Tm0514

Mei 2014 | Jaargang 43 | Nr 5

JAARGANG 43 NR.5 TVVL MAGAZINE MEI 2014

Ventilatie in scholen Zones bij betonkernactivering Energiebesparing in utiliteit

‘De Rotterdam’: groots en duurzaam

TM0514_cover.indd 1

24-4-2014 19:39:52

Authorized dealer

! w u Nie

20 jaar

Duurzaam koelen, verwarmen en warmtapwater in 1 systeem Energiekosten verlagen door het binnenklimaat te regelen via uw boekingssyteem? Van een klein hotel tot complexere omgevingen Mitsubishi Electric heeft de oplossing voor iedere hotelier.

Gecertificeerde veiligheid voor geheel Europa De TROX brandklep FKR-EU De logische doorontwikkeling van de bekende serie FKR03/04-NEN met vele nieuwe voordelen: ■ Meer mogelijkheden voor de montage in massieve wanden en vloeren, alsmede in flexibele wanden ■ Uitbreiding van de leverbare grootten 315 tot en met 800 mm ■ Eenvoudige montage en bediening d.m.v. de inwendige aandrijftechniek en bediening met één hand

CE-gecertificeerd volgens EN 15650 Getest volgens EN 1366-2

■ Energiezuinig en stil met een gering drukverlies door de grote vrije doorlaat

www.trox.nl T 078 - 615 00 00

Anzeige_FKR_A4_NL.indd 1 TM0514_omslag_binnen_02_59_alklima.indd 2

08.04.14 15:35 ME adv. A4 Hotel.indd 1

E INFO@MITSUBISHI-CLIMATECARE.NL

I WWW.MITSUBISHI-CLIMATECARE.NL

16-04-14 15:06 24-4-2014 19:34:16

Inhoudsopgave REDACTIERAAD: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ir. J.H.A. (Jan) Feijes Mw. dr. L.C.M. (Laure) Itard M. (Michiel) van Kaam Ing. J. (John) Lens H. (Henk) Lodder G.J. (Geert) Lugt Mw. drs. C. (Carina) Mulder W. (Will) Scheffer Mw. drs.ir. I. (Ineke) Thierauf Ing. J. (Jaap) Veerman Ing. R (Rienk) Visser Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) REDACTIE: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ing. J. (John) Lens Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) REDACTIE-ADRES: TVVL: De Mulderij 12, 3831 NV Leusden Postbus 311, 3830 AJ Leusden Telefoon redactie (033) 434 57 50 Fax redactie (033) 432 15 81 Email c.mulder@tvvl.nl

TVVL MAGAZINE Mei 2014 GEBRUIK VAN ZONES BIJ BETONKERNACTIVERING Dr. ir. C.J. (Kees) Wisse, ir. A.K. (Kundert) de Wit 4

NIET-GERICHTE, DIFFUSE LUCHTVERDELING MET REGELTECHNIEK Ing. H.C.P. (Han) van Harderwijk 10

BRANDSTOFCELLEN – PRAKTIJK ERVARINGEN Drs.ing. A. (Arjan) Schrauwen 14

ENERGIEBESPARING IN UTILITEITSGEBOUWEN M. (Marieke) Oosterbaan MSc

18

4 LITER CLOSETSPOELING BLIJFT KRITISCH (2) UITGAVE: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Postbus 275, 2740 AG Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl www.merlijnmedia.nl SECRETARIAAT: Email info@merlijnmedia.nl ABONNEMENTEN: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl Benelux € 109,Buitenland € 212,Studenten € 87,Losse nummers € 18,Extra bewijsexemplaren € 13,Het abonnement wordt geacht gecontinueerd te zijn, tenzij 2 maanden voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd.

ADVERTENTIE-EXPLOITATIE: Merlijn Media BV Ruud Struijk Telefoon (0182) 631717 Email r.struijk@merlijnmedia.nl PREPRESS: Yolanda van der Neut DRUK: Ten Brink, Meppel ISSN 0165-5523

A. Silva-Afonso 20

COMBINEREN ONTSPANNING GEBOUWRIOLERING KENT GRENZEN W. (Will) Scheffer

24

10

HOE BETAALBAAR IS COMFORT IN SCHOOLGEBOUWEN? Ing. R. (Roland) Halle

30

ALTERNATIEF HYBRIDE VENTILATIESYSTEEM VOOR SCHOOLGEBOUWEN R. (Robbert) van Rijswijk MSc

34

INTERVIEW: VAN DORP EN LENS

ACTUEEL 39 43 UITGELICHT 46 NTERVIEW 48 PROJECTBESCHRIJVING DE OPINIE VAN... RONALD ROVERS 51 53 REGELGEVING 55 INTERNATIONAAL 56 SUMMARY NIEUWS 57 VOORBESCHOUWING 57 58 AGENDA

© TVVL, 2014 Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Publicaties geschieden uitsluitend onder verantwoording van de auteurs. Alle daar in vervatte informatie is zorgvuldig gecontroleerd.

De auteurs kunnen echter geen verantwoordelijkheid aanvaarden voor de gevolgen van eventuele onjuistheden.

CHAOTISCHE LUCHTSTROMING

REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld ‘door redactieraadleden’.

De uniforme ‘peer review’ waarborgt de onafhankelijke en kwalitatieve positie van TVVL Magazine in het vakgebied. Een handleiding voor auteurs en beoordelingsformulier voor de redactieraadleden (‘peer reviewers’) zijn verkrijgbaar bij het redactie-adres.

PROJECT: DE ROTTERDAM

46 48

TVVL Magazine is het officiele orgaan van TVVL Platform voor Mens en Techniek. De vereniging, opgericht op 26 mei 1959, heeft tot doel de bevordering van wetenschap en techniek op gebied van installaties in gebouwen en vergelijkbare objecten. Als lid kunnen toetreden personen, werkzaam (geweest) in dit vakgebied, van wie mag worden verwacht, dat zij op grond van kennis en kunde een bijdrage kunnen leveren aan de doelstelling van de vereniging. Het abonnement op TVVL Magazine is voor leden en begunstigers van TVVL gratis. De contributie voor leden bedraagt € 140,00 incl. BTW per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt.

3

TM0514_inhoud.indd 3

23-4-2014 14:59:20

Gebruik van zones bij betonkernactivering De zone-indeling van een gebouw is een belangrijke succesfactor voor het leveren van comfort met betonkernactivering. Dit artikel geeft praktijkervaringen van twee gebouwen. Een verrassend resultaat is dat gelijktijdige warmte- en koudelevering slechts zeer beperkt voorkomt. Ook blijkt het belangrijk de zones te relateren aan het minimum leverbaar vermogen van de opwekkingsinstallatie. Naast dit alles worden ook temperatuurverschillen tussen de aanvoer en retour gepresenteerd.

Dr. ir. C.J. (Kees) Wisse, DWA, ir. A.K. (Kundert) de Wit, IHC Handling systems (DWA ten tijde van het onderzoek)

De regeling van betonkernactivering is een veelkoppig monster. Er wordt van alles geroepen, geprobeerd, gesimuleerd. Wist je nou maar hoe dat in de praktijk uitpakt. Dit artikel is het tweede deel in een serie van twee met resultaten van een praktijkevaluatie van twee gebouwen met betonkernactivering. In het eerste deel zijn de comfortprestaties geëvalueerd op basis van de ontwerpnormen voor het binnencomfort [1]. De stooklijnen bleken een belangrijke invloedfactor om de binnentemperaturen binnen de bandbreedte van binnenklimaatklasse B te kunnen regelen. Prima, zou je denken, dan weten wij toch voldoende? Nee, want de onderliggende voorwaarde is namelijk dat het gebouw op de goede manier in zones is opgedeeld.

WAAROM ZONES? Waarom is een goede zone-indeling van belang? De zelfregelende werking en buffering van betonkernactivering is niet voldoende om het binnenklimaat ‘in toom’ te houden. Het is nodig om de temperatuur van het beton actief bij te sturen, vandaar de term betonkernactivering. De temperatuur bijsturen gebeurt door middel van het warme of koude water uit het cv- of gekoeldwater(gkw-)circuit. Een zuidgevel met veel zon gedraagt zich echter anders

4

2_TM0514_wisse_2196.indd 4

dan een noordgevel. Het is dus nodig om het gebouw in zones in te delen. Vraag daarbij is natuurlijk: hoe doe je dat dan?

ZONE-INDELING De standaard voor indeling in zones is op basis van oriëntatie, verschil in warmtelast en verschil in binnentemperatuur (zie [2]). Relatief eenvoudig, maar de vervolgvragen zijn een stuk lastiger.

1. Wat zijn goede inschakelwaarden voor de warmte- en koudevraag van zones en de bijbehorende dode-bandregeling?

2. Hoe nauwkeurig werkt zo’n regeling in de praktijk?

3. Komt het vaak voor dat de ene zone warmte nodig heeft en de andere koude?

4. Wat zijn typerende temperatuurverschillen tussen de aanvoer en retour?

5. Heeft het zin om water te circuleren, zonder actieve opwekking?

6. Ga je de zones vrije keuze bieden voor het afnemen van warmte of koude?

In dit artikel volgt een evaluatie van deze vragen aan de hand van een praktijkevaluatie van twee gebouwen. De resultaten zijn voor een deel eerder gepubliceerd in het internationale wetenschappelijke tijdschrift Energy

and Buildings [5]. In dit artikel zijn de meetdata nader geanalyseerd en is de wijze van presentatie van de data anders uitgewerkt. De comfortprestaties en de gebouwen zijn beschreven in het eerste deel van de Nederlandstalige publicatie [1].

In verband met de leesbaarheid van het artikel geeft figuur 1 nogmaals de plattegrond met zone-indeling.

SAMENSPEL Om de thematiek goed te begrijpen, is het belangrijk te beseffen dat de zones de spil vormen tussen de opwekking en de individuele vertrekken. Als denkkader laat figuur 2 een aantal mogelijke interacties zien in het geheel van de keten van opwekking op gebouwniveau tot comfort op individueel ruimteniveau.

Idealiter heeft een vertrek warmtebehoefte als de andere vertrekken binnen de zone dat ook hebben en de opwekker ook in bedrijf is (getrokken pijlen bij ‘warmtevraag’). Datzelfde geldt natuurlijk voor koude (getrokken pijlen bij ‘koudevraag’). Het is ook mogelijk dat er andere combinaties optreden; er is wel warmte of koude nodig, maar het vertrek krijgt het niet (gestreepte pijlen figuur 2). Het vertrek wijkt bijvoorbeeld af van de overige vertrekken, zodat de zone als geheel een koudebehoefte

TVVL Magazine | 05 | 2014 BETONKERNACTIVERING

21-4-2014 10:32:57

Gebouw A

Gebouw B

noord

heeft terwijl het vertrek zelf warmtebehoefte heeft.

Ook kan het zijn dat de zone dezelfde behoefte heeft als het vertrek, maar dat de opwekking niet in bedrijf is. Deze situatie van ‘wel gevraagd, maar niet gekregen’ heeft effect op de comfortprestaties. In het eerste deel van deze publicatie is het eindresultaat van dit samenspel gegeven door middel van de comfortevaluatie van de vertrekken [1].

KOUDE OF WARMTE?

-Figuur 1- Zone-indeling van gebouw A (links, totaal drie bouwlagen, aandeel glas in de gevel = 30%) en gebouw B (rechts, totaal zes bouwlagen, aandeel glas in de gevel 40 - 45%)

vertrek

warmtevraag

zone

warmtevraag

neutraal

koudevraag

circuleren

actieve warmte opwekking

actieve koude opwekking

circuleren

koudeopwekking in bedrijf

koudeopwekking buiten bedrijf

warmteopwekking buiten bedrijf

warmteopwekking in bedrijf

opwekking

koudevraag

neutraal

-Figuur 2- Selectie van mogelijk voorkomende combinaties status vertrek, zone en opwekking B

GEBOUW A

Status

2,5 2

Switch verwarming aan (=2) Switch verwarming uit (=1) Switch koeling aan (=-2) Switch koeling uit (=-1)

ZONE 2

1,5

AAN AAN

GEBOUW A

2,5 2

Status

A

1 UIT UIT

0,5 0 -0,5

AAN

1,5

1

Switch verwarming aan (=2) Switch verwarming uit (=1) Switch koeling aan (=-2) Switch koeling uit (=-1)

TUSSENVERTREK

19

20

21

22

23

24

25

0 -0,5

UIT UIT

-1 -1,5

19

20

21

22

23

24

25

UIT

-1 -1,5

AAN AAN

-2

UIT

0,5

AAN

-2

-2,5

-2,5

Tzone [°C]

Tvertrek [°C]

-Figuur 3- Omschakelgedrag gebouw A warmte- en koudevraag van de zones. Stippellijnen: ingestelde waarden GBS. Rode en blauwe waarden: gemeten waarden gerelateerd aan de zonetemperatuur (figuur a) en aan de temperatuur van één van de vertrekken (figuur b).

A

B

GEBOUW B

2

VERDIEPING 4 - NO

1,5

2,5

Switch verwarming aan (=2) Switch verwarming uit (=1) Switch koeling aan (=-2) Switch koeling uit (=-1)

AAN

2

Status

Status

2,5

GEBOUW B

1,5

1

-0,5

Switch verwarming aan (=2) Switch verwarming uit (=1) Switch koeling aan (=-2) Switch koeling uit (=-1)

AAN

1 UIT

0,5 0

TUSSENVERTREK

19

20

-1 -1,5

21

22

23

UIT

24

25

0 -0,5 -1

AAN

UIT

0,5

-1,5

-2

-2

-2,5

-2,5

Tzone [°C]

19

20

21

22

23

24

UIT AAN

Tvertrek [°C]

-Figuur 4- Omschakelgedrag gebouw B warmte- en koudevraag van de zones. Stippellijnen: ingestelde waarden GBS. Rode en blauwe waarden: gemeten waarden gerelateerd aan de zonetemperatuur (figuur a) en aan de temperatuur van één van de vertrekken (figuur b).

TVVL Magazine | 05 | 2014 BETONKERNACTIVERING

2_TM0514_wisse_2196.indd 5

25

In deze paragraaf bekijken wij eerst de in- en uitschakeling van de warmte- en koudevraag en hoe dit in relatie staat tot de individuele vertrekken.

Of een zone warmte of koude nodig heeft, wordt in deze gebouwen bepaald op basis van een representatieve luchttemperatuur van de betreffende zone in combinatie met een dode-bandregeling voor de inschakeling van de warmte- of koudevraag. Voor gebouw A wordt de representatieve temperatuur bepaald op basis van twee vertrekken per zone. Voor gebouw B wordt de gemiddelde temperatuur van alle aangesloten vertrekken van een zone genomen.

De ingestelde in- en uitschakelwaarden voor de warmte- en koudevraag in het gebouwbeheersysteem (GBS) zijn weergegeven door middel van de stippellijnen in figuur 3 (gebouw A) en figuur 4 (gebouw B).

Hier is het belangrijk om te realiseren dat in gebouw B altijd sprake is van een warmte- of koudevraag. Als de koudevraag ‘uit’ gaat, dan gaat de warmtevraag ‘aan’ en vice versa. Er is dus geen sprake van een neutrale status.

Minstens zo interessant is wat er in de praktijk van het schakelgedrag terechtkomt. Dit is weergegeven in dezelfde figuren door middel van rode punten voor het cv-circuit en blauwe voor het gkw-circuit. Figuur 3a en figuur 4a geven daarbij de waarden op basis van de zonetemperatuur. Dat is de waarde op basis waarvan de schakeling van de zone plaatsvindt. Dat wil natuurlijk niet zeggen dat een individueel vertrek binnen die zone ook precies die temperatuur heeft en of die behoefte aan warmte of koude heeft. Om het effect hiervan te laten zien, is in figuur 3b en figuur 4b het schakelgedrag op basis van de vertrektemperatuur uitgezet. Hiervoor is één van de vertrekken uit de betreffende zone als voorbeeld genomen.

In- en uitschakeling van de warmte- en koudevraag vindt plaats met een behoorlijke spreiding rond de setpoints. De invloed op het comfort is beperkt in vergelijking met de stooklijnen.

5

21-4-2014 10:33:03

koudevraag + koudeopwekking in bedrijf warmtevraag + warmteopwekking in bedrijf neutraal

vraag voor koeling (circuleren) vraag voor verwarming (circuleren)

koelvraag en de oriëntatie. De interne warmtelast en de infiltratie door de gevel zijn belangrijke factoren in de samenstelling van de energievraag, naast de externe warmtelast.

De interne warmtelast en infiltratie zijn echter niet gemeten, waardoor een sluitende analyse niet goed mogelijk is.

De gegevens van de status van de zones zijn wel consistent met de gemiddelde ruimtetemperaturen van de zones. Als voorbeeld zijn de zonetemperaturen van de vierde en vijfde verdieping weergegeven in figuur 7. In de range van buitentemperaturen tussen de 5 en de 15⁰C worden veel uren gemaakt. Bij de zones op zuidwest is er in deze periode sprake van grotere spreiding en treden ook lagere zonetemperaturen op. Hierdoor stijgt het aandeel warmtevraag op het totaal. Zoals opgemerkt in het eerste artikel wordt er in deze periode weinig vermogen afgegeven doordat de stooklijnen dicht bij ruimtetemperaturen zitten [1].

Inschakeling van het cv-circuit heeft dan ook niet zoveel effect waardoor de temperatuur ook niet snel stijgt en de status ‘warmtevraag’ langer blijft duren.

Een conclusie die in elk geval uit figuur 5 tot en met 7 volgt, is dat zones zich inderdaad verschillend gedragen. Indeling in zones naar oriëntatie en verdieping heeft dus zin.

percentage van de tijd

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

begane grond zone 2

begane grond zone 3

eerste etage zone 2

eerste etage zone 1

eerste etage zone 3

tweede etage zone 1

-Figuur 5- Gebouw A: gemeten verdeling van de status per zone koudevraag + koudeopwekking in bedrijf warmte vraag + warmteopwekking in bedrijf

percentage van de tijd

100%

vraag voor koeling (circuleren) vraag voor verwarming (circuleren)

90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

bg N/O

bg Z/W

1e 1e 2e 2e 3e 3e 4e 4e 5e 5e verdieping verdieping verdieping verdieping verdieping verdieping verdieping verdieping verdieping verdieping N/O Z/W N/O Z/W N/O Z/W N/O Z/W N/O Z/W

-Figuur 6- Gebouw B: gemeten verdeling van de status per zone A

B

verdieping 4, zone Noord-Oost

28

28

27

27

Tzone (⁰C)

Tzone (⁰C)

verdieping 4, zone Zuid-West

26 25 24 23 22

26 25 24 23 22

21

20

19 -5

0

C

18

19 5

10

Te, ref

15

20

25

0

28 27

26 25 24 23 22

10

Te, ref

15

20

25

20

25

26 25 24 23 22

TEMPERATUURVERSCHILLEN

21

20

20

19 0

5

verdieping 5, zone Noord-Oost

27

21

-5

18

28

Tzone (⁰C)

Tzone (⁰C)

-5

D

verdieping 5, zone Zuid-West

18

Uit de metingen blijkt dat de zones uniek gedrag vertonen. Het is dus inderdaad belangrijk een gebouw in zones op te delen, er is geen sprake van een ‘eenheidsworst’.

21

20

19 5

10

Te, ref

15

20

25

-5

0

18

5

10

Te, ref

15

-Figuur 7- Gebouw B: gemeten temperaturen van de zones, verdieping 4 en 5. Te,ref is de gewogen gemiddelde buitentemperatuur conform [6].

De conclusie hieruit is dat het schakelen gerelateerd aan een individueel vertrek lang niet zo nauwkeurig gebeurt als je dat vergelijkt met de in- en uitschakelwaardes in het GBS. De invloed op de bandbreedte van de binnentemperatuur is daarom veel minder dan die van de stooklijnen.

UNIEK GEDRAG In het vervolg wordt verder ingegaan op het gedrag van de verschillende zones in relatie tot de opwekking.

Van de twee gebouwen is gedurende de meetperiode de status van de zones opgeslagen. De resultaten zijn weergegeven in figuur 5 (gebouw A) en figuur 6 (gebouw B).

Het eerste wat opvalt is dat de zones zich allemaal verschillend gedragen. Het tweede

6

2_TM0514_wisse_2196.indd 6

opvallende punt is het grote aandeel van de neutrale status bij gebouw A. Men zou dit als volgt kunnen interpreteren: de zelfregelende werking van de betonkernactivering is voor een groot deel van de tijd voldoende. Bij gebouw B komt de neutrale status niet voor. Dit komt, zoals eerder opgemerkt, door de ingestelde schakelwaarden (zie stippellijnen figuur 4). Het is vervolgens interessant de verschillen in de geveloriëntatie van de zones te bestuderen. In dit artikel worden de resultaten van gebouw B (figuur 6) besproken. In eerste instantie zou je verwachten: zones op zuidwest hebben minder warmtevraag en meer koelvraag dan zones op noordoost, dit als gevolg van de bijdrage van de zonnewarmte. Dat blijkt niet zo eenvoudig te zijn. Er is niet echt een consistente relatie gevonden tussen het aandeel warmtevraag,

Om het gedrag van de verschillende zones te onderzoeken, zijn ook de temperatuurverschillen tussen de aanvoer en retour van de betonkernactivering nader bekeken. Is het verschil in gedrag uit figuur 6 ook terug te zien in de aanvoer- en retourtemperaturen?

Behalve dit geven de aanvoer- en retourtemperaturen ook informatie die bruikbaar is voor ontwerptrajecten: hoe gedraagt zich het temperatuurverschil in deellast? Dat is een belangrijk onderwerp voor het ontwerp van de energieopwekking (zie ISSO 39 [4]). De temperatuurverschillen worden hier nader uitgewerkt voor gebouw B. Figuur 8 geeft links de aanvoertemperaturen van het cv- en het gkw-circuit van gebouw B. Rechts is de absolute waarde van het temperatuurverschil tussen de aanvoer en retour weergegeven. Figuur 8 a en b betreffen het centrale distributienet. Figuur 8c tot en met f geven de data van de vierde verdieping voor de zones zuidwest en noordoost. Bij de interpretatie van de temperatuurverschillen is het belangrijk te

TVVL Magazine | 05 | 2014 BETONKERNACTIVERING

21-4-2014 10:33:08

A

Bij de regeling van de betonkernactivering met een stooklijn op de aanvoertemperatuur en een constant debiet neemt het temperatuurverschil tussen de aanvoer en retour verder af naarmate de aanvoertemperatuur dichter bij de vertrektemperatuur komt.

Taanvoer CV Taanvoer GKW

25 20 15

0

5

C

15

20

25

4 3 2 1 0

0

5

D

10

Te, 3d [°C]

15

20

25

Verdieping 4; zone Zuid-West 7

ingestelde koellijn ingestelde stooklijn

30

Delta T Aanvoer/Retour GKWBKA

5

-5

Verdieping 4; Zone Zuid-West

35

aanvoertemperatuur [°C]

10

Te, 3d [°C]

Delta T Aanvoer/Retour CV-BKA

6

- Retour | [°C]

10

-5

Taanvoer CV

25 20

Delta T CV-BKA (actieve warmteopwekking)

6

Delta T GKW-BKA (actieve koudeopwekking)

5

| Aanvoer

Taanvoer GKW

4 3 2

15

1 0

5

E

15

20

25

10

15

20

25

Verdieping 4; zone Noord-Oost

7

ingestelde stooklijn Taanvoer CV

25

6

Delta T CV-BKA (actieve warmteopwekking)

5

Delta T GKW-BKA (actieve koudeopwekking)

4 3

20

2

15 10

5

F

Taanvoer GKW

-5

0

Te, 3d [°C]

ingestelde koellijn

30

0

-5

Verdieping 4, zone Noord-Oost

35

aanvoertemperatuur [°C]

10

Te, 3d [°C]

| Aanvoer - Retour| [°C]

10

-5

1 0

5

10

Te, 3d [°C]

15

20

25

0

-5

0

5

10

15

20

25

Te, 3d [°C]

-Figuur 8- Gebouw B: centrale aanvoertemperatuur cv en gkw (a), temperatuurverschil aanvoer en retour BKA, centraal (b), verdieping 4 (c en d), verdieping 5 (e en f). De bedrijfssituatie betreft actieve warmte- en/of koudeopwekking. Te,3d is de gemiddelde buitentemperatuur over drie dagen zoals die volgt uit het GBS. A

ingestelde stooklijn

30

Taanvoer CV (circuleren) Taanvoer GKW (circuleren)

25 20

4 3 2 1

0

5

C

10

Te, 3d [°C]

15

20

25

-5

0

5

ingestelde stooklijn Taanvoer CV (circuleren) Taanvoer GKW (circuleren)

25 20

10

Te, 3d [°C]

15

20

25

20

25

Verdieping 4; zone Noord-Oost

7

ingestelde koellijn

30

0

D

Verdieping 4, zone Noord-Oost

35

aanvoertemperatuur [°C]

Delta T GKW-BKA (circuleren)

5

|Aanvoer - retour| [°C]

-5

Delta T CV-BKA (circuleren)

6

15 10

Verdieping 4; Zone Zuid-West

7

ingestelde koellijn |Aanvoer- retour| [°C]

aanvoertemperatuur [°C]

B

Verdieping 4; Zone Zuid-West

35

Delta T CV-BKA (circuleren)

6

Delta T GKW-BKA (circuleren)

5 4 3 2

15

-5

10

1 0

5

10

Te, 3d [°C]

15

20

25

-5

0

0

5

10

Te, 3d [°C]

15

-Figuur 9- Gebouw B: aanvoertemperaturen en temperatuurverschillen distributie bij circuleren.

Te,3d is de gemiddelde buitentemperatuur over drie dagen zoals die volgt uit het GBS.

CIRCULEREN? Circuleren zonder actieve opwekking wordt wel eens ingezet met de gedachte dat je hiermee warmte en koude kunt uitwisselen, bijvoorbeeld tussen een noord- en zuidzone. In de gedachte van cradle-to-cradle: afvalwarmte van de ene zone is voedsel voor de andere zone.

TVVL Magazine | 05 | 2014 BETONKERNACTIVERING

2_TM0514_wisse_2196.indd 7

ingestelde stooklijn

30

Centrale aanvoer / retour betonkernactivering 7

ingestelde koellijn

| Aanvoer - Retour | [°C]

aanvoertemperatuur [°C]

realiseren dat delta T’s < 1⁰C vallen binnen de onnauwkeurigheidsmarge van de metingen.

Op de horizontale as staat de buitentemperatuur, gemiddeld over drie dagen zoals die staat geregistreerd in het GBS. Dit is ook de basis voor de regeling van de aanvoertemperaturen.

Globaal gezien is er in de centrale distributie en de zones het volgende te zien: naarmate de aanvoertemperatuur dichter bij de ruimtetemperatuur komt, neemt het temperatuurverschil tussen de aanvoer en retour af. In het tussenseizoen wordt er bijvoorbeeld in het cv-circuit nauwelijks vermogen meer overgedragen (dT < 1⁰C) doordat de aanvoertemperatuur rond de 22 ⁰C ligt. De ruimtetemperatuur van de zones ligt ook in die buurt (zie figuur 7 a en b). De afnemende temperatuurverschillen vallen verder te begrijpen door de relevante vermogens in formules uit te schrijven: PBKA = A(Twater – Truimte) / Rwl , waarbij PBKA het vermogen is (W/m²) en Rwl de samengestelde warmteweerstand tussen de watertemperatuur in het distributienet en de ruimtetemperatuur. Deze warmteweerstand is min of meer constant en is verder uitgewerkt in ISSO 85, bijlage D [5].

In evenwichtstoestand en met uitmiddeling van buffereffecten is het vermogen PBKA ook bij benadering af te leiden uit het temperatuurverschil tussen de aanvoer en retour: PBKA = ρcqv(Taanvoer – Tretour), waarbij ρc en qv respectievelijk de watereigenschappen en het debiet representeren. Bij een constant debiet is het dan te verklaren dat bij een afnemend afgiftevermogen het temperatuurverschil tussen de aanvoer en retour ook afneemt. Of er sprake is van een constant debiet wordt bepaald door de hydraulische schakeling. Bij systemen met betonkernactivering die niet op de aanvoertemperatuur worden geregeld, zal verder het verloop van de temperatuurverschillen anders uitpakken. Bij het gkw-circuit in de zone zuidwest ligt de aanvoertemperatuur lager dan bij de centrale aanvoer en de zone noordoost. De verschillen tussen de aanvoer en retour zijn voor de zone zuidwest dus groter dan voor de centrale aanvoer en de zone noordoost. De meest waarschijnlijke verklaring is de meetonnauwkeurigheid van de sensoren.

De centrale aanvoertemperatuur is de laagst beschikbare temperatuur in het hydraulisch circuit: de verdiepingen betrekken hier het water uit. De aanvoertemperatuur van de zone zuidwest is dus in principe gelijk aan die van de andere zones.

B

Centrale aanvoer betonkernactivering 35

Op zoneniveau zou je wellicht de verschillen tussen de verschillende vertrekken kunnen verkleinen: het ene vertrek koelt, het andere vertrek wordt verwarmd. De bijdrage hieraan door het circuleren van het watercircuit wordt echter bepaald door de aanvoertemperatuur die gemaakt kan worden.

7

21-4-2014 10:33:23

Aantal uren vraag van de zones: warmte èn koude

A

610 (10%)

79 (1%)

6.264

B

5.509 (89%)

108 (2%)

6.200

-Tabel 1- Gelijktijdige levering van warmte èn koude komt slechts een zeer beperkt deel van de tijd voor Centrale distributie Centrale aanvoer groepen betonkernactivering 35

2_TM0514_wisse_2196.indd 8

25

Taanvoer GKW, BKA

15

0

5

10

15

Te, uurlijks [°C]

20

Delta T Aanvoer/Retour GKW

5 4 3 2 1 -5

25

Delta T Aanvoer/Retour CV

6

0

0

5

10

15

Te, uurlijks [°C]

20

25

-Figuur 10- Gebouw A: aanvoertemperaturen en verschil aanvoer en retour bij gelijktijdige warmteen koudelevering (actieve opwekking warmte + koude). Te,uurlijks is de uurlijks gemiddelde waarde van de buitentemperatuur.

A

8

stooklijn verwarming Taanvoer CV, BKA

20

-5

Centrale distributie 7

30

10

B

koellijn

| aanvoer - retour | [°C]

A

B

Centrale aanvoer betonkernactivering

TWEE- OF VIERPIJPS?

35

aanvoertemperatuur [°C]

Zoals blijkt uit de meetdata van het circuleren en de actieve opwekking is er een gebied met buitentemperaturen waar zowel warmte als koude gevraagd kan worden. De interessante vraag hierbij is: komt het vaak voor dat er zowel warmte als koude wordt gevraagd in het gebouw? Met andere woorden: is het noodzakelijk om tegelijkertijd zowel warmte als koude aan te bieden in het gebouw? Hydraulisch gezien kun je dit als volgt vertalen. Is een vierpijpssysteem noodzakelijk (aanbieden van warmte èn koude) of kan volstaan worden met een tweepijpssysteem (warmte òf koude)?

Het blijkt dat het aantal uur waarbij er gelijktijdig warmte èn koude aan het gebouw wordt geleverd (zeer) beperkt is. Dat is dus de situatie dat de zones om warmte en koude vragen en dit ook wordt geleverd. Tabel 1 geeft voor zowel gebouw A als gebouw B het aantal uur dat dit voorkomt in de meetperiode, alsmede het relatieve aandeel. Het aantal uur dat er gelijktijdig warmte èn koude wordt gevraagd, is hoger dan het aantal uren met gelijktijdige levering. Een aantal uren zal het voorkomen dat de opwekking niet in bedrijf is gekomen.

Bij gebouw B komt dit het grootste deel van de tijd voor vanwege de in- en uitschakelwaarden voor warmte- en koudevraag. Hierdoor ontbreekt de status ‘neutraal’ (zie figuur 4 en figuur 2). In gebouw A komt het slechts beperkt voor dat er vanuit de zones bezien zowel warmte als koude nodig is (10% van de tijd). Ook al zou de opwekking in bedrijf zijn geweest, dan nog zou de benutting van het vierpijpsprincipe beperkt zijn geweest.

Een interessante vraag is dan ook: kan (in deze gebouwen) worden volstaan met een tweepijpsprincipe? Daarvoor is het interes-

Aantal uren gelijktijdige levering Totaal aantal van warmte èn koude meeturen

-5

7

ingestelde koellijn ingestelde stooklijn

30

Taanvoer CV Taanvoer GKW

25 20 15 10

0

5

10

Te, 3d [°C]

15

20

Centrale aanvoer / retour betonkernactivering

| Aanvoer - Retour | [°C]

Circuleren van water zonder actieve opwekking heeft weinig zin. De aanvoertemperatuur ligt te dicht bij de vertrektemperatuur om vermogen te kunnen leveren.

Gebouw

aanvoertemperatuur [°C]

Zoals al bleek uit de vorige paragraaf: als er weinig verschil is tussen de vertrektemperatuur en de watertemperatuur, dan is het geleverde vermogen nihil. Dit wordt ook bevestigd door de metingen van de aanvoer- en retourtemperaturen bij circuleren. De opwekkers zijn dan buiten bedrijf. Figuur 9 (vorige pagina) geeft de resultaten voor de vierde verdieping (zones zuidwest en noordoost). De gemeten temperatuurverschillen zijn door de bank genomen kleiner dan 1⁰C en vallen binnen de foutenmarge van de bepaling van de temperatuurverschillen. De conclusie is dan ook dat circuleren niet zinvol is voor een bijdrage aan het comfort en vooral leidt tot een toename van de hoeveelheid pompenergie.

25

Delta T Aanvoer/Retour CV-BKA

6

Delta T Aanvoer/Retour GKWBKA

5 4 3 2 1 -5

0

0

5

10

Te, 3d [°C]

15

20

25

-Figuur 11- Gebouw B: aanvoertemperaturen en verschil aanvoer en retour bij gelijktijdige warmteen koudelevering (actieve opwekking warmte + koude). Te,3d is de gemiddelde buitentemperatuur over 3 dagen zoals die volgt uit het GBS.

sant te weten wanneer de gelijktijdige levering plaatsvindt en wat de temperatuurverschillen tussen de warmte en de koude zijn. De aanvoer- en verschiltemperaturen van de 79 meetpunten uit tabel 1 zijn voor gebouw A weergegeven in figuur 10. Door de lage aanvoertemperatuur van het gkw-circuit treden in dit circuit behoorlijke temperatuurverschillen op tussen de aanvoer en retour. Voor slechts een beperkt aantal punten is voor het cv-net het temperatuurverschil tussen de aanvoer en retour groter dan 1⁰C. Als de binnentemperaturen in de warmtevragende zones relatief hoog zijn (bijvoorbeeld 21 - 22⁰C), dan heeft warmtelevering met de weergegeven aanvoertemperaturen een beperkt effect.

Figuur 11 geeft de centrale aanvoer- en verschiltemperaturen van gebouw B voor de 108 meetpunten uit tabel 1. Hier blijkt dat de temperatuurverschillen tussen de aanvoer en retour beperkt zijn en voor een groot deel kleiner zijn dan de onnauwkeurigheidsmarge van de metingen (dT < 1⁰C). Er wordt dus nau-

welijks vermogen geleverd. Zoals in [1] opgemerkt, hangt dit ook samen met de instelling van de stooklijnen in het tussenseizoen. Echter, figuur 8b laat rond deze buitentemperaturen ook dT’s zien tussen de 2 en de 3⁰C. Het lijkt er op dat de koeling best gemist kan worden tijdens het gelijktijdig bedrijf van warmte- en koude-opwekking. Dit wordt bevestigd door het beeld van de zonetemperaturen tijdens het gelijktijdige bedrijf. De vierde verdieping is een interessante casus wat dat betreft: 80 van de 108 meetpunten uit tabel 1 betreffen het gelijktijdig optreden van warmte- èn koudevraag. Figuur 12 geeft de zonetemperaturen gedurende gelijktijdig warmte- en koudevraag. De zuidwestzone vraagt meestentijds om warmte, de noordoostzone om koeling.

De temperaturen van de noordoostzone zijn echter zodanig dat een neutrale bedrijfstoestand (geen warmte- of koudevraag) ook zou volstaan.

De conclusie is dat een tweepijpssysteem voor gebouw A en B waarschijnlijk ook zou volstaan.

TVVL Magazine | 05 | 2014 BETONKERNACTIVERING

21-4-2014 10:33:25

A

B

verdieping 4, zone Noord-Oost

28

28

27

27

Tzone (⁰⁰C)

Tzone (⁰⁰C)

verdieping 4, zone Zuid-West

26 25 24 23 22

26 25 24 23 22

21

21

20

20

19 -5

0

18

19 5

10

Te, ref

15

20

25

-5

0

18

5

10

Te, ref

15

20

25

-Figuur 12- Zonetemperaturen verdieping 4 tijdens gelijktijdige levering van warmte en koude aan het gebouw (actieve opwekking). Te,ref is de gewogen gemiddelde buitentemperatuur conform [6].

Wel is het dan belangrijk dat de zone met een klep afgesloten kan worden van de levering (status neutraal).

De vraag is natuurlijk hoe generiek deze conclusie is. Een belangrijke overeenkomst tussen de beide gebouwen is dat de zones met elkaar in open verbinding staan door middel van trappenhuizen, open deuren etc. De temperatuurverschillen binnen het gebouw zijn daarom gematigd waardoor het gelijktijdig voorkomen van hoge warmte- en koudevermogens nauwelijks voorkomt. Voor gebouwen die uit meerdere vleugels bestaan of een grote variëteit in warmtelast hebben, kan dit anders uitpakken. Het is de moeite waard dit, bijvoorbeeld met simulaties, verder te onderzoeken.

Dit valt echter buiten het kader van dit artikel.

Door gematigde luchttemperatuurverschillen tussen de zones kan in de onderzochte gebouwen hoogstwaarschijnlijk worden volstaan met een tweepijpssysteem. Belangrijk is wel dat zones afgesloten kunnen worden van levering.

MINIMUM VRAAG Een onderbelicht onderdeel bij het indelen van zones en de keuze voor een tweepijps- of vierpijpssysteem is de minimum vermogensvraag die er nodig is om opwekkers in bedrijf te laten komen. Het kan heel aantrekkelijk lijken om een fijnmazige zone-indeling te maken.

Er moeten echter genoeg zones met hetzelfde vraagtype optreden wil deze minimale vermogensvraag ook werkelijk ontstaan. De resultaten van gebouw A laten dit duidelijk zien: met medeneming van de opwekking daalt het aandeel gelijktijdige vraag van 10% naar 1% van de tijd met gelijktijdige levering.

In ISSO 85 was dit aspect nog buiten beeld,

de huidige monitoringsgegevens geven echter aan dat dit een belangrijk aspect is om rekening mee te houden. Verder is het zo dat huidige temperatuuroverschrijdingsberekeningen vaak op vertrekniveau worden uitgevoerd, zonder medeneming van het totale gebouw en de beschikbaarheid van de opwekkers.

Dit leidt dus tot een vertekend beeld van de comfortprestaties. Dit bevestigt het eerder gesignaleerde nut van het integraal simuleren op gebouwniveau [7].

Voor het ontwerpen van een zone-indeling is het belangrijk de vermogensvraag van de zone te relateren aan de minimum deellast van de opwekkers. Zonder het integrale gebouw mee te nemen in comfortberekeningen op vertrekniveau ontstaat er een vertekend beeld van de prestaties.

CONCLUSIES 1. Indeling van zones van een gebouw is inderdaad noodzakelijk om de verschillen in de vermogensvraag binnen het gebouw op te vangen.

2. Bij het indelen van een gebouw in zones is het van belang de omvang van de warmteen koudevraag per zone te relateren aan de minimum deellast van de opwekkers.

3. Temperatuuroverschrijdingsberekeningen die geen rekening houden met de minimum deellast van de opwekker geven een vertekend beeld van de comfortprestatie.

4. Als zones door open verbindingen (open deuren/gangen) met elkaar in verbinding staan, dan is er minder snel sprake van zowel koude- als warmtelevering op gebouwniveau. Een tweepijpssysteem zal

TVVL Magazine | 05 | 2014 BETONKERNACTIVERING

2_TM0514_wisse_2196.indd 9

hoogstwaarschijnlijk kunnen volstaan.

5. Voor minder compacte gebouwen en een sterk variërende warmtelast kan een vierpijpssysteem wel van belang zijn.

6. Temperatuurverschillen tussen de aanvoeren retourtemperatuur nemen af naarmate het verschil tussen de watertemperatuur en de vertrektemperatuur afneemt.

7. Circuleren van water over BKA-zones zonder actieve opwekking is niet zinvol. Het beschikbare vermogen is te klein omdat de watertemperatuur te dicht bij de vertrektemperatuur komt.

LITERATUUR 1. Wisse, C.J., Praktijkevaluatie thermisch comfort betonkernactivering, TVVL Magazine, maart 2014 2. ISSO 85, Thermisch Actieve vloeren, Betonkernactivering, Stichting ISSO, maart 2011 3. de Wit, A.K., Wisse, C.J.; Hydronic circuit topologies for thermally activated building systems - design questions and case study.

Energy and Buildings 52 (2012) 56 - 67 4. ISSO 39, Ontwerp, realisatie en beheer van een energiecentrale met warmte- en koudeopslag (wko) 5. de Wit, A.K., Wisse, C.J.; Hydronic circuit topologies for thermally activated building systems - design questions and case study.

Energy and Buildings 52 (2012) 56 - 67 6. ISSO 74, Thermische behaaglijkheid, Eisen voor binnentemperatuur in gebouwen, Stichting ISSO, maart 2004 7. Wisse, C.J., Mag het een onsje meer zijn?, TVVL Magazine januari 2014

9

21-4-2014 10:33:26

BaOpt: een ‘all air’-luchtbehandelingssysteem

Niet-gerichte, diffuse lucht­ verdeling met regeltechniek Het ‘Bauer Optimierung’ ( BaOpt) concept berust op een door Albert Bauer (München) ontwikkeld regelalgoritme in combinatie met een luchtbehandelingssysteem. Door het niet-laminaire aanbod van lucht zorgt dit systeem voor een homogene menging van toevoer- en retourlucht, een minimalisering van het energiegebruik en een grotere behaaglijkheid voor de gebruiker. Het principe is ontleend aan natuurlijke luchtmenging zoals zich dit onder andere in de bergen voordoet.

Ing. H.C.P. (Han) van Harderwijk, K & R Consultants, Apeldoorn; met ondersteuning van ing J.N. ( Jan) van Dijk, New Climate Solutions, Hazerswoude-Dorp

De kern van dit systeem is dat het ‘all air’luchtbehandeling systeem met behulp van geringe pulserende luchtdrukverschillen een diffuse, niet gerichte beweging van de binnenlucht veroorzaakt, waarbij de meetbare snelheid maximaal 0,2 m/s of minder is, terwijl op

-Figuur 1- conventionele luchtstroming

10

TM0514_vanharderwijk_2182.indd 10

moleculair niveau botsingssnelheden optreden van ongeveer 2 m/s bij de gebruikelijke ruimtetemperaturen. Deze moleculaire beweging verklaart mede waarom geuren zich in een ruimte verspreiden zonder noemenswaardige luchtbeweging.

DIFFUSE LUCHTSTROMING Er is sprake van diffuse luchtstroming wanneer de luchtmoleculen zich volkomen ongericht in de ruimte bewegen, onafhankelijk van de temperatuur. Figuur 1 schetst het stromingsprofiel in een conventionele situatie. Bij rooktesten

-Figuur 2- chaotische luchtstroming

TVVL Magazine | 05 | 2014 LUCHTBEHANDELING

21-4-2014 10:34:40

ziet men duidelijk gerichte stromingen van de worproosters, de koudeval, warmtelichamen, lampen e.d. Deze al of niet door inductie gerichte luchtstromen nabij ramen of bij het koelen worden frequent als tocht ervaren.

In figuur 2 is het stromingsprofiel van een chaotische luchtstroming weergegeven. Te zien is dat lucht zich diffuus beweegt, zowel bij koelen als bij verwarmen. Zaken als koude ramen, warme lampen, obstakels zoals bureaus en (bewegende) mensen hebben hierop geen invloed.

Ook bij hoge ventilatievouden (bijvoorbeeld 10-voudig) blijft dit profiel van diffuse verspreiding gehandhaafd en neemt de waarneembare/meetbare gerichte luchtstroomsnelheid nauwelijks toe (<0,2 m/s), terwijl er toch sprake is van meer luchtbewegingen. Bij traditionele luchtsystemen neemt bij toenemende ventilatievoud de luchtbeweging wel toe.

OPBOUW De diffuse luchtstroming wordt opgebouwd door luchtdrukvariaties te realiseren in de orde van grootte van -5 tot +10 Pascal tussen de luchtdruk in de ruimte en de buitenluchtdruk. In de aanloopfase worden relatief kort achtereen (enkel keren per minuut) luchtdruk‘pulsen’ opgewekt. Wanneer de lucht voldoende in beweging is, gaat het systeem over in de onderhoudsstand en worden in de orde van grootte van enkele minuten drukveranderingen aangebracht.

De opstartfase varieert afhankelijk van de omvang en het soort ruimte en het verschil met de gewenste waarde van 15 minuten tot een uur. De luchtdrukvariaties worden gerealiseerd met het moduleren van de toerentallen van de toe- en afvoerventilatoren, soms in combinatie met de motorgestuurde kleppen op de toe- en afvoerkanalen van één of meer ruimten.

Tijdens het ventileren, koelen, verwarmen of recirculeren zal het systeem voortdurend de diffuse luchtstroming onderhouden, zoals gedicteerd door de BaOpt-regelalgoritmen.

SPECIFIEKE EIGENSCHAPPEN De diffuse luchtstroming zorgt voor een snelle en volledige menging van koude en warme lucht, waarbij de horizontale temperatuurgradiënt maximaal 1 Kelvin is. De verticale temperatuurgradiënt is typisch maximaal 1,5 Kelvin per 10 meter hoogte verschil.

Een tweede eigenschap is dat de menging niet wordt gehinderd door obstakels zoals kasten, bureaus en mensen. Zelfs zeer warme lampen verstoren het bewegingspatroon niet.

Een derde opvallende eigenschap is dat zich op wanden, vloeren, plafonds en voorwerpen een stilstaand luchtlaagje van enkele millimeters

TVVL Magazine | 05 | 2014 LUCHTBEHANDELING

TM0514_vanharderwijk_2182.indd 11

vormt. Dit laagje zorgt ervoor dat in de directe nabijheid van het oppervlak, het raam, de vloer, het voorwerp e.d. de ruimtetemperatuur aannemen. Dit zorgt bij ramen en wanden voor een volstrekte afwezigheid van koudeval. Door het ontbreken van deze vorm van koudeval wordt het comfortgevoel verhoogd.

Dit spreekt des te meer aan bij zwembaden met raampartijen waarbij de klimaatzone voor behaaglijkheid zich uitstrekt tot ‘tegen’ het raam.

Een vierde eigenschap is dat er geen worp meer is vereist bij het toevoeren van de lucht. Bij het suppleren op leef niveau dient bij BaOpt de worp via hoog inducerende roosters zelfs volledig te worden vermeden. Bij revisieprojecten is het raadzaam een paneel haaks op de toevoer te plaatsen waardoor de luchtsnelheid tot (ver) onder de 1 m/s te wordt teruggebracht. Alleen bij relatief hoge (5 meter of hogere) ruimten en horizontaal luchttoevoer mag de luchtstroom bij een minimaal 6 meter vrije ruimte 4 m/s bedragen. Alles dient erop gericht te zijn om de lucht zonder worp in de leefzone in te brengen. De optimale menging wordt immers via luchtdrukvariaties verkregen.

ENERGIEGEBRUIK EN COMFORT Zoals aangegeven is er voor volledige menging via chaotische luchtstroming geen worp vereist. Dit heeft als consequentie dat de menging ook bij zeer lage luchthoeveelheden optimaal blijft. Aangezien het systeem regelt op ruimtekwaliteit (temperatuur, CO2 en, indien gewenst, RV), blijkt dat (ook bij revisieprojecten) de luchtbehandelingskast kan worden ‘teruggetoerd’ tot 85-90% van de nominale hoeveelheid, waardoor op elektrische energie voor de ventilatoren gemiddeld ongeveer 50% wordt bespaard.

Het verwarmen is door de diffuse luchtstroming efficiënter: de ruimte wordt homogeen verwarmd, terwijl bij conventionele systemen veel onnuttige warmte hoog in de ruimte aanwezig is. Ook heeft de gebruiker minder snel de neiging om bij conventionele verwarming de regeling hoger te zetten, omdat koudeval en gerichte luchtstromen afwezig zijn.

Koelen vindt eveneens efficiënter plaats: in het systeem van diffuse luchtstroming kan kouder worden ingeblazen (vanaf 12°C zonder comfortverlies), zodat de gewenste setpoints zeer snel bereikt kunnen worden. Dit houdt anderzijds in dat met geringere luchtvolumen kan worden gewerkt en geconstrueerd.

Opvallend is dat de aanwezige personen de ruimtetemperatuur ongeveer 1 tot 2 K lager inschatten, wat bijdraagt aan het efficiënter koelen.

Gemiddeld genomen blijkt het systeem 20%

zuiniger met verwarming/koelingenergie dan conventionele systemen.

De diffuse luchtstroming in combinatie met het stilstaande luchtlaagje voorkomt koudeval langs ramen en muren volledig. Ook onverwarmde vloeren voelen niet meer koud aan.

In het leefgebied zijn bovendien geen hogere luchtstroomsnelheden aanwezig, ook niet bij een hoger ventilatievoud. Hierdoor ervaart de gebruiker het op deze wijze geregelde binnenklimaat als zeer comfortabel.

MEERDERE RUIMTEN Het is mogelijk om in gebouwen met vele tientallen afzonderlijke ruimten diffuse luchtstroming(en) te creëren. Hiervoor komen twee manieren in aanmerking.

De eerste manier is dat iedere ruimte een afzonderlijke drukzone vormt met a. een eigen toe- en afvoer, b. een druksensor, c. een CO2-sensor en d. een temperatuursensor. In dit geval wordt iedere ruimte volledig onafhankelijk gestuurd. Mochten er deuren naar verschillende ruimten openstaan, dan zal het systeem deze gekoppelde ruimte als één drukzone gaan beschouwen.

De tweede manier is dat er clusters van ruimten (bijvoorbeeld kantoren of klaslokalen) worden gevormd die gezamenlijk een drukzone vormen via overstroomroosters naar de gang.

Iedere ruimte heeft dan wel zijn eigen toevoerkanaal en temperatuur/CO2-opnemer, maar er is slechts één centrale drukopnemer op de gang voor die zone. Als in één ruimte de ramen en deuren naar buiten openstaan, dan zal dit zowel de diffuse luchtstroming beïnvloeden van de eigen ruimte alsmede van de andere ruimten. Deze ruimten zijn immers luchttechnisch aan elkaar gekoppeld.

Indien buitenramen en buitendeuren langere tijd (>15 min) geopend blijven, zal de diffuse luchtstroming verdwijnen. De sturing vindt nog steeds plaats op CO2 en temperatuur, maar de homogeniteit verdwijnt.

TECHNISCHE VOORWAARDEN Installatietechnisch gezien is een belangrijke voorwaarde dat de ventilatoren (toe- en afvoer) van de luchtbehandelingskast(en) zijn voorzien van frequentie-rotatieregeling. Bij meerdere individueel te sturen ruimten op één luchtbehandelingskast dienen voor elke ruimte toevoer- en afvoerkleppen (luchtdichtheidklasse 3) te zijn opgenomen, die van 0-10 V servomotoren zijn voorzien. Per ruimte dient een CO2- en temperatuursensor en optioneel een RV-sensor te worden opgenomen.

Het is zeer goed mogelijk om in één gebouw zowel ruimten met chaotische als conventionele luchtbehandeling te combineren. Beide delen dienen wel luchttechnisch van elkaar

11

21-4-2014 10:34:41

gescheiden te worden.

Beide systemen kunnen op gebouwbeheerniveau gekoppeld worden via BACNet Of ModBus , zodat de gebruiker compleet toegang tot de installaties en instellingen van het gebouw heeft. Let wel: het aantal rekenbewerkingen van de nieuw te installeren regelapparatuur bedraagt tenminste het 40-voudige van een standaard regeling.

Bij nieuw te ontwerpen klimaatinstallaties is er een keuze tussen één toevoer (met evt. naverwarmers/nakoelers) en een dubbel toevoer-kanaalsysteem, waarbij de toevoer in twee derde/één derde wordt gesplitst voor respectievelijk koelen en verwarmen, zodat twee temperatuurniveaus gecreëerd worden voor elke ruimte. De (individuele) regeling kiest welk kanaal verwarmde of gekoelde lucht suppleert. Dit resulteert in een optimale benutting van energie en een optimaal comfort. In beide varianten vindt zonering plaats via regelkleppen.

Bij ombouw van bestaande installaties worden zoveel mogelijk bestaande componenten (luchtbehandelingskast, kanalen, opnemers, roosters) hergebruikt, uiteraard met uitzondering van de regeltechniek.

Vanwege het ‘all air’-principe zijn geen radiatoren, koelplafonds, betonkernactivering, VAV-regeling etc. nodig (een adequaat ventilatievoud van 2 op basis van de vereiste hoeveelheid buitenlucht volstaat voor verwarming; een ventilatievoud van 3 tot 4 dekt de koellast).

-Figuur 3- Standaard uitvoering

-Figuur 4- Dual duct uitvoering

BOUWKUNDIGE GEVOLGEN De meest in het oog springende gevolgen van het toepassen van diffuse luchtstroming op basis van . luchtdrukverschillen is de mogelijkheid om de verdeelkanalen in een ruimte achterwege te laten. Dit is echter geen vereiste. In bestaande panden (retrofit) blijft de kanaalinfrastructuur doorgaans ongewijzigd (zie foto’s ter verduidelijking).

Per ruimte is slechts één temperatuursensor, één CO2-opnemer en, indien gewenst, één RV-opnemer vereist. De plaats daarvan is niet kritisch, omdat de gehele ruimte homogeen van lucht wordt voorzien. Wel dient men zich te realiseren dat het beschreven dunne luchtlaagje langs wanden en glas als isolator optreedt.

Daar de kern van het systeem berust op luchtdrukverschillen tussen binnen en buiten is de luchtdichtheid van de schil een punt van aandacht (dichte doos). De BaOpt-regeltechniek werkt in het gebied van -5 Pa tot +10 Pa luchtdrukverschil tussen binnen en buiten. Het gemiddelde ligt tussen +1 en +3 Pascal.

Een gebouw dat volgens het bouwbesluit kierdicht is, is meer dan dicht genoeg voor het

12

TM0514_vanharderwijk_2182.indd 12

systeem van luchtdruksturing. Ook in minder dichte gebouwen, zoals een monumentale kerk, functioneert het systeem van diffuse luchtstroming uitstekend. Met een afnemende dichtheid van het gebouw neemt uiteraard wel de energie efficiëntie af.

Praktisch gesteld kan met een luchthoeveelheid van 10.000 m3/h een permanent gat van 2 m2 gecompenseerd worden, waarbij de diffuse luchtverdeling nog steeds kan functioneren.

BELANGRIJKE AANDACHTSPUNTEN Tochtgevoeligheid Het systeem functioneert op basis van gemeten luchtdrukverschillen tussen buiten en binnen. Openingen aan weerskanten van het gebouw (sterke tocht) kan de opgebouwde luchtverdeling zeer snel afbreken. Het vraagt dan enige tijd voordat de regeling opnieuw optimaal functioneert. Hiermee dient in de planning rekening gehouden te worden.

Brandveiligheid Bij chaotische luchtverdeling mengt de lucht

zich volledig. Dit is in het geval van brand/ rookontwikkeling niet gewenst. Door het brandmeldsysteem te koppelen aan de BaOptregeltechniek zal bij een rook/brandmelding de diffuse suppletie snel worden afgebouwd.

Dit vraagt, afhankelijk van de ruimte-omvang, meerdere seconden tot enkele minuten.

Voor de brandveiligheid dient een berekening gemaakt te worden van de vluchttijd bij volledige menging. In de praktijk leidt dit zelden tot problemen.

Gesloten deuren/ramen Een optimale werking van het systeem berust op het principe van een gesloten ruimte. Er zal de gebruikers op gewezen moeten worden dat het binnenklimaat veel beter te handhaven is als men deuren en ramen gesloten houdt.

Indien gebruikers toch ramen en deuren openen dan merkt het systeem snel dat er geen verschil meer kan worden gemaakt tussen binnen- en buitenluchtdruk. Er zal toch getracht worden de gewenste druktoestand te continueren door meer lucht toe te voeren.

Met het plaatsen van raamcontacten kan

TVVL Magazine | 05 | 2014 LUCHTBEHANDELING

21-4-2014 10:34:41

meteen duidelijk gemaakt worden dat een raam open staat (GBS!).

In de situatie van verlies van drukverschil kan het systeem op twee manieren worden geprogrammeerd: Allereerst kan op basis van CO2 en temperatuur (conventioneel) blijvend worden ingeblazen. De diffuse luchtbeweging is dan onderbroken en gerichte luchtstromingen kunnen gaan optreden. Een tweede manier is om het systeem tijdelijk uit te schakelen. Het blijft wel continu onderzoeken of de luchtdruksituatie zich herstelt.

Demarcatie Het BaOpt-systeem is niet of minder geschikt voor clean rooms en soortgelijke ruimten; idem voor ruimten waardoorheen continu buitenlucht kan stromen (zoals docks). Ook voor kleine gebouwen (woonhuizen etc.) is het minder geschikt, vanwege het kostenaandeel.

Kortom: wanneer geen variabele druksturing mogelijk is, werkt het systeem niet dan wel onvoldoende, evenals bij het gedeeltelijk toepassen van het systeem op een luchtbehandelingskast in combinatie met conventionele sturing.

EPG De aanpassing van BaOpt op de EPGberekening omvat het volgende: De Rc-waarde kan opnieuw berekend worden met de gewijzigde conditie aan de binnenzijde van de wanden + glas.

Voor de ventilatie geldt: - het ventilatiesysteem is ‘mechanische toevoer, mechanische afvoer’; - de variant is ‘CO2 met zonering’; - de berekende, vereiste hoeveelheid lucht moet worden ingevuld; - terugregeling > 20% - type warmtewisselaar (bijvoorbeeld kruisstroom); - rekenzone: verwarming en koeling in luchtbehandelingskast.

Met de mogelijkheid om bestaande gebouwen te modificeren met een terugverdientijd van

ongeveer 2 tot 5 jaar dient rekening te worden gehouden.

VOORBEELDPROJECTEN Theater Het Speelhuis, Helmond Na de brand in het theater Het Speelhuis werd besloten om dit theater gedurende minimaal vijf jaar onder te brengen in de monumentale Onze Lieve Vrouwen Kerk. CePeZed Architecten maakten het ontwerp. Om een uitstekend binnenklimaat te realiseren tegen beperkte kosten werd gekozen voor het BaOpt-systeem. Met één gesplitste luchttoevoer onder het toneel en één retourluchtopening in de toneelruimte wordt de gehele kerk (toneelruimte, podium, tribune, balkon en foyer) klachtenvrij en zeer efficiënt geklimatiseerd. Het verschil tussen zaal- en balkontemperatuur is minder dan 1K. Sportcentrum de Kalkwijck, Hoogezand In dit Hoogezandse sportcentrum (zwem en sporthal) is de regeltechniek vervangen door BaOpt. Hierdoor nam het comfort toe terwijl er minder energie wordt gebruikt. In tweede instantie is ook het complete luchttoevoer/verdeelkanaal verwijderd, omdat de ophangingen toe waren aan vervanging. Het comfort bleef op een hoog niveau. De energiebesparing is door de beheerder geschat op 25%.

Basisschool It Tredde Ste, Jirnsum In deze nieuwbouwschool is een BaOpt 2-kanaalsysteem toegepast. De gebruikers zijn uitermate tevreden over het binnenklimaat, terwijl de stichtingskosten lager waren.

Neues Flora Theater, Hamburg Altona Dit theater, onderdeel van Joop van den Ende Productions, heeft een lucht/regeltechnische renovatie ondergaan vanwege de gebrekkige klimaatbeheersing: de gestelde parameters werden niet, te laat of onvoldoende gehaald. Op verzoek van de opdrachtgever bleef de bestaande klimaatinstallatie geheel functioneel.

BaOpt heeft als experiment een geheel gescheiden regelkast ter beschikking gesteld met een omschakelknop naar de bestaande installatie. Sinds de in bedrijfstelling en inregeling op basis van BaOpt is er geen groter temperatuurverschil tussen vloer en schellinkje opgetreden dan 1 K en zijn er geen tochtklachten meer geuit.

Daarnaast bleek het verschil tussen de luchtstroom voor zaal en podium verdwenen te zijn.

De voor sommige shows onontbeerlijke mist/rookpluimen worden nu niet meer afgebogen of ongewild verspreid. Het hele gebied binnen de theaterschil (foyer uitgesloten) vertoont een uniforme temperatuur bij een tenminste 20% gunstiger energiegebruik.

SAMENVATTING Het systeem van chaotische luchtstroming is toepasbaar in vrijwel alle situaties en ontwerpen, zowel nieuwbouw als ombouw.

Het binnenklimaat heeft een hoge behaaglijkheidsfactor (lage luchtstroomsnelheid van 0,05 tot 0,1 m/s) en het energiegebruik is minimaal 25% gunstiger dan bij de standaard installaties.

Elke klimaatinstallatie is uniek; daarom dient elk ontwerp en elke ombouw op zijn eigen merites te worden beoordeeld. Bij het toepassen van het systeem met individuele ruimteregeling liggen de investeringskosten op het zelfde niveau tot mogelijk 20% lager dan bij een (statisch) klimaatsysteem voor verwarmen, koelen en CO2-beheersing.

TVVL Magazine | 05 | 2014 LUCHTBEHANDELING

TM0514_vanharderwijk_2182.indd 13

13

21-4-2014 10:34:42

Brandstofcellen – praktijkervaringen In de januari-uitgave staat een overzichtsartikel over brandstofcellen, een ‘nieuwe’ techniek om schone energie op te wekken. Dit artikel gaat dieper in op een aantal praktijksituaties en op technische en economische uitdagingen bij de inzet van brandstofcellen. Dit aan de hand van ervaringen met een specifiek type brandstofcel (een Solid Oxide Fuel Cell), zoals die nu worden ingezet bij het project I-Balance (http://www.i-balance.org/).

Dr.ir. R.J. Velthuys, Hanzehogeschool Groningen - PL I-Balance; drs.ing. A. (Arjan) Schrauwen, ISSO Het I-Balance project is een praktijkproef gericht op integratie van duurzame energiebronnen in het bestaande energienetwerk.

Energie uit zon en wind heeft als groot nadeel wel voorspelbaar te zijn maar niet bestuurbaar; net als de wasmachine aan moet, doen de windturbines en zonnepanelen het niet meer.

Door niet controleerbare energiebronnen te combineren met een energiebron die precies te controleren is, kan de gewenste hoeveelheid energie vrij precies geproduceerd kan worden.

I-Balance gaat daarbij uit van integratie op wijkniveau. Het project levert een combinatie op die zinvol is voor een woonwijk: meerdere zonnepanelen, 5 windturbines, ruim 40 huishoudens en 9 brandstofcellen.

tekst). Het zijn efficiënte units: ze produceren op locatie elektriciteit met een aangegeven rendement van ongeveer 60%. Het vermogen (elektrisch) ligt daarbij op maximaal 2 kW. Afhankelijk van de persoonlijke situatie verhoogt de geproduceerde warmte het mogelijke rendement (waarover later meer) met nog eens 25%. Daarnaast stoten deze units zeer lage hoeveelheden CO2 uit.

Een brandstofcel is een vorm van Warmte KrachtKoppeling waarbij naast elektriciteit ook warmte als bijproduct wordt geproduceerd. Soortgelijk is de hre ketel. Een hre-ketel wordt geïnstalleerd in huishoudens om vooral warmte te produceren. Als ‘bijproduct’ produceren de gecombineerde warmte/krachtcentrales ook elektriciteit, waarmee de efficiëntie van het apparaat flink omhoog gaat. Een hre-ketel werkt echter op basis van de warmtevraag (vaak met een thermostaat).

BESTUURBARE ENERGIEBRON In het I-Balance project is gekozen voor een bestuurbare energiebron: de brandstofcellen van het type Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). Ze worden ingezet als kleine elektriciteitscentrales. Om ook de warmte te kunnen gebruiken, zijn ze gecombineerd met warmtebuffervaten (zie foto 1 voor een impressie).

De opgestelde brandstofcellen zijn kleine, gecombineerde warmte/krachtcentrales (CHP – combined heat power) die in een bepaalde verhouding elektriciteit en warmte leveren, waarbij regeltechnisch gekozen is om de elektriciteitsvraag bepalend te laten zijn (zie kader-

14

TM0514_schrauwen_2192.indd 14

-Foto 1- een I-Balance opstelling van twee SOFC-brandstofcellen i.c.m. een (warmte)buffervat. De SOFCs zijn zo groot als een tafelmodel koelkast.

TVVL Magazine | 05 | 2014 ENERGIEOPWEKKING

21-4-2014 10:35:51

FLEXIBILITEIT De brandstofcellen zijn instelbaar op elektrische output tussen de pm 400 W (pm 20%) en maximaal 2 kW (100%), al naar gelang de behoefte aan elektriciteit. Ze zijn daarbij ontworpen voor continu bedrijf (hoewel uitschakelen natuurlijk wel veilig kan in geval van noodsituaties). In de praktijk blijkt dat deze brandstofcellen vaak op een vast elektrisch ver-mogen worden ingesteld (bijvoorbeeld 1,5 kW). Dit is een waarde die dicht bij het operationele optimum ligt van de gebruikte SOFCs. Het flexibel regelen van het gevraagde vermogen door een gebruiker zelf is niet eenvoudig; de besturingsapparatuur (vgl. met een thermostaat voor warmte-output) moet nog worden ontwikkeld of beter gezegd, is nog geen onderdeel van een installatie. Daarnaast vraagt het aanpassen van de output van een brandstofcel de nodige tijd (dit duurt enkele minuten). Het proces is niet direct regelbaar en heeft een bepaalde reactietraagheid.

De vraag van een huishouden is echter per dag erg wisselend, variërend van enkele Watts met uitschieters naar enkele Kilowatts.

Direct reageren met de brandstofcel op de wisselende elektriciteitsvraag over een dag is vanwege de traagheid niet mogelijk. Daarom staat de brandstofcel continu ingesteld op een bepaald optimaal werkpunt. Bij piekbelasting in het huishouden wordt elektriciteit uit het net gehaald, en bij onderbelasting worden overschotten – opgewekt met de brandstofcel, maar mogelijk ook met het zonnepanelen en windturbines – aan het openbare elektriciteitsnet aangeboden. Alliander experimenteert met een andere aanpak, waarbij brandstofcellen met accu’s en snelle Elco’s (condensatoren) worden gecombineerd, zodat pieken en dalen in huis kunnen worden opgevangen gedurende de reactietijd.

COMFORT EN INPASSING De gebruikte brandstofcellen zijn vrij compacte units die ontworpen zijn om in een huishoudelijke omgeving of kleine bedrijven gebruikt te worden. Om goed van de warmteproductie gebruik te kunnen maken (en om te kunnen profiteren van hogere efficiëntie) is het van belang dat de brandstofcel wordt gecombineerd met een warmtevraag. Door de brandstofcel te combineren met warmteopslag in een buffervat kan de efficiëntie verhoogd worden. Samen met een buffervat neemt een brandstofcel natuurlijk meer ruimte in beslag.

Het water in het buffervat kan gebruikt worden voor lage of hoge temperatuurverwarming in een woning. De in I-Balance gebruikte brandstofcellen hebben een flinke buffer (400 liter) nodig voor opslag van water van ongeveer 35°C. Het meest waardevol

TVVL Magazine | 05 | 2014 ENERGIEOPWEKKING

TM0514_schrauwen_2192.indd 15

-Foto 2- Een SOFC met de deuren open. De isolatiekast die de eigenlijke brandstofcel bevat is rechts¬boven te zien.

Legende: 1. aardgasleiding in; 2. twee leidingen die water naar een afvoer leiden (uit) en één kleine waterleiding (in); 3. aansluiting op buffervat (in en uit) voor buffering van warmte; Boven de onderste rij aansluitingen zijn te vinden: 4. aansluiting voor elektriciteit (uit); 5. aansluiting op een beheersysteem via internet. Met deze verbinding is het mogelijk om de brandstofcel extern te monitoren en besturen.

-Foto 3- De achterkant van de brandstofcel met de aansluitingen

(duurste warmte in huis) is echter het gebruik voor warm tapwater (60-70°C); in dat geval kan volstaan worden met een 200 liter buffer.

De warmtebuffer (zoals afgebeeld in foto 1) is twee keer zo groot omdat er twee brandstofcellen zijn aangesloten.

Brandstofcellen zijn vrij stil, dus geschikt voor toepassing in huishoudens en te plaatsen op typische hr-ketellocaties zoals op zolder, in de kelder of in een bijkeuken. De apparaten kunnen vanwege hun gewicht echter niet aan de muur hangen, maar zullen op de grond geplaatst moeten worden. Wel zijn ze modulair opgebouwd en daardoor relatief makkelijk in stukken naar de zolder (of een andere locatie) te transporteren.

ENERGIEBRON Vanuit energetisch perspectief gezien is de SOFC een converter die uit waterstof (H2) elektrische energie haalt (zoals in het artikel in

de januari-uitgave al uitgelegd). De gebruikte apparaten zijn echter ontworpen om gebruikt te worden in een aardgasinfrastructuur. In het totale apparaat wordt eerst aardgas omgezet (gekraakt) naar waterstof, wat vervolgens aan de brandstofcel wordt toegevoerd. Daarna wordt dit waterstof omgezet naar de voor ons relevante energievormen elektriciteit en warmte.

In de afgebeelde apparaten wordt met ‘steamreforming’ CH4 gekraakt. Er worden één C en vier H’s gemaakt; minder C-uitstoot is niet mogelijk. Vergeleken met andere vormen van energieopwekking in het Nederlandse net (waarbij voornamelijk met kolen stroom wordt gemaakt) zit de winst in de hogere efficiëntie van opwekking en een zeer lage uitstoot van koolstof (CO2).

Alle aansluitingen van deze brandstofcelunit zijn op de achterkant van de installatie aangebracht (zie foto 3).

15

21-4-2014 10:35:53

PRIJS... NOG TE HOOG Op dit moment zijn de brandstofcellen nog te hoog geprijsd om breder ingezet te kunnen worden. Dit geldt zeker voor de gemiddelde woningeigenaar. Toepassingen zijn momenteel terug te vinden in gebouwen als noodstroomvoorziening of als duurzaam alternatief in de utiliteit waar een relatief grote vraag is naar elektriciteit en een relatief kleine vraag naar warmte (is er een relatief grote warmtevraag en een lage elektriciteitsvraag dan kan in veel gevallen beter een traditionele WKK worden toegepast).

Ontwikkelingen op de wereldmarkt – in Duitsland en Engeland gelden er hoge subsidies en in Japan zijn brandstofcellen gemeengoed – zullen, naar verwachting, de productievolumes snel doen stijgen en de prijs de komende jaren fors doen dalen. Voor de Nederlandse installatie branche zal het ook van belang zijn dat de brandstofcellen in bekendheid toenemen en vaker worden ingezet als duurzaam alternatief; pas dan zal ook de toepassing in installaties ook in Nederland een vlucht nemen.

DUURZAAM… OF ZEER EFFICIËNT? Deze brandstofcellen werken op gas, dat gas decentraal (op locatie) gebruikt wordt.

Gegeven de efficiëntie van 60% voor de productie van elektriciteit en ongeveer 25% als mogelijke zinvolle inzet van warmte, wordt een totaalrendement van 85% bereikt op de verbrandingswaarde van aardgas. Dit is zeer efficiënt.

Met dit rendement is de toepassing van brandstofcellen als decentrale energiebron vergelijkbaar met de toepassing van een stoom- en gasturbine (met een huidig maximaal rendement van ongeveer 60%) aangevuld met stadsverwarming. Het verschil is wel dat de warmte uit deze energiebronnen nog naar de huishoudens gebracht moet worden, wat vaak met significante warmteverliezen gepaard gaat.

Het efficiënt kunnen omzetten van aardgas op decentrale locaties naar andere energievormen wordt natuurlijk nog interessanter als dit gecombineerd kan worden met (lokaal) opgewekt groen gas. Eén van de onderzoeklocaties (RenQi: www.RenQi.nl ) van de Hanzehogeschool werkt aan deze combinatie van groen gas en brandstofcellen.

GAS- EN ELEKTRICITEIT De meeste huishoudens in Nederland zijn aangesloten op zowel het elektriciteits- als aardgasnet. Hoewel natuurlijke aardgasvoorraden op termijn zullen afnemen, zal de aardgasinfrastructuur nog geruime tijd belangrijk

16

TM0514_schrauwen_2192.indd 16

zijn. Daarnaast wordt momenteel gewerkt aan Power2Gas-technologieën om synthetisch aardgas te produceren. Dit gebeurt al in Noord Duitsland; E.ON zet op momenten overtollige stroom van Noordzeewindparken om in waterstof en voedt hiermee het aardgasnet. Als het produceren van synthetisch aardgas een succes is, kan de bestaande aardgasinfrastructuur ook in de verdere toekomst nog gebruikt worden om energie – in de vorm van gas – naar huishoudens te transporteren.

WISSELENDE PATRONEN De elektriciteitsconsumptie van een gemiddeld huishouden is ongeveer 3.500 kWh op jaar-basis. Met een brandstofcel die het hele jaar aan staat kan ongeveer 13.000 kWh geproduceerd worden; genoeg dus voor ongeveer vier huishoudens. Echter, als we iets nauwkeuriger de praktijksituatie onderzoeken zien we dat gedurende de dag een huishouden heel wisselende patronen kan vertonen, met een basislast van ongeveer 300 W en af en toe kleine en grote pieken als zwaardere apparaten (zoals wasmachines, waterkokers of elektrische verwarming) worden aangezet. Deze pieken zijn regelmatig hoger dan de 2 kW die de brandstofcel kan produceren. Op dit soort momenten is het noodzakelijk om elektriciteit uit andere bronnen te halen. ’s Nachts is het gebruik in een huishouden meestal weer flink lager en zou het wenselijk zijn om een brandstofcel in huis terug te kunnen regelen.

OP WIJKNIVEAU De netbeheerder werkt standaard met een waarde van 1.5 kW per huishouden als het gaat om de vermogens, kabeldikte, etc. Een huishouden kent vreemde pieken in de elektriciteitsbehoefte. Maar wanneer meerdere huishoudens (zoals in een woonwijk) gecombineerd worden, vlakken deze pieken af tot een gebruikspatroon van dag en nacht (ook avond).

Iets dergelijks geldt ook als de energie met zonnepanelen wordt opgewekt. Een dag met wisselende bewolking laat voor één huis dan een grillig patroon zien. Meerdere huizen die met elkaar gecombineerd zijn laten een vlakker patroon zien, omdat ze niet op hetzelfde moment last ondervinden van de wolken.

Deze patronen zijn van belang voor de SOFC’s als ze op wijkniveau ingezet worden.

Fluctuaties op transformatorniveau zijn immers van belang. Een groep brandstofcellen kan ingezet worden om vlakkere gebruikspatronen van de woonwijk te produceren, om zo op wijkniveau het gebruik en de productie van elektriciteit uit te kunnen balanceren.

dit moment voor de woningbouw is de eerder genoemde Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). Dit vanwege de relatief eenvoudige inpassing in bestaande brandstofinfrastructuren.

Momenteel zijn er voor individuele ‘typische’ woningen nog geen werkbare business cases denkbaar. Maar voor extremere situaties, zoals de grootverbruikende particulier (of MKB) met een consumptie van rond de 13.000 kWh per jaar, is de SOFC mogelijk wel interessant.

Dit soort inzet verlangt dat de brandstofcel bijna volcontinu op vol vermogen energie produceert. Een typisch huishouden kent vele pieken en dalen in het elektriciteitsgebruik per dag, waarbij gemiddeld 1,5 kW elektriciteit wordt gebruikt. De huidige commercieel verkrijgbare brandstofcellen kunnen zonder aanvullende randapparatuur de pieken en dalen van een afzonderlijk huishouden niet volgen. Als de pieken en dalen van huishoudens op wijkniveau worden bekeken, dan wordt zichtbaar dat deze afvlakken. Om die reden is een brandstofcel – zonder dergelijke aanvullende randapparatuur – beter op wijkniveau inzetbaar.

Op een zelfde wijze worden brandstofcellen ingezet als energievoorziening voor industriële processen. Hierbij wordt vaak gebruik gemaakt van waterstof als brandstof dat vrijkomt als afvalproduct uit een industrieel proces. Veel industriële processen kennen een gelijkmatige behoefte aan elektrische energie, waardoor onnodig schakelen en moduleren van de brandstofcel wordt voorkomen.

Brandstofcellen zijn op dit moment het kansrijkst in de industriële sector als continue energievoorziening of als noodstroomvoorziening en als wijkgebonden elektriciteitsvoorziening.

Het is de verwachting dat – door ontwikkelingen op de wereldmarkt – de prijs van brandstofcellen in de toekomst zal verminderen, en daardoor een groter aantal toepassingen van brandstofcellen zal worden gevonden. Het valt daarom te verwachten dat brandstofcellen ook in Nederland steeds vaker onderdeel van installaties zullen worden.

INTERESSANTE LINKS - de Bluegen van Ceramic Fuell Cells, zie http://www.bluegen.info/ voor meer informatie, ook in het Nederlands; - http://www.gasterra.nl/nieuws/gasterrabetrokken-bij-uniek-brandstofcellen-enzonnepanelenproject; - http://www.isso-kenniskaarten.nl/kenniskaart/elektrische-installaties/brandstofcel/ brandstofcellen-(werking); - www.i-balance.org<http://www.i-balance. org>

CONCLUSIES De meest praktisch bruikbare brandstofcel van

TVVL Magazine | 05 | 2014 ENERGIEOPWEKKING

21-4-2014 10:35:53

TM0514_17_intergas.indd 17

23-4-2014 14:57:04

Een technische vraag?

Energiebesparing in utiliteitsgebouwen De bestaande utiliteitsgebouwen in Nederland zijn niet optimaal energie efficiënt.

Het verbeteren van de efficiëntie kan – naast een verminderde CO2-uitstoot – ook tot een financiële besparing leiden. De auteur deed tijdens haar studie Bouwkunde aan de TU/e onderzoek naar het benutten van energiebesparingskansen binnen het bestaande onderhoudsproces van utiliteitsgebouwen.

M. (Marieke) Oosterbaan MSc, HaskoningDHV Nederland B.V. Hoeveel procent van het (gebouwgebonden) energiegebruik kan er in utiliteitsgebouwen in Nederland bespaard worden als we de energie efficiëntie van installaties en de gebouwschil vergroten? In het afgelopen decennium hebben meerdere overheids- en onderzoeksorganisaties, zoals ECN, PBL, en de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (voorheen Agentschap NL), de technische energiebesparingspotentie van de Nederlandse utiliteitsgebouwen in kaart gebracht. Hoewel de onderzoeksmethoden en daarmee de exacte besparingspercentages uiteenlopen, is een potentieel om energie te besparen op het gebouwgebonden gebruik van maar liefst 30% aannemelijk. Allereerst is het benutten van deze energiebesparingsmogelijkheden vanuit een sociaalecologisch oogpunt essentieel, gezien een verlaagd energiegebruik een eerste stap is om de CO2-emissie te verlagen en hiermee het broeikaseffect tegen te gaan (stap 1 van de Trias Energetica). Daarnaast maken de financiële besparingen die gepaard gaan met verlaagd energiegebruik, het besparingspotentieel vanuit een bedrijfseconomisch oogpunt tevens interessant.

Het besparingspotentieel kan op een efficiënte manier benut worden door aandacht voor energie efficiëntie in te bedden in bestaande processen zoals onderhoud. Andersom gezien betekent dit dat onderhoud kansen biedt om gebouwen energie efficiënter te maken. Door bijvoorbeeld besparingsmaatregelen te nemen op de natuurlijke momenten van vervanging

18

TM0514_oosterbaan_2188_2.indd 18

of door onderhoudswerkzaamheden in de tijd naar voren te schuiven, kunnen op een kostenefficiënte manier besparingen gerealiseerd worden. Deze benadering van gebouwonderhoud is al enkele jaren bekend, toch laat de praktijk zien dat deze aanpak niet voor elk gebouw of elke organisatie vanzelfsprekend is. Het beheren van vastgoedobjecten is veelal een secundaire bedrijfsactiviteit waarvoor doorgaans minimale uitgaven worden gedaan om het functioneren van het gebouw in stand te houden. In de praktijk zorgt dit ervoor, zeker gezien het huidige economische klimaat, dat er binnen het traditionele doel van gebouwonderhoud weinig aandacht is voor energie efficiëntie. Genoeg aanleiding voor een afstudeerthema waarin antwoord gezocht is op de vragen hoe gebouwonderhoud naast functionele instandhouding gericht kan zijn op een verbetering van de energie efficiëntie en wat deze focus tot resultaat heeft.

CASESTUDIE Een belangrijk onderdeel in het onderzoek is een casestudie naar het stadhuis van Gemeente Nijmegen. Voor dit gebouw uit 1982 is onderzocht welke resultaten er bereikt worden als er besparingsmaatregelen ingebed worden in de onderhoudsplanning. Aan de hand van het actuele onderhoudsplan, energieonderzoek en gebruikersinformatie zijn tien maatregelen geselecteerd. Deze maatregelen betreffen bijvoorbeeld het aanbrengen van (dak)isolatie, het gebruik van toerengeregelde

pompen en ventilatoren, en het terugwinnen van warmte en vocht door het gebruik van een warmtewiel in de luchtbehandelingskast. Voor vrijwel alle maatregelen is er gekozen voor implementatie op een natuurlijk onderhoudsmoment, zoals het aanbrengen van dakisolatie op het moment dat de dakafwerking vervangen wordt. Dit heeft tot resultaat dat er in de jaren 2013 t/m 2022 aanpassingen zijn gedaan in de onderhoudsplanning. Met deze maatregelen wordt uiteindelijk een aanzienlijke energie- en financiële besparing bereikt: het elektriciteitsverbruik daalt met 8% en het gasverbruik met 32%. Dit zorgt voor een daling van de CO2-uitstoot van 20% en een verbetering van het Energielabel van label G naar D. Een kostenberekening laat zien dat over een periode van 20 jaar in het traditionele scenario de exploitatiekosten voor onderhoud en energie van het stadhuis circa €10,5 miljoen euro zouden bedragen. In de energie-efficiëntevariant, waar de verbetermaatregelen ingebed zijn, bedraagt dezelfde kostenpost maar €10 miljoen euro. Omgerekend houdt dit in dat er €2,- per m2 per jaar meer aan onderhoud uitgegeven wordt, waardoor de energiekosten dalen met €4,- per m2 per jaar.

TECHNIEK GEEN BARRIÈRE In de praktijk lijken de voordelen die de energiebesparingsmaatregelen opleveren niet altijd genoeg reden om tot uitvoering over te gaan.

Er bestaat een ogenschijnlijke tegenstelling (ook wel de energieparadox genoemd) als we

TVVL Magazine | 05 | 2014 ENERGIEBESPARING

21-4-2014 10:40:27

de potentiële (financiële) besparing naast de lage mate van uitgevoerde besparingsmaatregelen zetten. De casestudie in Nijmegen laat zien dat met relatief simpele technische ingrepen een groot effect bereikt kan worden.

Daarnaast zien we dat de benodigde investeringen zich ruimschoots terugbetalen en dus de totale exploitatiekosten structureel lager zijn. Bij de gemeente Nijmegen is de aandacht voor energiebesparing en verduurzaming van het vastgoed inmiddels diep geworteld in de organisatie. Dit is niet het geval voor alle collega gemeenten of andere type vastgoedeigenaren en gebruikers. Verklaringen voor de energieparadox zijn talloos en divers van aard en zijn hoofdzakelijk in te delen in financiële en organisatorische redenen. Opvallend is dat de techniek veelal geen barrière vormt in het benutten van het besparingspotentieel.

De belangrijkste verklaringen waarom besparingsmaatregelen niet doorgevoerd worden zijn te vinden op financieel vlak. Allereerst is de financiële besparing die gerealiseerd kan worden in utiliteitsgebouwen, in tegenstelling tot bijvoorbeeld in woningen, percentueel gezien minimaal ten opzichte van de totale geldstroom binnen de organisaties of bedrijven die de gebouwen in gebruik en/of in eigendom hebben. Dit betekent dat er geen urgentie is om de besparingen te benutten. Is de urgentie er wel, dan zijn onder andere de grootte van de benodigde investering om de besparingen te realiseren en de split incentive die aanwezig is tussen eigenaar en gebruiker alom bekende barrières. Hiernaast zijn organisatiegerelateerde voorwaarden nodig om besparingsmaatregelen te kunnen treffen. Denk hierbij aan bijvoorbeeld het inzicht in het werkelijk energiegebruik en de beschikbaarheid van accurate informatie over het gebouw en installaties. Deze voorwaarden klinken voor de hand liggend, echter blijken praktijksituaties lang niet altijd aan deze voorwaarden te voldoen.

BESPARINGSKANSEN Binnen het afstudeeronderzoek is hoofdzakelijk gefocust op twee van de stappen die doorlopen dienen te worden om besparingsmaatregelen te implementeren, namelijk het identificeren van energiebesparingskansen en het beoordelen van deze kansen. Voor beide stappen geldt dat er verscheidene aanpakken mogelijk zijn. De (mogelijke) inefficiënties in het gebouwgebonden energiegebruik kan op verschillende abstractieniveaus vastgesteld worden. Denk hierbij aan het benchmarken van het energiegebruik ten opzichte van een vergelijkbaar gebouw, maar er kan ook een inspectiemethode gebruikt worden zoals de RgdBOEI-methodiek zodat het onderhouden energie-efficiëntieniveau in één inspectie

TVVL Magazine | 05 | 2014 ENERGIEBESPARING

TM0514_oosterbaan_2188_2.indd 19

vastgelegd worden. In de praktijk wordt tevens veel gebruik gemaakt van gestandaardiseerde lijsten met besparingsmogelijkheden, aangereikt door bijvoorbeeld overheidsinstanties of adviesorganisaties. De beoordeling van besparingsmaatregelen is in de praktijk vaak financieel gedreven. Noemenswaardig is de groeiende waarde die gehecht wordt aan de zichtbaarheid van de maatregelen en de impact die maatregelen op het duurzaamheidsimago hebben.

In voorgaande omschrijving van het identificatieproces en beoordelingsproces zijn drie belangrijke aandachtspunten die toelichting behoeven. Voorop staat dat het identificeren van besparingsmaatregelen voor elk gebouw maatwerk is. In de laatste jaren zijn er lijsten met standaardmaatregelen opgesteld waar zelfs normkosten en rendementsgetallen aan gekoppeld zijn. Voor een grote gebouwvoorraad bieden gestandaardiseerde lijsten een laagdrempelige manier om verbetermaatregelen te selecteren. Het gebruik van dergelijke lijsten brengt echter het risico met zich mee dat rendabele maatregelen of innovatieve oplossingen die specifiek geschikt zijn voor het geanalyseerde gebouw niet meegenomen worden. Ten tweede is een continue schakeling tussen de doelstelling achter het gebouw en de techniek van belang. Het gebruik van een gebouw is, afhankelijk van de eigenaar en/of gebruiker, uniek. Verandert het gebouw in kwestie binnenkort van functie? Dan is het wellicht verstandig om al rekening te houden met bijvoorbeeld de verandering in warmtevraag of manier van ventileren. Zijn er momenteel comfortklachten? Vanuit onderhoud en verduurzaming kan hierop ingespeeld worden. Zelfs de vraag waarom het gebouw in eigendom is of blijft is van belang.

Het beantwoorden van voornoemde vragen kan betekenen dat besparingsmaatregelen bewust niet genomen worden, als bijvoorbeeld bekend is dat de gebruiker het gebouw gaat verlaten. Het kan ook betekenen dat er ingespeeld wordt op veranderingen in de toekomst, waardoor er bijvoorbeeld toegewerkt wordt naar gebruik van stadsverwarming. Een derde aandachtspunt is het gebruik van de simpele terugverdientijd in haalbaarheidsberekeningen. De simpele terugverdientijd is vandaag de meest gebruikte methode om een maatregel financieel te beoordelen maar geeft geen realistisch beeld. Binnen het onderzoek is gebruik gemaakt van de netto-contantewaardeberekening (NCW) in combinatie met Lifecycle Costing. Door de NCW te berekenen van alle veranderende lasten en baten van de energie efficiëntie verbeterende maatregelen ten opzichte van het actuele scenario volgt

Casestudie resultaat

het overzicht of de maatregel financieel gezien de moeite waard is. Deze aanpak is voor de casestudie gehanteerd. Is de NCW positief?

Dan wordt de maatregel geïmplementeerd. Dit betekent namelijk dat de kosten voor de maatregel over de gehele levensduur lager liggen dan de kosten van de huidige aanpak.

UITDAGINGEN De uitdagingen op het gebied van energiebesparingen in de utiliteitsbouw zijn te herleiden naar een grote uitdaging: het inbedden en verankeren van de aandacht voor duurzaamheid in bestaande processen. Hierbij is het belangrijk op te merken dat het energiegebruik en de mogelijke besparingen een van de meest tastbare duurzaamheidsonderwerpen is maar dat het gebouw tevens andere duurzaamheidskansen biedt die niet belicht zijn in het onderzoek. Wordt er gekeken naar energiebesparingsmogelijkheden dan is het essentieel dat in keuzeprocessen een levenscyclusoriëntatie gebruikt wordt, zodat beslissingen gebaseerd worden op een realistisch en compleet beeld. Daarnaast worden het energiegebruik van een gebouw en bijhorende energiekosten nog teveel gezien als een gegeven in plaats van een kostenpost waar actief op gestuurd kan worden. Nemen organisaties deze levenscyclusoriëntatie over en wordt het energiegebruik een prestatie-indicator dan zal er een verschuiving gaan plaatsvinden. Op dit moment moeten we veelal verklaren waarom er vandaag ‘extra’ uitgaven gedaan worden.

De verschuiving zal betekenen dat we moeten verklaren waarom we de besparingen die we straks kunnen realiseren niet vandaag mogelijk maken door een additionele uitgave te doen.

In het voorbeeld van het stadhuis betekent dit dat we vandaag moeten gaan verantwoorden waarom we voor het traditionele (en dus duurdere en niet energiezuinige) onderhoudsplan kiezen in plaats van het duurzame plan.

De rol van adviseurs en specialisten is bij het aangaan van de gestelde uitdagingen hoe dan ook essentieel. Vraagt u zich eens af, hoeveel procent energiegebruik kan er in de gebouwen waarmee u in aanraking komt bespaard worden? En wat is er binnen de organisatie nodig om dit daadwerkelijk mogelijk maken?

Het vinden van oplossingen zal niet neerkomen op het vinden van passende maatwerkoplossingen op technisch gebied, maar voornamelijk op het vinden van oplossingen op organisatorisch en financieel vlak.

19

21-4-2014 10:40:28

4 liter closetspoeling blijft kritisch (2) Als onderdeel van het TVVL ST-beleidsplan wordt door de Expertgroep Sanitaire Technieken deelgenomen aan het jaarlijkse CIB-W062 symposium. CIB staat voor International Council for Research and Innovation in Building and Construction.

Het congres dient om wereldwijd kennis uit te wisselen op het gebied van sanitaire installaties. In september 2013 organiseerde de universiteit van Nagano in Japan het symposium. Deelnemers uit verschillende landen presenteerden de resultaten van hun onderzoek. De universiteit van Aveiro en de Anqip hebben onderzocht waartoe een reductie van het spoelvolume leidt in de closetpot en de afvoerleidingen [1]. TVVL Magazine van september 2013 publiceerde eerder een artikel onder dezelfde titel.

Silva-Afonso, Universiteit van Aveiro, Department of civil engineering, Aveiro, Portugal Vertaling en bewerking W.G. (Walter) van der Schee, Wolter & Dros te Amersfoort/TVVL Expertgroep Sanitaire Technieken, W.J.H. (Will) Scheffer, Rehva Fellow/TVVL Expertgroep Sanitaire Technieken

Vers drinkwater is wereldwijd beperkt beschikbaar. Als gevolg van de groei van de wereldbevolking en de economische ontwikkeling neemt de vraag naar drinkwater wereldwijd toe. Op dit moment leeft 40% van de wereldbevolking in gebieden met een beperkte watervoorziening en de voorspelling is dat dit percentage stijgt tot 65% in 2025. Afhankelijk van de situatie in het land en de locale omstandigheden is de eerste stap om duurzaam met drinkwater om te gaan het beperken van het gebruik en voor spoelwater gebruik te maken van grijs water en/of hemelwater. Om in Portugal duurzaam watergebruik te stimuleren heeft de Anqip (Portuguese Association for Quality and Efficiency in Building Services) [2] in 2008 een vrijwillig certificeringssysteem voor tappunten geïntroduceerd. Dit systeem werkt met labels om de consument helder te

20

TM0514_silva-alfonso_2195.indd 20

informeren en bewust te maken van het watergebruik van tappunten. Het systeem is in fases geïntroduceerd; er is gestart met waterbesparende closetreservoirs omdat de toiletspoeling verantwoordelijk is voor 40% van het huishoudelijk drinkwatergebruik in Portugal.

Maar kan men ongestraft het spoelvolume van closets reduceren of zijn er negatieve bijwerkingen in het closet en afvoersysteem?

De onderzoekers van de universiteit van Aveiro hebben de spoeling met een waterbesparend closetreservoir onderzocht en de consequenties voor de closetpot en het afvoersysteem in kaart gebracht. Eerder uitgevoerde onderzoeken in Japan tonen ook aan dat het berperken van het spoelvolume consequenties heeft voor de transportcapaciteit van het afvoersysteem [3], [4].

Dit artikel begint met uitleg over het door

de Anqip geïntroducerde labelsysteem voor waterbesparende tappunten. Vervolgens worden de testen voor de reinigende werking in de closetpot toegelicht en ten slotte de effecten in het afvoersysteem.

WATERLABELSYSTEEM De Anqip is een Portugese non-profitorganisatie opgericht in 2007. De doelstellingen van de Anqip zijn het promoten van de kennis rond drinkwater, het stimuleren van het duurzaam gebruik van drinkwater en gebouwinstallaties.

De leden zijn afkomstig vanuit verschillende geledingen; universiteiten, bedrijven en waterleidingbedrijven.

Anqip introduceerde een paar jaar geleden een vrijwillig labelsysteem voor de consument voor efficiënt watergebruik, zoals getoond in figuur 1. Het label A representeert de tappunten met

TVVL Magazine | 05 | 2014 SANITAIRE TECHNIEK

21-4-2014 10:44:55

het laagste (meest efficiënte) watergebruik en wordt zoveel mogelijk gestimuleerd. De A+ en A++ beoordeling zijn bedoeld voor speciale toepassingen of voor aanduidingen in regelgeving en richtlijnen. Anqip heeft technische specificaties opgesteld voor diverse producten en ontwikkelde daarmede een noodzakelijk tool waarmee producten van verschillende fabrikanten vergelijkbaar zijn. De technische specificaties beschrijven eveneens de testmethode om te bepalen of een tappunt gecertificeerd kan worden en op welk niveau. Bedrijven die akkoord zijn met het certificeringssysteem gaan eveneens akkoord met het door de Anqip opgestelde testprotocol. Anqip toetst het proces door producten steekproefsgewijs te testen. De testen worden uitgevoerd door een geaccrediteerd laboratorium.

V.l.n.r. Silva-Afonso, Walter van der Schee en Will Scheffer

-Figuur 1- Anqip labels voor waterbesparing bij closetpotten

LABELS CLOSETRESERVOIRS Het watergebruik door closetspoeling bepaalt voor een groot deel het watergebruik door consumenten. Dat is voor de Anqip de reden om closetreservoirs prioriteit te geven voor het opzetten van een labelsysteem. Europa beschikt over de norm EN 14055:2007 [5] voor spoelreservoirs voor closets en urinoirs. Deze norm specificeert het ontwerp, de prestatieeisen en de testmethode voor deze reservoirs.

Uitgangspunt van de Anqip is dat de Portugese testmethode zoveel mogelijk aansluit bij deze norm.

Voor het labelsysteem onderscheidt de Anqip twee soorten closetreservoirs: - bediening met spoelonderbreker, bij de eerste keer drukken start het spoelen en bij de tweede keer drukken stop het spoelen; - bediening met twee toetsen, een toets activeert een volledige spoeling en een tweede toets activeert een gereduceerd spoelvolume. Het gereduceerde spoelvolume is niet groter dan twee derde van het volledige spoelvolume.

Tabel 1 toont de indeling zoals gedefinieerd in Technische specificatie 0804 [6] van de Anqip. Het minimaal toegestane spoelvolume in de huidige installaties is gebaseerd op de prestatie tijdens het spoelen van de schotel in de closetpot. Dit heeft te maken met hygiëne en veiligheid voor de volksgezondheid. Het gebruik van 4-liter reservoirs zou kunnen leiden tot een beperkte transportafstand in de afvoerleidingen met als gevolg verstoppingen.

Door te testen worden de risico’s vastgesteld en kunnen aangepaste criteria worden opgesteld voor het ontwerp van het afvoersysteem bij toepassing van 4-liter spoelreservoirs.

Belangrijk is de juiste afstemming tussen closetpot en spoelreservoir. De geometrie van de schotel in een closetpot wordt ontworpen

TVVL Magazine | 05 | 2014 SANITAIRE TECHNIEK

TM0514_silva-alfonso_2195.indd 21

-Figuur 2- Anqip labels voor waterbesparing met de waarschuwing om een geschikt closet te gebruiken

Spoelvolume (liter)

Bediening

Rangorde

Maximum spoelvolume (liter)

Minimum spoelvolume (liter)

4,0

Twee toetsen

A++

4,0 – 4,5

2,0 – 3,0

5,0

Twee toetsen

A+

4,5 – 5,5

3,0 – 4,0

6,0

Twee toetsen

A

6,0 – 6,5

3,0 – 4,0

7,0

Twee toetsen

B

7,0 – 7,5

3,0 – 4,0

9,0

Twee toetsen

C

8,5 – 9,0

3,0 – 4,5

4,0

Spoelonderbreker

A+

4,0 – 4,5

-

5,0

Spoelonderbreker

A

4,5 – 5,5

-

6,0

Spoelonderbreker

B

6,0 – 6,5

-

7,0

Spoelonderbreker

C

7,0 – 7,5

-

9,0

Spoelonderbreker

D

8,5 – 9,0

-

4,0

Een toets

A

4,0 – 4,5

-

5,0

Een toets

B

4,5 – 5,5

-

6,0

Een toets

C

6,0 – 6,5

-

7,0

Een toets

D

7,0 – 7,5

-

9,0

Een toets

E

8,5 – 9,0

-

-Tabel 1- Categorie indeling van de Anqip van waterbesparende reservoirs

21

21-4-2014 10:44:57

op een bepaald spoelvolume. Een 4-liter spoeling vereist een daarvoor speciaal ontwikkelde closetpot.

De Anqip voegde de waterbesparende closetreservoirs met de categoriën A+ of A++ toe aan het overzicht met waterbesparende closetreservoirs maar met de verplichting dat de fabrikant op het label de consument waarschuwt dat deze spoelreservoirs alleen mogen worden gebruikt in combinatie met een speciaal daarvoor ontwikkelde closetpot. In figuur 2 is te zien dat het label met een waarschuwing is uitgebreid.

ONDERZOEK TRANSPORTAFSTAND Het onderzoek naar de stroming in afvoerleidingen is complex. Dat komt omdat er veel variabelen een rol spelen bij de spoeling van de closetpot en de stroming in de afvoerleiding; het reservoir, de valbuis tussen reservoir en closetpot, de vorm van de closetpot, de fecaliën en het toiletpapier wat gedurende de stroming vervormt. Het proces start meteen nadat water in de schotel van de closetpot stroomt en vervolgens een mengsel van water, fecaliën en toiletpapier in de afvoerleiding terechtkomt. Hoeveel van de gedeponeerde vaste stoffen (fecaliën) via het waterslot van de closetpot in de afvoerleiding terechtkomt is afhankelijk van het volume spoelwater, de vorm van de schotel, de massa van de vaste stoffen en de vervormbaarheid ervan. In principe geldt, hoe groter het spoelvolume, des te beter is de reiniging van de schotel van de closetpot en de transportafstand van de vaste stoffen in het afvoersysteem. Hoe meer water langs de vaste stoffen in de schotel van de closetpot stroomt des minder water is beschikbaar voor het transport van de vaste stoffen in het afvoersysteem. Dit proces is reeds beschreven in een studie uitgevoerd door J.A. Swaffield [7]. De transportafstand in de liggende afvoerleiding is afhankelijk van de afmeting van de vaste stoffen, de hoeveelheid spoelwater, de middellijn van de leiding, het afschot en het aantal bochten.

De Portugese regelgeving en richtlijnen over afvoersystemen dateert uit een tijd dat er nog geen sprake was van waterbesparende closets en gaan dus niet in op het toepassen van geringe spoelvolumes.

TESTOPSTELLING TRANSPORTAFSTAND In Portugal worden de afvoersystemen ontworpen volgens de Europese norm EN 12056-2 (System I). Voor het onderzoek is verder gebruik gemaakt van de normen EN 14055:2007 en EN 997:2012.

De testen zijn uitgevoerd met een spoelvolume

22

TM0514_silva-alfonso_2195.indd 22

-Figuur 3- Testopstelling met closet en de horizontale afvoerleiding

van 6 en 4 liter, leidingen met een handelsmiddellijn van 110 en 90 mm en een leidingafschot variërend tussen de 10 tot 40 mm/m. Figuur 3 toont de testopstelling. Op een frame is een closetpot met reservoir gemonteerd met daaronder een liggende afvoerleiding.

Het closetreservoir met een spoelvolume van 6/3,5 liter komt overeenkomt met de classificatie A volgens de Anqip en het closetreservoir met een spoelvolume van 4/2,5 liter komt overeen met de categorie A++. De voor de test gebruikte closetpot voldoet aan EN 997:2012.

De lengte van de verticale toestelleiding tussen de uitlaat van het closet en de liggende leiding is 0,4 meter. De afvoerleiding is gemonteerd aan staanders waardoor het eenvoudig is het afschot aan te passen. De lengte van de afvoerleiding 110 mm is 10,5 meter en van de leiding 90 mm 10,3 meter. Voor de test is transparante acryl buis gebruikt om het proces in de buis goed te kunnen observeren.

De spoellichamen volgens de EN 997:2012 zijn gevuld met gelatine in plaats van water om de juiste massa te krijgen. Er zijn twee spoellichamen gebruikt. Het eerste spoellichaam heeft een omvang van 40 cm3 en een massa van 110 g en het tweede een omvang van 53 cm3 en een massa van 160 g. Voor de test zijn twee soorten papier gebruikt met stukken met een lengte van 2,4 meter.

De test om de transportafstand van de spoellichamen te bepalen is uitgevoerd door de twee spoellichamen met closetpapier in de schotel van de closetpot te leggen en de spoeling te activeren. Na de spoeling is de transportafstand van de spoellichamen in de afvoerleiding gemeten (zie figuur 4).

TEST REINIGEN SCHOTEL Naast het meten van de transportafstand

-Figuur 4- Spoellichamen in de transparante buis

hebben de onderzoekers de spoelwerking in de closetpot bij de 4 liter en 6 liter spoeling onderzocht. De spoelwerking geeft aan hoe effectief de reinigende werking in de schotel van de closetpot is. Het spoelwater wordt bovenaan de achterzijde van de pot ingevoerd en dusdanig in de spoelrand verdeeld, dat urine, faeces en toiletpapierdoor de kracht van de waterstroom worden meegespoeld en verwijderd. EN 997:2012 schrijft een test met

TVVL Magazine | 05 | 2014 SANITAIRE TECHNIEK

21-4-2014 10:44:58

50 balletjes voor waarbij minimaal 85% van de balletjes uit de schotel verwijderd moeten worden. De 6-liter spoeling voert 85,2% van de balletjes af; de 4-liter spoeling 81%, hetgeen niet overeenkomt met de gestelde prestatie-eis.

TESTRESULTATEN Figuur 5 toont de meetresultaten van de testen met de middellijn 110 mm. Het afschot van de leiding heeft duidelijk invloed op de transportafstand.

Bij een afschot van 1% (10 mm/m) is de transportafstand bij een 6-liter spoeling groter dan van de 4-liter spoeling. Bij een 4-liter spoeling kan de transportafstand slechts ongeveer 5 meter bedragen terwijl de transportafstand bij de 6-liter spoeling over het algemeen wat groter is met een maximum van 10,5 meter, het einde van de leiding. In figuur 5 is ook te zien dat naarmate het afschot van de leiding toeneemt, ook de transportafstand toeneemt, zowel voor de 4-liter als 6-liter spoeling.

Een vergelijkbare trend is zichtbaar in figuur 6 voor de leiding met een middellijn van 90 mm.

Bij 1% afschot varieert de transportafstand bij een 4-liter spoeling tussen de 5 en 10 meter, terwijl de spoellichamen bij een 6-liter spoeling een transportafstand bereiken van 8 tot 10,3 meter, het einde van de leiding. In vergelijking met de leiding 110 mm is de tranportafstand in de leiding met een middellijn van 90 mm groter bij een afschot van 2% of 3%.

Uit de testen blijkt duidelijk dat een 4-liter spoeling in de liggende leiding een kortere transportafstand heeft dan met een 6-liter spoeling en dat een afschot van 2% of meer leidt tot een grotere transportafstand.

De onderzoekers vonden geen groot verschil in transportafstand tussen het lichte en zware spoellichaam. Zij verklaren dat door het gebruik van het toiletpapier. Het toiletpapier omsluit het spoellichaam en door de drijvende kracht van het water stroomt de combinatie van spoellichaam en toiletpapier door de leiding.

CONCLUSIES Waterbesparing is een populair onderwerp in de politiek en de markt vraagt erom. Groene labels als Breeam en LEED honoreren een klein spoelvolume met extra punten waardoor opdrachtgevers gestimuleerd worden deze toestellen toe te passen. De door de Anqip uitgevoerde test toont aan, evenals andere (buitenlandse) onderzoeken, dat de toepassing van waterbesparende closetspoelingen consequenties heeft voor het afvoersysteem.

Voor een 6-liter spoeling leidt een afschot van 1% van een 90 mm leiding tot aanvaarbare transportafstanden.

TVVL Magazine | 05 | 2014 SANITAIRE TECHNIEK

TM0514_silva-alfonso_2195.indd 23

-Figuur 5- Transportafstand in de buis DN 110 in relatie tot het afschot.

-Figuur 6- Transportafstand in de buis DN 90 in relatie tot het afschot

Het gebruik van een 4-liter spoeling vereist een leiding met een middellijn van 90 mm en een afschot van meer dan 2% wil men een transportafstand bereiken van 8 meter. De onderzoekers zien deze toepassing als mogelijk geschikt voor de woningbouw maar minder voor de utiliteitsbouw.

De bouwkundige situatie moet het vereiste afschot wel toelaten. Heeft men niet de beschikking over voldoende hoogte om het afschot te creëren en is men genoodzaakt zich te beperken tot een kleiner afschot, dan is de maximaal toegestane lengte van de liggende leiding circa 5 meter. De onderzoekers raden af een spoelvolume van 6 of 4 liter te combineren met een leiding van DN 110 mm.

Uit de test bleek dat de spoelwerking van de closetpot met 4 liter niet voldoet aan de in de EN 997:2012 gestelde eis dat 85 % van de balletjes worden weggespoeld. Voor 4-liter spoeling moet een daarvoor ontworpen closetpot worden toegepast.

REFERENTIES EN LITERATUUR 1. A. Silva-Afonso; Implications of reduced flush volumes in building drainage: An experimental study; CIB W062 2013 Water Supply and Drainage for Buildings.;

Department of Civil Engineering, University of Aveiro, and Anqip, Portugal 2. Anqip, National Association for Quality and Efficiency in Building Services, Portugal 3. Cheng, C. L. [et al], Simulation of solid transportation and regulation for main drain system in Taiwan, In Proceedings of the CIB W062 2011 – Water Supply and Drainage for Buildings. Aveiro, Portugal, 2011 4. Swaffield, J. A. And McDougall, J. A., The transport of deformable solids at low flush volumes within building drainage networks.

Proceedings of the CIB W062 2006 – Water Supply and Drainage for Buildings. Sydney, Australia, 2006 5. NEN-EN 14055; Sanitaire toestellen Stortbakken voor wc-potten en urinoirs.

2010 6. Anqip – Technical Specification ETA 0804 (Version 3). Coimbra, Portugal, 2012 7. Swaffield, J. A. And McDougall, J. A., The transport of deformable solids at low flush volumes within building drainage networks.

Proceedings of the CIB W062 2006 – Water Supply and Drainage for Buildings. Sydney, Australia, 2010

23

21-4-2014 10:44:59