ENERGIEBESPARING RCC Koude & luchtbehandeling
Tekst: ing. Henry Ossevoort
Energiebesparing en energie-efficiëntie ‘Energy Efficiency’ - deze woorden hoor je overal in de gebouwde omgeving. Meestal, ik zeg meestal, wordt dit vertaald naar installaties die te maken hebben met het binnenklimaat in gebouwen en processen. We verstaan onder energie-efficiëntie het zo efficiënt mogelijk omgaan met de ter beschikking staande vormen van energie, zoals daar zijn: steenkool, aardgas, olie fossiele brandstoffen, alsof biobrandstoffen daar niet bij horen. Die zijn weliswaar nog niet fossiel maar wel op weg er naar toe. Het zijn organische brandstoffen en daar dienen we even zuinig mee om te springen als de eindige fossiele voorraad.
och is het niet terecht alleen de nadruk te leggen op energiebronnen! We slaan een zeer belangrijk ding over, namelijk het gebouw zelf. Om daar even bij stil te staan. De mensheid richt gebouwen op om zichzelf te beschermen tegen het buitenklimaat. Niets meer of minder. Of dat nu woningen, villa’s,
T
kantoorgebouwen, industriële gebouwen of supermarkten zijn. Daar ligt dan ook de eerste prioriteit van een architect, althans, zou daar moeten liggen; eenvoudig gezegd: bescherming van onze leef- en werkomgeving. Jammer genoeg is dat bij veel ontwerpen nog niet het geval. Zonder een negatief beeld te willen schetsen staat bij menige
Principeschema van een energiebesparingsconept voor luchtbehandeling, koelen en vriezen.
24
JULI/AUGUSTUS 2013 106 e JAARGANG
architect het architectonische, de vormgeving, de kleur, de uitstraling voorop. Let op, daar is op zich niets mis mee, maar mijns inziens hoort het niet op de eerste plaats te staan. De mensheid beschermen tegen het buitenklimaat en daarna op de meest energiezuinige manier een goed binnenklimaat scheppen is de plicht van elke architect. Voorbeelden genoeg waarbij gigantische glazen gevels ontworpen zijn die pal op het zuiden staan, met het gevolg dat er eveneens een gigantische airconditioninginstallatie geïnstalleerd moest worden om het binnenklimaat op een aanvaardbaar niveau te houden. En die gigantische airconditioninginstallatie (hoe energie-efficiënt ook) vreet heel veel stroom en daarmee zijn we weer aangeland bij ons onderwerp energie-efficiency. Sinds het bouwbesluit verplichtingen oplegt over de mate waarin een gebouw geïsoleerd dient te zijn hebben we een grote stap voorwaarts gemaakt. Of echter de omschrijving in het bouwbesluit functioneert, is maar zeer de vraag. Via allerlei maatregelen kunnen ontwerpers komen tot een ‘energieprestatie’ van het gebouw, vaak een mix van bouwkundige en installatietechnische maatregelen. Mijns inziens is dat een foute benadering.
ENERGIEBESPARING Koude & luchtbehandeling RCC
Minimaliseer koellast in de zomer en warmteverlies in de winter Bij het ontwerpen van een gebouw kijken we naar de locatie, de oriëntatie, de bebouwing in de directe omgeving en de eisen van het bouwbesluit. Daar houdt het dan wel zo ongeveer mee op. Er zou ontworpen moeten worden met een energieprestatie van het gebouw voorzien van een berekening van het energiegebruik voor zomer en winter zonder installaties. Dan blijkt snel genoeg dat architecten verder moeten gaan dan locatie en oriëntatie. Aan de orde komt dan de isolatie waarde van de schil maar ook de bezonning, beschaduwing, de grootte van de ramen, het toepassen van actieve en passieve zonne-energie, regenwateropvang, het gebruik van bodemwarmtewisselaars, etc. Op dat gebied is er nog veel te verbeteren. Als die berekeningen het maximum haalbare minimum aan energiegebruik te zien geven kan de architect in overleg met de installatie-adviseur de installaties laten ontwerpen. In eenvoudige berekeningen is te zien dat het huidige energiegebruik van het gebouw op zich tot wel 40% lager kan. Dat heeft zeer grote consequenties voor de omvang van de installaties. De geïnstalleerde capaciteit wordt namelijk een stuk lager en daar ligt het begin van alle energie-efficiëntie, als het gaat om de toe te passen energiebronnen in installaties.
zowel in de winter als in de zomer. Elk gebouw waar mensen werken heeft verse frisse lucht nodig. Het minimum ligt dan wel op 50 m³/h/ pp. Die verse lucht komt binnen via centrale luchtbehandelingskasten of via kleine warmtewisselaars (geen WTW !). Bijvoorbeeld in de wintersituatie, heeft de buitenlucht een temperatuur van –10°C die door installaties opgewarmd moet worden tot +20°C. Normaliter doet dit de met aardgas gestookte CV-ketel. In het geval van warmteterugwinning met behulp van bodemenergie gaat die buitenlucht eerst door een warmtewisselaar die aangesloten is op de bodemwisselaar van +12°C. Dat brengt de buitenlucht moeiteloos op een temperatuur van +2°C. De verwarmingsketel of warmtepomp of wat dan ook hoeft dus nog maar 18°C aan te warmen i.p.v. 30°C. In de zomersituatie precies hetzelfde. De buitenluchttemperatuur van +30°C dient afgekoeld te worden tot +20°C. De buitenlucht gaat over de warmtewisselaar van + 12°C en deze koelt de buitenlucht af tot +18°C. Hiermee is de installatie van
een airco overbodig geworden. Is dat energie-efficiënt of niet? Het bijkomende effect is dat we niet langer grondwater verbruiken maar onze moeder aarde gebruiken en dat is een groot verschil voor wat betreft het milieu. Het hier besproken systeem is een gesloten watercircuit, zonder enig waterverbruik!. Met lagetemperatuursystemen komen weer andere bronnen binnen bereik zoals thermische zonne-energie en PV, absorptiemachines en stirlingmotoren als het gaat om het gebruik van overtollige of afvalwarmte. Hetzelfde geldt voor koelinstallaties. Waar vroeger veel grondwater verbruikt werd met als gevolg een zeer constante lage condensatietemperatuur wordt tegenwoordig veelal de luchtgekoelde condensor toegepast met als gevolg een wisselende condensatietemperatuur en navenant een veel hoger energiegebruik (milieu). Ook verdampingscondensors hebben zo hun voor- en nadeel. Wel een lagere condensatietemperatuur en een lager energiegebruik
Warmteterugwinning Veel installaties werken met warmteterugwinning WTW. Het woord zegt het al: warmte terug winnen werkt alleen in de winter, in de zomer hebben we dat niet nodig. Toch wensen we in de zomer ook een goed binnenklimaat. Dan maar een airco geïnstalleerd. Fout ! Wat dan wel? De aarde direct naast het gebouw heeft op een diepte van 2,5 m een constante temperatuur van ca. 12°C. Daar kunnen we een heleboel mee,
Luchtbehandelingskast met warmtewisselaar in verseluchtaanzuigsectie, waterzijdig aangesloten op bodemwisselaar waarmee een enorme energiebesparing in de zomer en in de winter wordt bereikt.
106 e JAARGANG JULI/AUGUSTUS 2013
25
ENERGIEBESPARING RCC Koude & luchtbehandeling
Warmteverlies/ koellastberekening van standaard geisoleerd gebouw (pagina links) en extra geïsoleerd gebouw met opmerkelijke verschillen in warmteverlies( 57%) en koellast (55%) (pagina rechts)
26
JULI/AUGUSTUS 2013 106 e JAARGANG
ENERGIEBESPARING Koude & luchtbehandeling RCC
106 e JAARGANG JULI/AUGUSTUS 2013
27
ENERGIEBESPARING RCC Koude & luchtbehandeling
Berekening energiebesparing standaardventilatie versus warmteterugwinning uit de bodem
Ventilatie Energiebesparing op ventilatie: Ventilatie in verblijfsruimten is verplicht. De minimale hoeveelheid ventilatie is 50 m³/h/pp. De luchtbehandelingskast verzorgt tijdens de werkuren ca. 2000 m³/h verse lucht. In de zomer moet deze lucht worden afgekoeld van +30 naar 19°C. In de winter moet de lucht worden opgewarmd van –20°C tot +19°C Dat kost veel energie: (Q = .... m³/h × 1,2 × 0,24 × 12°C × 1,16 = watt/h) × vollast draaiuren (1000 uur/jaar). Als energiebesparinginstallatie is er een water/lucht-warmtewisselaar gemonteerd op het luchtinlaatdeel van de luchtbehandelingskast. Deze warmtewisselaar is aangesloten op een bodem-warmtewisselaar van 600 m lengte op 2,5 m diepte in de bodem waar een constante bodemtemperatuur heerst van +12°C. Warmteverliezen door ventilatie bij een standaardgebouw: 2000 m³/h zonder terugwinning = 2000 × 1,2 × 0,24 × (–20°C tot +19°C = T 39 K) × 1,16 × 1000 h/a = 26.100.200 watt/h = 26.200 kWh × 0,3 = 7818 m³ aardgasequivalent. Warmteverliezen door ventilatie bij Finest Artisan Pastry: 2000 m³/h met terugwinning = 2000 × 1,2 × 0,24 × (–2°C tot +19°C = T 21 K) × 1,16 × 1000 h/a = 14.031.360 watt/h = 14.031 kWh × 0,3 = 4209 m³ aardgas-equivalent. De energiebesparing is 3.609 m³ gas × € 0,33/m³ = € 1.191 op jaarbasis. Koellast door ventilatie bij een standaardgebouw: 2000 m³/h zonder terugwinning = 2000 × 1,2 × 0,24 × (+35°C tot +20°C = T 15 K) × 1,16 × 600 h/a = 6.100.440 watt = 6013 kWh per jaar Koellast door ventilatie bij Finest Artisan Pastry: 2000 m³/h met terugwinning = 2000 × 1,2 × 0,24 × (+21°C tot +19°C = T 2 K) × 1.16 × 600 h/a = 802,000 watt = 802 kWh per jaar De energiebesparing is 6013 – 802 = 5.211 kWh / × € 0,09 / kWh = € 469 op jaarbasis. De totale besparing op verwarming en ventilatie bedraagt € 1.660 op jaar-basis De warmtepomp wordt 36 kWth kleiner ten gevolge van bovengenoemde metingen. De investering vermindert met € 15.000 voor de warmtepomp en er is geen noodzaak om een aparte airconditioningunit van € 20.000 te installeren. De investeringen verminderen dus met € 35.000, = De koelmachines zullen minder energie gebruiken als we een constante condensatietemperatuur van 25°C kunnen handhaven. De watergekoelde nakoeler-condensors garanderen deze condensatietemperatuur van 25°C.
28
JULI/AUGUSTUS 2013 106 e JAARGANG
maar een duur waterbehandelingssysteem met chemicaliën en waterverbruik (milieu). Diezelfde bodemwisselaar van +12°C levert precies hetzelfde als de watergekoelde condensor van vroeger. Alleen het waterverbruik is weggevallen er is hier sprake van een gesloten water/glycolsysteem (milieu). Elke koelinstallatie zou voorzien moeten worden van een luchtgekoelde condensor (60% van de capaciteit) en daarna door de standaard-watergekoelde condensor die onder de compressor is gemonteerd als nakoeler (40% van de capaciteit). Via een waterregelventiel wordt de condensatietemperatuur constant op 28°C gehouden. Het stroomgebruik van de compressoren op jaarbasis wordt hierdoor aanzienlijk lager.
Maar ook hier geldt regel nr. 1 De koel- en/of vriesruimte dient zeer goed tot zwaar geïsoleerd te worden met inachtneming van de dampdichtheid rondom, om de K-waarde 30 jaar lang te garanderen. Daardoor worden de geïnstalleerde koelvermogens beduidend lager en navenant ook het energiegebruik. Energie-efficiënt of niet? q Over de auteur De auteur is als energieadviseur werkzaam in Roemenië en is lid van de KNVvK.
Meer informatie. ”Adviespraktijk voor Energie en Milieu” SC.Maranoss cons tur SRL Casa Rotunda nr.1i 555301 Cisnaioara jud.Sibiu Romania E:
[email protected] T: 0040 269 564748 M: 0040 730 058895 SC. Maranoss cons tur SRL Ing. Henri Ossevoort Adviseur energie
