PDT-instructieboek WPLU
PDT-instructieboek WPLU
Warmtepompen Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen
Platform Duurzame Technologie www.duurzame-technologie.nl
IBWPLU Omslag.indd 1
21-10-2014 15:04:33
Warmtepompen Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen (WPLU) Dit is een uitgave van het platform Duurzame Technologie (PDT). Het PDT draagt zorg voor het samenbrengen van de mogelijkheden voor scholing van duurzame technieken voor de technische installatiebranche. De organisaties achter het PDT zijn OTIB, ISSO, Uneto-VNI, TVVL en NL-Ingenieurs.
Het PDT-instructiemateriaal warmtepompen bestaat uit zes delen: – Warmtepompen: De basis voor monteurs - WPBM – Warmtepompen: De basis voor aspirant ontwerpers - WPAO – Ontwerpen van individuele en kleine warmtepompsystemen voor woningen - WPIW – Integraal ontwerpen van collectieve installaties met warmtepompen in woningbouw - WPCW – Integraal ontwerpen van warmtepompinstallaties voor utiliteitsgebouwen - WPWU – Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen - WPLU De realisatie van deze leergang Warmtepompen is verzorgd door de ISSO-projectgroep 778 die uit de volgende personen is samengesteld: – ing. J.C. Aerts (ISSO) – drs. J. Cromwijk (DWA Installatie- en energieadvies) – ing. W.F.G. Hooijkaas (MarktMonitor BV) – drs. W. Ladiges (OTIB) – ing. L.J.F. van der Linden (Kenteq Uitgeverij BV) – drs.ing. J.M. Verkerk (ISSO) – F.A. Vos (Uneto-VNI) Dit instructieboek is tot stand gekomen door financiering van OTIB.
‘Duurzame Technologie’ hét platform tot scholing voor de technische installatiebranche.
Meer informatie op www.duurzame-technologie.nl
Ontwerp en opmaak: Strapatz Productie en distributie: Strapatz R&P WPLU, tweede druk, mei 2012 ISBN : 978-90-818757-2-1 Aansprakelijkheid De samenstellers van deze publicatie hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het verzamelen, samenstellen en verwerken van de gegevens in deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en het PDT sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens. Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze publicatie mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar worden gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enig andere manier zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van het bestuur van het platform Duurzame Technologie.
IBWPLU Omslag.indd 2
21-10-2014 15:04:34
PDT-instructieboek WPLU
Warmtepompen Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen
Dit instructieboek is tot stand gekomen door financiering van OTIB
Inhoudsopgave Symbolenlijst 7 Grafische symbolenlijst
9
Begrippenlijst 11 Leeswijzer 13 1 Inleiding 1.1 1.2 1.3
Duurzame warmte Leergang Warmtepompen Voorwaarden voor een succesvolle warmtepompinstallatie
2 Warmtepompen 2.1
2.2
2.3
3
De markt en lucht/lucht warmtepompen 2.1.1 Verwarmen is logisch maar waarom koelen? 2.1.2 De maatschappij 2.1.3 Het binnenklimaat 2.1.4 Airconditioning 2.1.5 Warmtepompen Basisprincipe warmtepompen 2.2.1 Lage druk en temperatuur 2.2.2 Het principe van een koelproces 2.2.3 Koudemiddel 2.2.4 De warmtepomp 2.2.5 Energieoverdracht 2.2.6 Koudemiddelen lucht/lucht systemen 2.2.7 Ozone Depletion Potential (ODP) 2.2.8 Global Warming Potential (GWP) 2.2.9 Classificatie koudemiddelen 2.2.10 Total Equivalent Warming Impact (TEWI) Oefeningen
15 15 16 16
19 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20 20 21 23 24 24 24 25 25
Energie en wetgeving
27
3.1 COP en EER 3.2 Energielabel 3.3 Energy Performance Building Directive (EPBD) 3.4 Bouwbesluit 3.5 EPC-berekening 3.6 Subsidie EIA-regeling 3.7 PED 3.8 Oefeningen
27 27 28 28 29 29 32 34
4 VRF-systemen 4.1 4.2 4.3
4.4 4.5
Wat is een VRF-systeem? Scrollcompressor Diverse scroll technieken 4.3.1 Aan/uit scrollcompressoren 4.3.2 Digitale scrollcompressor 4.3.3 Inverter geregelde scrollcompressoren Elektronische expansieventielen 4.4.1 Bleeding effect) Koelen of verwarmen systemen 4.5.1 VRF-systeem alleen koelen 4.5.2 VRF-systeem koelen of verwarmen
Warmtepompen: Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen
37 37 37 38 38 38 39 39 40 40 40 40
3
4.6
5
Gelijktijdig koelen en verwarmen systemen 4.6.1 Tweepijpssysteem 4.6.2 Driepijpssysteem 4.7 Energie-uitwisseling 4.8 Ontdooien van lucht/lucht warmtepompsystemen 4.9 Flash gas 4.9.1 Strominggeleiders 4.9.2 T-stukken 4.10 Watergevoerde VRF-systemen 4.11 Gasgestookte VRF-systemen 4.12 Oefeningen
41 41 45 49 50 51 51 51 51 52 54
Ontwerp VRF-systeem
55
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
55 55 56 56 56 56 57 57 58 59 60
5.6
6
7
Koellast en transmissie Circulatievoud Geluid Uitblaaspatroon Binnenunits 5.5.1 Hoge wandunit 5.5.2 Cassette units 5.5.3 Kanaalunits 5.5.4 Plafondonderbouwunit 5.5.5 Vloerunits Oefeningen
Selecteren VRF-systemen
63
6.1 6.2 6.3
63 65 69
Capaciteitscode Leidingberekening Oefeningen
VRF-systeem integreren in totaalconcept
71
7.1
71 71 71 73 73 73 75 76 78 79
7.2 7.3 7.4 7.5 7.6
Verse lucht aansluiten op lucht/lucht warmtepomp 7.1.1 Ventilator dient altijd te functioneren 7.1.2 Inblaastemperatuur verse lucht 7.1.3 Aansluitmaat verse luchtaansluiting binnenunit Kantoor ontwerpen met vrije indeelbaarheid 7.2.1 Ozone Depletion Potential (ODP) Vloerverwarming Vloerkoeling Serverruimte Oefeningen
8 Regelingen 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7
9
4
Regeling in lucht/lucht warmtepompsystemen Noodzaak van regelen Lokale bedieningen Centrale bedieningen Klimaatbeheersystemen Koppeling met externe regelsystemen Oefeningen
81 81 81 81 82 82 83 83
Beheer en onderhoud
85
9.1
85 85 85 85 86 86 87
Onderhoud 9.1.1 Soort onderhoud 9.1.2 Onderhoudsbeleid 9.1.3 Invloed van onderhoud op levensduur 9.1.4 Invloed van onderhoud op bedrijfszekerheid 9.1.5 Conditiebepalingen en prestatiebestek 9.1.6 Klimaat-/Gebouwbeheersystemen
PDT-instructieboek WPLU
9.2
9.3
Bijlage A
Bijlage B
Onderhoud VRF systemen 9.2.1 Regelgeving 9.2.2 Reinigen in de praktijk 9.2.3 Onderhoudskosten Oefeningen
87 87 88 88 88
Antwoorden
89
A.1 A.2 A.3 A.4 A.5 A.6 A.7 A.8
89 89 90 91 91 93 94 94
Antwoorden hoofdstuk 2 Antwoorden hoofdstuk 3 Antwoorden hoofdstuk 4 Antwoorden hoofdstuk 5 Antwoorden hoofdstuk 6 Antwoorden hoofdstuk 7 Antwoorden hoofdstuk 8 Antwoorden hoofdstuk 9
Lesbladen
Warmtepompen: Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen
95
5
6
PDT-instructieboek WPLU
Symbolenlijst cp
Soortelijke warmte van water
[kJ/kg·K]
COP
Prestatiecoëfficiënt van de warmtepomp bij warmtelevering
[-]
Fwp
Bijdrage aan de warmtelevering door de warmtepomp
[-]
LI,A
Toegestaan geluidsniveau ten gevolge van de installatie
[dB(A)]
Δp
Drukverlies van de kanalen en appendages
[Pa]
qv Volumestroom
[m3/h]
V
Volume van de boiler of buffervat
[l]
Vnuttig
Nuttig volume van het boilervat
[l]
β
Bèta-factor is een maat voor de bijdrage van de warmtepomp(en) aan de totale warmtelevering
[-]
Φ Vermogen
[kW]
θa Aanvoertemperatuur
[°C]
θr
Retourtemperatuur
[°C]
Δθ
Temperatuurverschil
[K]
Warmtepompen: Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen
7
8
PDT-instructieboek WPLU
Grafische Symbolenlijst Warmtegebruiker (warmtewisselaar) of groep warmtegebruikers (meerdere warmte wisselaars).
2-wegregelafsluiter met servomotor of motorafsluiter (open/dicht). 3-wegregelafsluiter met servomotor. 3-wegwisselklep met servomotor. Circulatiepomp. Toerengeregelde pomp.
Inregelafsluiter met meetnippels voor het meten van het drukverschil. Regelaar. Buffer of boiler. Warmtepomp/koelmachine waarbij de + de warmteafgiftezijde (condensor) is en de de zijde waaraan warmte wordt onttrokken (verdamper).
Additioneel verwarmingstoestel (bijstook) gas of elektrisch. Warmtewisselaar waarbij de stroom die afkoelt door de - zijde stroomt en de stroom die opwarmt door de + zijde stroomt.
In een buffer of boiler geplaatst elektrisch verwarmingstoestel. Ventilator. In een buffer of boiler geplaatste warmtewisselaar.
Buffer of boiler omgeven door een met vloeistof doorstroomde mantel. Ontluchter.
Warmtepompen: Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen
9
10
PDT-instructieboek WPLU
Begrippenlijst BACnet Data communicatieprotocol voor gebouwautomatiseringssystemen en staat voor Building Automation and Control Network.
Bleeding-effect Gering laten doorstromen van heet gas door een expansieventiel zodat het gas zich niet ophoopt in een binnenunit.
Bouwbesluit Geeft de minimale technische eisen waaraan (nieuwe en bestaande) bouwwerken moeten voldoen (sinds 1992).
Bus Communicatieverbinding tussen verschillende units binnen een systeem.
Circulatievoud Doorspoeling van lucht door een ruimte.
Condenseren Proces waardoor gassen of dampen worden verdicht tot een vloeistof.
COP Coefficient of Performance, rendement voor verwarmen.
EER Energy Efficiency Ratio, rendement voor koelen.
EIA Energie Investerings Aftrek
EIB Communicatieprotocol voor gebouwautomatiseringssystem en staat voor Europese Installatie Bus.
Energielabel Het energielabel is een middel om consumenten in één oogopslag te informeren over het energieverbruik van apparaten, auto’s en woningen.
Energieprestatie-eis De eis in het Bouwbesluit gesteld aan de energie-efficiëntie van een woning of een utiliteitsgebouw, uitgedrukt in een maximaal toelaatbare energieprestatiecoëfficient (EPC).
EPBD Energy Performance Building Directive, Europese Richtlijn energieprestatie van gebouwen.
EPC Energie Prestatie Coëfficiënt, energetisch rapportcijfer voor een gebouw.
Flash gas Het ontstaan van gas in het koudemiddel door het terugkomen van koudemiddel in het overgangsgebied (fase-overgang vloeistof, damp, gas).
GWP Global Warming Potential, de bijdrage die een koudemiddel heeft aan het broeikaseffect.
Warmtepompen: Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen
11
Koellastberekening Bepaling hoeveel koelcapaciteit u nodig heeft voor een ruimte.
LEV Linear Expansion Valve, electronisch, traploos regelbaar, expansieventiel.
LON-Works Communicatieprotocol voor gebouwautomatiseringssysteem en staat voor Local Operational Network.
LVD Low Voltage Directive, laagspanningsrichtlijn􀀑
NEN Nederlands Normalisatie-instituut.
NPR 2917 Rekenprogramma energieprestatie utiliteitsbouw.
ODP Ozone Depletion Potential, de mate waarin een koudemiddel de ozonlaag aantast.
PED Pressure Equipment Directive, richtlijn voor drukapparatuur.
PLC Programmable Logic Controllers.
TEWI-waarde Total Equivalent Warming Impact, een waarde die de directe en indirecte bijdrage van een koudemiddel aan het broeikaseffect aangeeft.
Transmissieberekening Bepaling van de warmteweerstand van een ruimte.
Utiliteit Bouwwerken die geen woonbestemming hebben: gebouwen om in te werken zoals fabrieken, kantoren en opslagruimtes; gebouwen voor commerciĂŤle dienstverlening zoals winkels en garages ; verzorgingsinstellingen zoals ziekenhuizen en recreatievoorzieningen zoals bioscopen, vakantieoorden en sportgebouwen.
Verdampen Een stof rechtstreeks doen overgaan van vloeibare tot gasvormige toestand.
VRF Variable Refrigerant Flow, variabele koudemiddel stroom.
Warmtepomp Warmteopwekker, die de warmte van een (onbruikbaar) laag temperatuurniveau op een (bruikbaar) hoger temperatuurniveau brengt.
WKO Wamte Koude Opslag.
12
PDT-instructieboek WPLU
Leeswijzer Ter verduidelijking van de besproken theorie binnen dit instructieboek wordt gebruik gemaakt van pictogrammen. Deze pictogrammen zijn in de linkermarge van het instructieboek geplaatst. De volgende pictogrammen zijn aanwezig: • Opdracht; • Tip; • Verwijzing; • Verwijzing naar norm; • Verwijzing naar ISSO-publicatie; • Voorbeeld; • Waarschuwing. Onderstaand overzicht geeft een beschrijving van de pictogrammen: Opdracht Dit pictogram kom je tegen op plaatsen waar je opdrachten dient te maken.
Tip Het pictogram ‘Tip’ wordt getoond op plaatsen in het instructieboek waar je tips terug kunt vinden..
Verwijzing Binnen het instructieboek wordt meermaals verwezen naar andere publicaties. Wanneer dit plaatsvindt zal het pictogram ‘Verwijzing’ aan de linkerkant van de tekst zichtbaar zijn..
Verwijzing naar norm Binnen het instructieboek wordt meermaals verwezen naar normen. Wanneer dit plaatsvindt zal dit pictogram aan de linkerkant van de tekst zichtbaar zijn.
Verwijzing naar ISSO-publicatie Binnen het instructieboek wordt meermaals verwezen naar ISSO-publicaties. Wanneer dit plaatsvindt zal dit pictogram aan de linkerkant van de tekst zichtbaar zijn.
Voorbeeld Dit pictogram geeft aan dat er in de aangrenzende tekst een voorbeeld wordt besproken ter verduidelijking van de theorie. Waarschuwing Wanneer u dit pictogram tegenkomt betekent dit dat er belangrijke informatie, die je niet mag missen, wordt besproken in de aangrenzende tekst.
Warmtepompen: Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen
13
14
PDT-instructieboek WPLU
1 Inleiding In dit instructieboek leer je wat lucht/lucht warmtepompen zijn en hoe je een goed functionerende warmtepompinstallatie kunt maken. Jouw werkzaamheden, die bestaan uit het nauwkeurig ontwerpen van de installatie bepalen uiteindelijk het rendement. Om je werkzaamheden goed te kunnen uitvoeren is kennis van de techniek van een warmtepompinstallatie en afstemming van diverse werkzaamheden van groot belang. Dit instructieboek biedt je een compact overzicht van de benodigde kennis. De kennis die je in dit instructieboek verwerft is tot stand gekomen op basis van ervaringen uit gerealiseerde warmtepompprojecten, beschikbare normen en ISSO-publicaties en geeft je voldoende kennis en vaardigheden om lucht/lucht warmtepompsystemen te ontwerpen, selecteren en te integreren. De volgende onderwerpen staan centraal: • Betekenis en principe VRF systeem: Je weet wat een VRF-systeem is en wat een VRF-systeem kan. Je kunt verschillende VRFvarianten herkennen en weet de verschillen. Ook weet je hoe je moet omgaan met de regelgeving en subsidiemogelijkheden van de systemen. • Ontwerpen en adviseren van VRF systemen: Je kunt op basis van bouwkundige plattegronden een VRF-systeem ontwerpen en selecteren. Je kunt de juiste keuze maken uit verschillende binnenunits en varianten van het VRFsysteem. • Integreren VRF systeem in totaalconcept: Je kunt een VRF-systeem ontwerpen dat rekening houdt met de overige installatieonderdelen. Je kent de mogelijkheden voor het aansluiten van externe installatiecomponenten op het VRF-systeem en de eisen aan deze componenten.
1.1 Duurzame Warmte Een warmtepomp brengt laagwaardige warmte (warmte met een lage temperatuur) uit de lucht of de bodem naar een hogere, bruikbare temperatuur. Zo ontstaat warmte met een hoog rendement: de warmte uit lucht of bodem is immers gratis. Warmte geproduceerd door een warmtepomp wordt dan ook beschouwd als duurzame warmte en warmtepompen zullen in de toekomst een grote bijdrage leveren aan de verduurzaming van de energievoorziening. De warmtepomptechniek heeft nog meer voordelen: 1. Het vermindert het verbruik van fossiele brandstof zoals gas; 2. De energiekosten zijn lager dan bij conventionele verwarming met verwarmingsketels; 3. Het verlaagt de Energie Prestatie Coëfficiënt (EPC) ten opzichte van conventionele verwarming (bijvoorbeeld installaties met gasketels); 4. De combinatie van warmtepompen met energieopslag in de bodem leent zich ook uitstekend voor duurzaam koelen; 5. De meerkosten worden meestal binnen de levensduur van de installatie terugverdiend door de lagere energiekosten. Warmtepompen worden al sinds de vorige eeuw toegepast in onder meer Scandinavië, Oostenrijk, Zwitserland en Japan. Nederland blijft tot op heden een beetje achter, mede door de lage gasprijs en het uitstekende aardgasnet in ons land. Warmtepompen: Ontwerpen en installeren van lucht/lucht warmtepompsystemen voor utiliteitsgebouwen
15