Grote appartementsgebouwen 35 l/j/pers. op 60°C
► Sociale woningen: 25 l/j/pers. op 60°C
4. Dimensionering
26
Bron: WTCB
Centrale verwarming in een appartementsgebouw: piekdebieten en dimensionering
● NBN EN 806-3: Eisen voor drinkwaterinstallaties in gebouwen
● Studie: in het kader van het project TETRA SWW (publicatie WTCB, vergelijking normen en metingen van het reële verbruik in een aantal gebouwen)
4. Dimensionering
27
Bron: Cenergie
Voor de grote installaties is een nauwkeurige dimensionering op basis van metingen in situ een absolute vereiste.
4. Dimensionering
28
Bron: groene-energiewinkel.nl
4. Dimensionering
•Eengezinswoning
29
5. Financiële rentabiliteit
Bron: IBGE
Capteurs34%
Structures capteurs
9%Montage capteurs
11%
Stockage chaleur10%
Conduites15%
Régulation4%
Reste3%
Etude14%
Gemiddelde “geïnstalleerde” kosten (> 20 m² vlak): €750
– 1.250/m2 excl. btw zonder studiekosten)
• Voorbeeld: appartementsgebouw
Collectoren
Studie
Rest
Regeling
Leidingen
Warmteopslag Montage collectoren
Structuren
collectoren
30
Bron: Cenergie
- Mede-eigendom van 80 appartementen
- 90 m² zonnecollectoren en 6.000 liter opslag
€ 111.393 incl. btw (€ 1.392/appartement)
- Energiepremie D1 - SWW: € 2.500 per wooneenheid +
€ 200/m² boven de 4 m² per eenheid, max. 50% van de
investering: € 55.697
- Netto-investering: € 55.697 (€ 696/appartement)
5. Financiële rentabiliteit
• Voorbeeld: appartementsgebouw
31
Bron: Cenergie
Economische balans
Kostprijs van het zonnesysteem 111.393 EUR excl. btw
Operationele kosten per jaar 434 EUR excl. btw
Subsidies 55.696 EUR excl. btw
Netto-investering na subsidies 55.696 EUR excl. btw
Netto-investering na subsidies & belastingvermindering 55.696 EUR excl. btw
Besparing op de brandstoffactuur in jaar 1 5.380 EUR excl. btw
Kostprijs per kWh bespaarde brandstof zonder subsidies 0,046 EUR/kWh excl. btw
Kostprijs per kWh bespaarde brandstof na subsidies 0,023 EUR/kWh excl. btw
Eenvoudige terugverdientijd (na subsidies) 10,3 jaar
Netto Actuele Waarde (NAW) 79.274 EUR
Interne Rentevoet (IRV) 14,1 %
5. Financiële rentabiliteit
• Voorbeeld: appartementsgebouw
32
5. Financiële rentabiliteit
Bron: Cenergie
Economisch optimum van grote systemen
Nuttige zonnefractie (nettobesparing brandstof):
20 tot 40%
33
5. Financiële rentabiliteit
• De rendabiliteit in de residentiële sector
► Zonneproductie: 200 tot 300 kWh gegenereerd per m² panelen en per jaar.
Voor een typische installatie van 4 m² komt dit neer op 800 tot 1200 kWh.
► Meerkosten vergeleken met een klassieke installatie: € 5.000 – € 7.000,
maar aanzienlijke steun (premie).
► Jaarlijkse besparing: tussen 100 en 150 m³ gas bespaard per jaar voor een
gezin (€ 70 tot € 100 rekening houdend met de huidige prijs van het aardgas).
► Besparing over de hele levensduur van de installatie: Energieprijs en
jaarlijkse besparing over 25 of 30 jaar, of meer (geraamde levensduur van de
installatie).
► Terugverdientijd: Een tiental jaar, rekening houdend met de premies, maar
besparingen over 25, 30 jaar of meer
34
5. Financiële rentabiliteit
• De rendabiliteit in multiresidentiële gebouwen
► Excel-rekentool, te downloaden op de website van LB
► Functie: predimensionering van zonthermische boilers voor
warmwaterproductie
► Toepassing: productie van SWW voor tertiaire gebouwen, onthaalstructuren
en collectieve woningen (>300 m³/jaar)
► Doelstelling: de haalbaarheid van de installatie op technisch, economisch en
milieuvlak beoordelen
► Resultaten ordes van grootte
› oppervlakte van collectoren, opslagvolume,
› investeringskosten, energiebesparing,
› vermeden CO2-emissies
► Gebruikers: architect, studiebureau, EPB-adviseur, installateur,
gebouwbeheerder, energieverantwoordelijke, bouwheer, syndicus, …
Zonthermische Quickscan
35
5. Financiële rentabiliteit
Gebruiksbeperkingen:
● Niet aangepast aan de dimensionering van zonneboilers van < 20 m²
● Niet voorzien voor andere toepassingen dan SWW-productie
► Voorverwarming zwembadwater
► Ondersteuning van verwarming
► Ondersteunde zonnekoeling
► …
Specifieke dimensioneringssoftware: T*sol, Polysun,…
● Houdt geen rekening met de technische beperkingen van het gebouw
► Schaduw op het collectorveld
► Toegankelijkheid van de technische lokalen
► Beschikbare ruimte voor opslag
► …
• De rendabiliteit in multiresidentiële gebouwen
Zonthermische Quickscan
36
6. Elementen uit bestekken
• Aandachtspunten:
● Stabiliteitselementen (windvang van panelen, ballast, … uit te
voeren volgens de normen)
● Schaduwstudie (rekening houden met de reële impact van
schaduw op de gekozen plek)
● Evaluatie van de behoeften (Dimensionering van het systeem)
● Rendement van de installatie, levensduur (kwaliteitsmateriaal)
● Gegarandeerd zonneresultaat (voor grote installaties, houdt de
installatie in van meters en monitoring)
● Gecertificeerd installateur!
• Typebestek: BIM http://documentation.bruxellesenvironnement.be/documents/Energie_Guide_CdCTypeGRS_NL.PDF
37
7. EPB
Bron: Waals Gewest “Faire
mieux que les exigences
réglementaires ”(Beter doen
dan reglementair vereist )
Impact van hernieuwbare energie op het Ew-peil, energieverbruik van
de woning in nieuwbouw of zware renovatie
● 12 Ew-punten voor 2-, 3-,4-gevelwoningen
● Tot 20 Ew-punten voor appartementen
Het gebruik van thermische zonne-energie voor SWW (5 m², volle zon,
helling van 35°) doet het Ew-peil voor 2-, 3- of 4-gevelwoningen in het
algemeen dalen met 12 punten .
Het gebruik van fotovoltaïsche zonne-energie (2 kWp, ongeveer 16 m², volle
zon, helling van 35°) doet dit peil dalen met 15 punten.
In appartementen is de impact nog groter: daling met 20 punten voor
thermische zonne-energie en met 30 punten voor fotovoltaïsche zonne-
energie.
HERNIEUWBARE ENERGIEBRONNEN
38
8. Getrokken lessen
Bron: Ines - TeleSuiWeb
► Waarde gemeten voor de residentiële sector tussen 200 en 300 kWh/m².jaar.
► Voor collectieve woningen kan de productiviteit hoger liggen dan 400 tot 500 kWh/m².jaar, met een
“seizoensgebonden overdimensionering” voor bepaalde installaties.
● Voor individuele zonneboilers toont de extrapolatie naar België (in het geval van
Brussel) van de gegevens van PVGis, INES, EnergizAir en persoonlijke monitoring,
een reële productiviteit (boilerverliezen inbegrepen) van 129 tot 200 kWh/m²jaar, of
tussen 10 en 16% rendement op de zonnestraling.
● In 2007 voert het Nationaal Instituut
voor Zonne-energie (Institut National
de l’Energie Solaire - INES) een
systeem ("TélésuiWeb") in voor
goedkopere monitoring van zonne-
installaties.
● In 2013 werden 415 installaties
gemonitord door dit systeem,
waardoor de bespaarde energie
volgens het type van installatie kon
worden weergegeven (cf. grafiek).
B
es
pa
ard
e e
ne
rgie
(k
Wh
/m².
jaa
r)
Bespaarde energie
Vermeden
broeikasgasemissies
Individuele
zonneboiler Collectieve
woningen
Andere
collectieve
Ve
rme
de
n e
mis
sie
s (
kg
CO
2/m
².ja
ar
39
Bron: Apere
● De rendabiliteit van de individuele zonneboiler is veel beter bij een hoog verbruik.
Volgens de gehanteerde hypothesen bedraagt deze 17 jaar voor de grote
verbruikers van SWW (180 liter), en vrijwel niets voor de kleine gebruikers van
SWW.
8. Getrokken lessen
Verbruik van sanitair warm water:
Totale uitgaven met of zonder thermische zonne-installatie
zonder TZ zonder TZ
zonder TZ
met TZ
met TZ met TZ
jaar
€ in
cl. b
tw
40
8. Getrokken lessen
Bron: Cenergie en 3E
● (Vaak) aangetroffen problemen
► Geen follow-up/monitoring
► Onderdelen niet specifiek ontworpen voor zonnesystemen (= gevaar!)
► Slechte dimensionering (expansievat, enz.)
► Parametrering van de regeling
► Hydraulische balancering (collectieve installaties)
► Overdimensionering (groot rendementsverlies)
► Thermosifon op de glycol- en SWW-circuits
► Thermosifon opslagvat
► Temperatuurvoeler afgekoppeld/slecht aangesloten (nachtelijke circulatie, …)
► Te weinig vloeistof (niet-gedetecteerde lekken)
► Isolatie van beschadigde leidingen
► Problemen met schaduwval, oriëntatie
● Conclusie: gecertificeerd installateur is nodig
41
9. Onderhoud
• Onderhoud
● MAANDELIJKS:
► Follow-up energieverbruik (meterstanden)
► Controle van de druk in het circuit (eventueel)
► Controle van de beschermingsanode van het buffervat (eventueel)
● DRIEMAANDELIJKS
► Controle van de pompen en circulatoren
► Visuele inspectie van de collectoren
► Controle van de GETTER van de vacuümzonnepanelen (eventueel)
► Controle van de veiligheidsklep
► Ontluchters (klep gesloten voor automatische ontluchters!)
● JAARLIJKS
► Controle van de elektriciteitskast
► Kwaliteit van de vloeistof (refractometer en PH)
► Reiniging en ontsmetting van de reservoirs (volgens risico van legionairsziekte)
► Controle van de plaatwarmtewisselaars (drukvallen, …)
► Druk van het expansievat
► Mate van isolatie van de leidingen
► IJking en bevestiging van de temperatuurvoelers
► Controle van de terugslagkleppen
Bron: outilsoslaires.com
42
• Onderhoud
● Huishoudelijke installaties: cfr. “check-up van een zonnesysteem” Ateliers de la rue Voot
● Collectieve installaties: cfr. gids “grote thermische zonnesystemen” BIM
9. Onderhoud
43
Interessante tools, websites, enz.: ● Websites
► BIM thermische zonne-energie:
http://195.244.174.34/Templates/Professionnels/informer.aspx?id=32603&langtype=2067
Apere: www.apere.org en www.smartguide.be (gids van hernieuwbare energiebronnen)
► BIM Gids duurzame gebouwen: http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be
› G_ENE08 De optimale productie- en opslagwijze voor verwarming en sanitair warm water kiezen
› G_ENE11 Installaties voor de opwekking van hernieuwbare elektriciteit integreren
► Cursussen (in het Frans) over dit thema: http://www.solairethermique.guidenr.fr/cours_solaire-
thermique.php
► www.energieplus-lesite.be
► http://www.solaire-diffusion.eu
● Tools
► Zonthermische Quickscan (cfr. website BIM)
► Visuele inspectie van de collectoren
► http://www.solaire-diffusion.eu/outils-solaires/Dimensionering-logiciels-en-ligne.html
● WTCB
► TV 212: Leidraad voor de installatie van zonneboilers (tegen betaling)
● Certificatie van de installateurs
► Qualiwall www.qualiwall.be
► REScert www.rescert.be
44
Referenties Gids Duurzame Gebouwen en andere bronnen:
● Gids Duurzame Gebouwen: http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be
[ENE08] De optimale productie- en opslagwijze voor verwarming en sanitair warm water kiezen
[ENE11] Installaties voor de opwekking van hernieuwbare elektriciteit integreren
45
Te onthouden uit de uiteenzetting
● Grote energiewinsten
● Belang van een juiste dimensionering
● Belang van kwaliteitsmaterialen en van een
gecertificeerd installateur
● Interessante premies
● Follow-up en onderhoud van installaties is
absoluut noodzakelijk
46
Contact
Stéphane Barbier
Ingenieur HVAC
Pulsis
Gegevens
: 0486 82 23 24
E-mail: [email protected]