ISSO-publicatie 39
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO) Ontwerp, realisatie en beheer Deel A: Normatieve teksten Deel B: Informatieve teksten
ISBN: 978-90-5044-307-4
INHOUDSOPGAVE Samenvatting
9
Symbolenlijst
11
Grafische symbolenlijst
13
Begrippenlijst WKO begrippen Werktuigkundige begrippen
15 15 15
Deel A: Normatieve teksten 1 2
Introductie
19
Inleiding
20
2.1
20
Introductie energiecentrale met WKO
2.2
Doel van de ISSO-publicatie
20
2.3
Toepassingsgebied
20
2.4
Afbakening met aangrenzende disciplines
20
2.5
Informatieoverdracht aangrenzende disciplines via communicatiemodellen
21
3
Stappenplan ontwerp, realisatie en beheer van energiecentrale WKO
22
4
Minimaal benodigde gegevens gebouwinstallatie
23
4.1
Ontwerpprocedure
23
4.2
Methoden
23
4.3
Communicatiemodel minimaal benodigde gegevens gebouwinstallatie
5
6
26
5.1
Procedure
26
5.2
Communicatiemodel oriĂŤnterende afstemming ondergrondse installatie
26
Bepaling systeemconcept
30
6.1
Procedure
30
Methoden
31
6.2.1
Energieberekeningen
31
6.2.2
SPF
31
6.2.3
Economische prestaties
31
6.2
7
8
9
10
11
ISSO-publicatie 39
23
OriĂŤnterende afstemming ondergrondse installatie
Ontwerp hydraulische schakeling
32
7.1
Procedure
32
7.2
Methoden
32
Dimensionering componenten hydraulische schakeling
33
8.1
Procedure
33
8.2
Methoden
34
8.3
Communicatiemodel minimaal uit te wisselen ontwerpgegevens ondergrondse installatie
35
Omschrijving beoogde functionaliteit energiecentrale
39
9.1
Procedure
39
9.2
Methoden
39
Uitwerking ontwerp
40
10.1
Procedure
40
10.2
Communicatiemodellen uitwerking ontwerp
41
Activiteiten realisatiefase
42
11.1
Procedure
42
11.2
Communicatiemodel voor de realisatie
43
3
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
12
Activiteiten Onderhoud en Beheer
44
12.1
Procedure
44
12.2
Methoden
44
12.3
Communicatiemodel beheer en onderhoud
44
Deel B: Informatieve teksten 13
Minimaal benodigde gegevens gebouwinstallatie
47
13.1
Werktuigbouwkundige gegevens
47
13.1.1 Temperatuurniveaus en stook- en koellijnen
47
13.2
Warmte- en koudebehoefte
48
13.2.1 Invloedsfactoren
49
13.2.2 Bepalingsmethodes voor bepaling van de warmte- en koudevraag
50
13.2.3 Representatie voor het ontwerpproces
51
13.3
Gegevens automatische werking
52
13.4
Toelichting bij bijzondere condities
52
13.4.1 Gebruik van de luchtbehandelingskast
52
13.4.2 Afwijkingen in specificaties: aanvoer- en retourtemperaturen en startsituatie
53
13.4.3 Minimale afname 14
55
14.1
Regelgeving
55
14.1.1 Energiebalans
55
14.1.2 Overige aspecten wet- en regelgeving
55
Bodemgeschiktheid
55
14.3
Brontypes
56
14.4
Positionering bronnen
57
14.5
Omkeervoorziening, spuivoorziening
14.2
15
15.2
15.3
15.4
ISSO-publicatie 39
58
Bepaling systeemconcept 15.1
16
54
OriĂŤnterende afstemming ondergrondse installatie
59
Basisconcept 1: Koudeopslag met koudeladen
59
15.1.1 Beschrijving van het systeemconcept
60
15.1.2 Ontwerpen op energiebalans
61
15.1.3 Energetische prestaties
62
Basisconcept 2: Beperkte warmtelevering en balans met LBK
63
15.2.1 Beschrijving van het systeemconcept
63
15.2.2 Ontwerpen op energiebalans
64
15.2.3 Energetische prestaties
65
Basisconcept 3: Energiecentrale met warmtepomp
66
15.3.1 Beschrijving van het systeemconcept
66
15.3.2 Ontwerpen op energiebalans
68
15.3.3 Energetische prestaties
71
Beheer en onderhoud
72
Ontwerp hydraulische schakeling
73
16.1
Basisconcept 1: Koudeopslag met koude laden
73
16.2
Basisconcept 2: Beperkte warmtelevering en balans met LBK
76
16.3
Basisconcept 3: Energiecentrale met warmtepomp
77
16.3.1 Basisconcept 3.1: Minimum functionaliteit
77
16.3.2 Basisconcept 3.2: Gemiddelde functionaliteit
79
16.3.3 Basisconcept 3.3: Maximale functionaliteit
89
4
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
17
Dimensionering componenten hydraulische schakeling
101
17.1
101
Berekening energiestromen 17.1.1 Bepalingsmethoden en modellen
101
17.1.2 Klimaatgegevens
103
17.1.3 Opslagpercentages
104
Dimensionering en simuleren
104
17.3
Dimensionering warmtepomp
105
17.4
Dimensionering TSA
105
17.5
Dimensionering regeneratievoorzieningen
107
17.5.1 Droge koeler
107
17.2
17.5.2 LBK als regeneratievoorziening 18
18.1
18.2
19
108
Toelichting bij communicatiemodel 'minimaal uit te wisselen gegevens ondergrondse installatie Ontwerpactiviteiten ondergrondse installatie
109
18.1.1 Effectberekeningen
109
18.1.2 Hydraulisch ontwerp
109
18.1.3 Omschrijving beoogde functionaliteit
109
Toelichting uit te wisselen gegevens
109
18.2.1 Energiestromen, temperaturen en debieten
109
18.2.2 (Pomp)debieten en bronpompen
110
18.2.3 Afwijkende condities startsituatie
110
18.2.4 Tijdsperiode en jaarbelasting
110
18.2.5 Dimensionering en materiaalkeuze TSA
110
18.2.6 Basisgegevens functioneel ontwerp
111
18.2.7 Overige aspecten
111
Omschrijving beoogde functionaliteit energiecentrale
113
19.1
Beschrijving van de gewenste automatische werking conform ISSO-publicatie 69 (standaard)
114
19.2
Beschrijving met ISSO-publicatie 69 en object-georiĂŤnteerde uitwerking
116
19.2.1 Objecten: fysieke en virtuele apparaten
116
19.3
19.2.2 Uitwisseling tussen gebouwinstallatie, energiecentrale en ondergrondse installatie
117
19.2.3 Tijdsvolgorde van schakeling en terugkoppeling via storingsmelding
117
19.2.4 Nadere specificatie en documentatie
117
Toelichting met energiecentrale met voorverwarming en regeneratie met LBK
118
19.3.1 'Koude ontladen'
118
19.3.2 'Koude laden'
126
19.3.3 Samenvatting ten behoeve van communicatiemodellen 20
Ontwerp meetvoorzieningen voor optimaal beheer 20.1
ISSO-publicatie 39
109
134 135
Bepaling meetgrootheden
135
20.1.1 Wet- en regelgeving
135
20.1.2 Technisch functioneren en technische conditie
135
20.1.3 Energetische prestaties
136
20.1.4 Meetgrootheden voor afrekening energiekosten
136
20.1.5 Overige grootheden voor monitoring prestaties
136
20.1.6 Opslag, verwerking en interpretatie van de meetdata
136
20.2
Nadere specificatie meetvoorziening
137
20.3
Voorbeeld specificatie meetgrootheden van gerealiseerd project
137
5
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
21
22
23
Uitwerking ontwerp
139
21.1
Noodzaak terugkoppeling naar ontwerp
139
21.2
Werkomschrijving: keuze van materialen en fabrikaten, waterbehandeling
139
21.3
Werkomschrijving: werkbescheiden
139
21.4
Werkomschrijving: vastlegging vergunningen en nutsvoorzieningen
140
21.5
Werkomschrijving: verdere invulling functioneel ontwerp
140
21.6
Vastlegging en documentatie
22.1
Werkvoorbereiding: Werkplan en communicatiemodel
143
Werkvoorbereiding: Kwaliteitsplan
144
22.3
Werkvoorbereiding: VGM-plan
144
22.4
Uitvoering: Inbedrijfstelling van de installatie
144
22.4.1 Algemeen
144
22.4.2 Controle bekabeling en aansluitingen en in bedrijfstelling componenten
144
22.4.3 Inbedrijfstellen bronnen
144
22.4.4 Specifieke zaken voor de installatie met de warmtepompen
145
22.4.5 Testen en inbedrijfstellen totaalinstallatie
145
22.4.6 Controleren correct functioneren meetvoorzieningen en dataopslag
146
22.5
Feedback naar ontwerpfase
146
22.6
Oplevering: Gefaseerde oplevering
147
Activiteiten Onderhoud en Beheer
149
23.1
Onderhoudsbehoefte
149
23.2
Onderhoudsconcept
150
23.3
Onderhoudsplan
151
23.4
Contractvorm
152
23.5
Uitwerking Prestatiecontracten
152
23.5.1 Prestatie-indicatoren voor Beheer
152
23.5.2 Prestatie-indicatoren voor Perceptie
152
23.5.3 Prestatie-indicatoren voor Techniek
152
23.5.4 Vertaling naar bonus/malus regelingen
153
Communicatiemodellen Onderhoud en Beheer
154
Voorbeeld voorverwarming en regeneratie met LBK
155
24.1
24.2
24.3
24.4
ISSO-publicatie 39
143
22.2
23.6 24
142
Activiteiten realisatiefase
Afstemming met ontwerper gebouwinstallatie en communicatiemodel
155
24.1.1 Casusomschrijving
155
24.1.2 Afstemming met ontwerper gebouwinstallatie
156
24.1.3 Uitwisseling gegevens (communicatiemodel)
157
Dimensionering hoofdcomponenten
159
24.2.1 Koel/verwarmingsbatterij
159
24.2.2 Scheidingswarmtewisselaar TSA1
160
24.2.3 Koude laden en vorstbeveiliging
161
Functioneren van de installatie bij minimum deellast
165
24.3.1 Minimum deellast bij ontladen (koeling leveren)
165
24.3.2 Minimum deellast bij koude laden
166
24.3.3 Definitieve keuze tussen extra bronpomp of schakelbuffer
167
Energiestromen en energiebalans
167
24.4.1 Opslagpercentages
167
24.4.2 Uitwerking voor het voorbeeld
167
6
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
25
Voorbeeld dimensionering energiecentrale met warmtepomp
171
25.1
Afstemming met ontwerper gebouwinstallatie en communicatiemodel
172
25.2
Toelichting bij de selectie van systeemconcept en hydraulische schakeling
177
25.2.1 Aanvullend warmte en/of koude laden?
177
25.3
25.2.2 Globale bepaling van het aandeel vermogens warmte- en koudelevering
179
25.2.3 Hydraulisch schema
183
Dimensionering van de hoofdcomponenten
184
25.3.1 Voorlopig uitgangspunt temperatuursprong TSA
185
25.3.2 Temperatuurtrajecten en debieten warmtepomp
185
25.3.3 Dimensionering droge koeler en selectie van het debiet warme bron
187
25.3.4 Afstemming minimale debieten warmtepomp met brondebieten
190
25.3.5 Minimum deellast koude ontladen
195
25.3.6 Dimensionering TSA
196
25.4
Evaluatie energiecentrale als geheel
198
25.5
Uit te wisselen ontwerpgegevens ondergrondse installatie
199
Bijlage A
Frequenties buitentemperaturen klimaatjaren
203
Bijlage B
Thermische massa en zonbelasting: casus en indicatoren
205
Bijlage C
Vereenvoudigd rekenmodel koude laden met LBK
209
Bijlage D
Begripsomschrijving COP, EER, SPF en PER
210
Bijlage E
Quasi- steady state simulaties energiecentrales
213
Bijlage F
Defaultlijst met instellingen en setpoints ondergrondse installatie
217
Bijlage G
Kerndocument gebouwtechniek
218
Bijlage H
Vorstbestendige batterijen
220
Bijlage I
Temperatuurverschillen laden / ontladen: praktijkmetingen
222
Bijlage J
Regeling bronpompen: op gelijk debiet of op temperatuur?
223
Bijlage K
Uitwerking definitie en monitoren SPF van gesloten en open bodemenergiesystemen
229
Literatuurlijst
ISSO-publicatie 39
241
7
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
SAMENVATTING Warmte Koude Opslag (WKO) is een methode om energie in de vorm van warmte of koude op te slaan in de bodem. De techniek wordt gebruikt om gebouwen en processen te verwarmen en/of te koelen Doordat er gebruik gemaakt wordt van opslag van thermische energie is een andere ontwerpaanpak benodigd dan gebruikelijk voor conventionele installaties zoals ketels en koelmachines. Naast het ontwerpen op basis van benodigde capaciteiten is het noodzakelijk mede te ontwerpen op basis van energiestromen. Doordat er sprake is van gebruik van energie uit grondwater worden er wettelijke eisen gesteld aan de optredende energiestromen. Deze ISSO-publicatie biedt ontwerpprocedures voor werktuigkundig ontwerpers van het bovengrondse deel van energiecentrales met WKO (open systemen). Het ontwerp van het ondergrondse gedeelte vormt een aparte discipline en wordt behandeld in een aparte publicatie (SIKB-protocol 11001). De energiecentrales met WKO dienen in samenhang met de gebouwinstallaties ontworpen te worden (distributie en gebruikers). Het ontwerp van de gebouwinstallatie zelf valt buiten het bestek van deze ISSO-publicatie, evenals het ontwerp van de automatiseringsinstallatie. Deze ISSO-publicatie biedt communicatiemodellen ten behoeve van samenwerking met de disciplines ontwerp ondergrondse installatie, gebouwinstallatie en automatiseringsinstallatie. De ontwerpprocedures en communicatiemodellen hebben betrekking op de volgende fases: Ontwerp; Realisatie; Onderhoud en beheer. Op 1 juli 2013 is het wijzigingsbesluit bodemenergiesystemen in werking getreden, waarin de verplichting is opgenomen tot het registreren en rapporteren van Seasonal Performance Factor (SPF) van bodemenergiesystemen. Per 1 oktober 2013 is de ministeriële regeling van kracht waarin de praktische invulling is gegeven. In deze ISSO-publicatie is de invulling en uitwerking van deze regelgeving voor open en gesloten bodemenergiesystemen gegeven. De wettelijke en normatieve teksten over de SPF zijn opgenomen in deel A van deze ISSO-publicatie met normatieve teksten. De uitwerking van de wettelijke en normatieve teksten is uitgewerkt in de informatieve bijlage K van deze ISSO-publicatie. In deze nieuwe uitgave van ISSO-publicatie 39 2017 zijn de communicatietabellen voor boven- en onder de grond geactualiseerd en afgestemd op de SIKB BRL 11000. De communicatietabellen voor grote gesloten bodemenergiesystemen zijn ook in deze ISSO-publicatie opgenomen.
ISSO-publicatie 39
9
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
SYMBOLENLIJST A
Autoriteit
[-]
H
Specifiek warmteverlies
[W/K]
P
(Elektrisch) vermogen
[kW]
Q
Energie/warmte
[kWh]
Rc
Warmteweerstand
[m2K/W]
SPF
Seasonal Performance Factor
[-]
SV
Regelverhouding van een regelafsluiter gebaseerd op gemeten waarden kvs/kvr
[-]
SVO
Theoretische regelverhouding van een regelafsluiter kvs/kvo gebaseerd op de grondkarakteristiek
[-]
V
Volume
[m3]
W
Arbeid
[kWh]
c
Soortelijke warmte
[kJ/(kg·K)]
h
Hoogte
[m]
kv
Volumestroom door een regelafsluiter onder genormeerde condities VDI/VDE 217
[m3/h]
n
Ventilatievoud
[-]
p
Druk
[kPa]
qv
Volumestroom
[m3/h]
t
Tijd
[s]
v
Snelheid
[m/s]
Δp
Drukverlies
[kPa]
ε
Temperatuurrendement warmtewisselaar
[-]
θ
Temperatuur
[°C]
ρ
Soortelijke massa
[kg/m3]
Φ
Vermogen
[kW]
ISSO-publicatie 39
11
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
GRAFISCHE SYMBOLENLIJST Symbool
Afkorting
Omschrijving
-
Buffervat wel of niet temperatuur gelaagd
CP
Circulatiepomp
CP
Circulatiepomp met toerenregeling
RA
Drieweg regelafsluiter met servomotor
PI
Drukaanwijzer
PdT
Drukverschilopnemer (zendend)
PT
Drukopnemer (zendend)
-
Expansievoorziening
-
Handafsluiter
IRA
Inregelafsluiter met meetnippels
-
Kortgesloten verdeler verzamelaar (klein drukverlies)
MA
Motorbediende afsluiter (open/dicht)
TSA
Tegenstroom apparaat
TA
TA
Temperatuur alarm
TI
TI
Temperatuur aanwijzer (thermometer)
TE03
TE
Temperatuur opnemer passief (zendend)
TT8
TT
Temperatuur opnemer actief (zendend)
PI
PT1
ISSO-publicatie 39
13
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
-
Terugslagklep
RA
Tweeweg regelafsluiter met servomotor
FT
Volumestroommeter (zendend)
Verdeler of verzamelaar (buis met klein drukverlies)
ISSO-publicatie 39
WG of KG
Warmtegebruiker of koudegebruiker
WO
Warmteopwekker of koudeopwekker
14
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
BEGRIPPENLIJST WKO BEGRIPPEN
Koude laden Bedrijfssituatie van de ondergrondse installatie waarbij de infiltratietemperatuur lager is dan de onttrekkingstemperatuur.
Bodemenergiesysteem Zie open en gesloten bodemenergiesysteem. Doubletsysteem Energieopslagsysteem dat gebruik maakt van (series van) twee putten, waarbij de filters waarmee het warme en koude water in de bodem worden teruggebracht, zich op dezelfde diepte binnen één watervoerend pakket bevinden.
Onttrekkingstemperatuur Temperatuur van het grondwater dat onttrokken wordt voor energieuitwisseling met de bovengrondse installatie. Regeneratie van de bodem Het extra toevoeren van warmte of koude aan de bodem om de totale hoeveelheden warmte en koude die aan de bodem worden toegevoerd met elkaar in evenwicht te brengen.
Energiebalans Er is sprake van een energiebalans in de bodem op het moment dat de hoeveelheid toegevoegde koude gelijk is aan de hoeveelheid warmte die is toegevoegd aan de bodem.
Regeneratievoorziening Installatie bestaande uit één of meerdere apparaten met regeneratie van de bodem als hoofdfunctionaliteit.
Gesloten bodemenergiesysteem Installatie waarmee gebruik wordt gemaakt van de bodem voor de levering van warmte of koude ten behoeve van de verwarming of koeling van bouwwerken, door middel van een gesloten circuit van leidingen, met inbegrip van het bovengrondse deel van de installatie.
SPF Seasonal Performance Factor. Geleverde energie per jaar, gedeeld door de hiervoor benodigde energie. SPFBES SPF van het bodemenergiesysteem voor de levering van warmte en koude, het rendement van het bodemenergiesysteem zoals bedoeld in de AMvB Bodemenergie.
Monobron Een energieopslagsysteem dat gebruik maakt van één put, waarbij de filters waarmee het warme en koude water in de bodem worden teruggebracht, zich op verschillende dieptes binnen één watervoerend pakket bevinden.
SPFK SPF van het bodemenergiesysteem voor de levering van koude.
Open bodemenergiesysteem Installatie waarmee van de bodem gebruik wordt gemaakt voor de levering van warmte of koude ten behoeve van de verwarming of koeling van bouwwerken, door grondwater te onttrekken en na gebruik in de bodem terug te brengen, met inbegrip van het bovengrondse deel van de installatie.
SPFW SPF van het bodemenergiesysteem voor de levering van warmte. Warmte laden Bedrijfssituatie van de ondergrondse installatie waarbij de infiltratietemperatuur hoger is dan de onttrekkingstemperatuur.
Put Boorgat met de bron, peilbuizen, filtergrind, kleistoppen, aanvulgrond, pomp, leidingen en afwerking bovengronds.
WERKTUIGKUNDIGE BEGRIPPEN Distributie Het transport van de vloeistof (water) van de opwekkers (koude / warmte) naar de gebruikers (koude / warmte).
Recirculatiesysteem Een (doublet)systeem dat continue op dezelfde plaats grondwater onttrekt en continue op dezelfde plaats grondwater in de bodem terugbrengt. Deze systemen maken geen gebruik van opgeslagen warmte en koude, maar van de (constante) natuurlijke grondwatertemperatuur.
Energiecentrale Dit is het bovengrondse deel van het bodemenergiesysteem en wordt gevormd door het totaal van bovengrondse warmte- en koudeopwekkers en regeneratievoorzieningen. Exclusief distributiemodules en gebruikersmodules en exclusief de ondergrondse installatie, inclusief de scheidingswarmtewisselaar met het grondwatercircuit. Werkelijke demarcatie: projectafhankelijk.
Infiltratietemperatuur Temperatuur van het grondwater dat geïnfiltreerd wordt in de bodem na energieuitwisseling met de bovengrondse installatie.
ISSO-publicatie 39
15
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
Hoofdfunctionaliteit energiecentrale Beschrijving van het type energielevering per hoofdcomponent die gekoppeld is aan één bedrijfssituatie van de energiecentrale.
Bedrijfssituatie Situatie van een klimaatinstallatie afhankelijk van het operationeel gebruik van een gebouw of een storing of een alarm.
Gebouwinstallatie Totaal van distributiemodules en gebruikersmodules.
Bedrijfsstanden apparaten Een apparaat kan open/dicht, ingeschakeld/uitgeschakeld of regelend zijn, afhankelijk van o.a.. de bedrijfssituatie van een klimaatregelinstallatie.
Hoofdcomponenten energiecentrale Warmte- en/of koudeopwekkers en regeneratievoorzieningen.
Functioneel ontwerp Beschrijving van de werking van een klimaatinstallatie door middel van: Algemene beschrijving van de totale installatie, processchema's; Functielijsten van de apparaten en instrumenten in de processchema's; Bedrijfsstandenmatrix en/of definitie van centrale bedrijfssituaties; Toelichtende beschrijvende teksten.
Koudegebruiker Apparaat (warmtewisselaar) waarmee koude wordt overgedragen aan het water of medium van de hydraulische schakeling van een klimaatinstallatie. Koudeopwekker Apparaat waarmee koude wordt overgedragen aan het water of medium van de hydraulische schakeling van een klimaatinstallatie.
Functielijst Lijst waarin van de apparaten en instrumenten van de klimaatinstallatie het aantal benodigde digitale en analoge in- en uitsignalen van de automatiseringsinstallatie zijn vastgelegd, alsmede de relevante ontwerpgegevens zoals vermogen, temperatuur van de apparaten en ingestelde waarden en type regelaar van de instrumenten.
Minimale terugregelbaarheid leidingcircuits Minimale debiet dat bereikt kan worden in een leidingcircuit door bijvoorbeeld toerengeregelde pompen en andere corrigerende organen zoals kleppen. Ondergrondse installatie De bronnen, inclusief bronpompen, regelkleppen, appendages enzovoort; Het verbindend leidingwerk tussen de bronnen inclusief kleppen, appendages enzovoort, exclusief de scheidingswarmtewisselaar; De sensoren voor het meten van temperaturen, debieten, energiestromen, drukken ten behoeve van regeling, monitoring en beveiliging.
Proces Klimaatinstallatie of deel van een klimaatinstallatie waar een fysische verandering en/of omzetting van energie plaats vindt. Processchema Tekening van een hydraulische en luchttechnische schakeling met daarin opgenomen de apparaten en instrumenten met als doel de opzet van dit deel van de klimaatinstallatie te laten zien.
Werkelijke demarcatie: projectafhankelijk. TSA (= tegenstroomapparaat) Warmtewisselaar die geschakeld is volgens het tegenstroomprincipe.
Technische ontwerp v/d automatiseringsinstallatie Op basis van de informatie van het functioneel ontwerp het definitief vaststellen, vastleggen, selecteren en dimensioneren van: De benodigde apparaten en instrumenten; De specifieke software; De stuurstroomschema's v/d schakelkasten; De lay-out en omvang v/d schakelkasten; Soort en diameter bekabeling.
Warmteopwekker Apparaat waarmee warmte wordt overgedragen aan het water of medium van de hydraulische schakeling van een klimaatinstallatie. Warmtegebruiker Apparaat (warmtewisselaar) waarmee warmte wordt onttrokken aan het water of medium van de hydraulische schakeling van een klimaatinstallatie.
Vrije koeling Het (voor)koelen van het GKW-circuit met behulp van een regeneratievoorziening (droge koeler, koeltoren, oppervlaktewater, asfaltcollector, energiedak).
Automatiseringsinstallatie Een installatie die is opgebouwd uit de volgende onderdelen: veldapparatuur, aansluitbekabeling, schakelkasten en automatiseringsstations met daarin ondergebracht DDC regel- en besturingsvoorzieningen (hardware en software), datacommunicatienetwerk en randapparatuur voorzien van beheerprogrammatuur.
ISSO-publicatie 39
Werktuigbouwkundig ontwerpen Het bedenken en dimensioneren van het werktuigbouwkundig deel van een klimaatinstallatie, inclusief het beschrijven van de werking van de klimaatinstallatie d.m.v. het functioneel ontwerp.
16
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
Deel A: Normatieve teksten
ISSO-publicatie 39
17
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
1
INTRODUCTIE
Deze ISSO-publicatie 39 heeft betrekking op het ontwerpen van energiecentrales met gebruikmaking van warmte- en koudeopslag in de bodem. Deel A beschrijft hierbij de ontwerpprocedures en benodigde activiteiten voor realisatie, onderhoud en beheer. Ten behoeve van de leesbaarheid zijn de ontwerpprocedures voorzien van verklarende opmerkingen. Een technische toelichting en richtlijnen voor uitwerking worden gegeven in deel B. De ontwerpprocedures beschrijven de activiteiten die nodig zijn om technisch-inhoudelijk gezien tot een volledig uitgewerkt en gedocumenteerd ontwerp te komen van een energiecentrale met WKO. ISSO-publicatie 39 is ontwikkeld in samenwerking met het SWKO-project van het ministerie van I&M (voorheen VROM). Binnen het SWKO-project zijn o.a. de benodigde documenten ontwikkeld voor kwaliteitsborging en certificering onder en boven de grond. Boven de grond: 1. ISSO-publicatie 39; 2. ISSO-publicatie 72; 3. ISSO-publicatie 80; 4. ISSO-publicatie 81; 5. BRL 6000-21 Certificering gebaseerd op ISSO-pubicaties. Onder de grond: 1. SIKB-protocol 11001; 2. ISSO-publicatie 73; 3. SIKB-BRL 11000 Certificering gebaseerd op protocol 11001 en ISSO-publicatie 73. In deze ISSO-publicatie is ook uitgewerkt de wettelijke verplichte definitie en monitoren van de SPF voor open en gesloten bodemenergiesystemen. De wettelijke en normatieve teksten zijn opgenomen in het normatieve deel van deze publicatie. De praktische uitwerking is opgenomen in de informatieve bijlage K van deze ISSO-publicatie. In 2017 zijn zowel de BRL's en ISSO-publicaties geactualiseerd. Hierbij zijn de communicatietabellen voor boven en onder de grond aangepast en verbeterd. Ook de communicatietabellen voor grote gesloten bodemenergiesystemen zijn in deze ISSO-publicatie opgenomen.
ISSO-publicatie 39
19
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
2
INLEIDING
2.1 INTRODUCTIE ENERGIECENTRALE MET WKO Warmte Koude Opslag (WKO) is een methode om energie in de vorm van warmte of koude op te slaan in de bodem. De techniek wordt gebruikt om gebouwen, woningen, kassen en processen te verwarmen en/of te koelen. Er is sprake van twee soorten bodemenergiesystemen: open en gesloten systemen.
2.2 DOEL VAN DE ISSO-PUBLICATIE Het doel van deel A van deze ISSO-publicatie is het geven van ontwerpprocedures voor energiecentrales met WKO met bijbehorende methoden en communicatie-modellen. De doelgroep wordt gevormd door installatieontwerpers. Een technische toelichting en richtlijnen voor uitwerking worden gegeven in deel B van deze ISSOpublicatie.
Bij open bodemenergiesystemen wordt grondwater gebruikt als transportmedium voor energie. De opslag van energie vindt plaats in zandlagen in de bodem (aquifers), zie afbeelding 2.1. In dit voorbeeld is sprake van een warme en een koude bron (doublet). Andere vormen worden nader omschreven in deel B.
Op 1 juli 2013 is het Wijzigingsbesluit bodemenergie in werking getreden, waarin de verplichting is opgenomen tot het registreren en rapporteren van de Seasonal Performance Factor (SPF) van bodemenergiesystemen. Per 1 oktober 2013 is de ministeriĂŤle regeling van kracht waarin de praktische invulling is vastgelegd. Het doel van deze ISSO-publicatie is invulling te geven aan de regelgeving met betrekking tot de SPF van open en gesloten bodemenergiesystemen zoals benoemd in voorgenoemde regeling.
Bij gesloten bodemenergiesystemen wordt er geen grondwater verplaatst. De energieuitwisseling vindt plaats via een gesloten circuit van bodemwarmtewisselaars. De energie wordt opgeslagen in de bodemlagen waarin de bodemwarmtewisselaar is aangebracht. Voor dimensioneren van gesloten bodemenergiesystemen wordt verwezen naar ISSOpublicatie 73 [100].
2.3 TOEPASSINGSGEBIED Het toepassingsgebied van deze ISSO-publicatie betreft individuele utiliteitsgebouwen aangesloten op een bodemenergiesysteem. Hierbij is het open bodemenergiesysteem gedetailleerd uitgewerkt. De teksten en de voorbeelden in deel B van deze ISSOpublicatie zullen daar op gericht zijn. Collectieve systemen, waarin meerdere gebouwen, op een collectief open bodemenergiesysteem zijn aangesloten, hebben ook een aantal specifieke aspecten die niet in detail uitgevoerd worden in deze ISSO-publicatie. Toepassing in de glastuinbouw en industrie hebben specifieke kenmerken die in deze ISSO-publicatie buiten beschouwing blijven. Voor bodemenergiesystemen aangesloten op woninginstallaties wordt verwezen naar ISSOpublicatie 72 en ISSO-publicatie 80. ISSO-publicatie 72 betreft individuele woninginstallaties en ISSOpublicatie 80 behandelt collectieve woninginstallaties. Het bepalen en monitoren van de SPF van bodemenergiesystemen is in deze ISSO-publicatie uitgewerkt voor zowel utiliteitsgebouwen en woningen. De informatieve teksten met een uitwerking van de wettelijke eisen is gegeven in bijlage K.
Afb. 2.1Open systemen met grondwater als transportmedium: voorbeeld van doubletsysteem met scheidingswarmtewisselaar (TSA) In het spraakgebruik over WKO wordt meestal over het ondergrondse en het bovengrondse deel gesproken. Het ondergrondse deel wordt in hoofdzaak gemaakt door een boorfirma, het bovengrondse deel door een installatiebedrijf. Deze ISSO-publicatie richt zich primair op het bovengrondse gedeelte. Dit wordt in het vervolg van deze ISSO-publicatie de 'energiecentrale' genoemd.
ISSO-publicatie 39
2.4
AFBAKENING MET AANGRENZENDE DISCIPLINES In deze paragraaf wordt omschreven wat onder de zogenoemde energiecentrale wordt verstaan. Dit is alles wat met warmte- en koude opwekking te maken heeft. In ISSO-publicaties wordt onderscheid gemaakt naar opwekking, distributie en gebruikers (zie ISSO-publicatie 44 en ISSO-publicatie 47). Met het bovengrondse deel wordt het opwekkingsgedeelte bedoeld. Distributie en gebruikers vallen onder wat genoemd wordt de 'overige gebouwinstallaties'. ISSOpublicaties kennen echter geen verder onderscheid
20
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)
naar 'bovengronds' en 'ondergronds'. In deze publicatie wordt dit onderscheid nadrukkelijk gemaakt omdat er over de ondergrondse installaties een aparte publicatie verschijnt [210]. Het ontwerpen van een bronnensysteem en met bijbehorende kennis van geohydrologie vormen een aparte discipline.
Gebouwinstallatie
2.5
INFORMATIEOVERDRACHT AANGRENZENDE DISCIPLINES VIA COMMUNICATIEMODELLEN Voor een goed ontwerp van een WKO-systeem is het van belang dat er gedurende het ontwerpproces afgestemd wordt met de ontwerper(s) van de andere gebieden / disciplines (afbeelding 2.2 en 2.3). Om deze afstemming te faciliteren en certificeerbaar te maken worden in deze ISSO-publicatie zogenoemde communicatiemodellen gepresenteerd. In deze modellen wordt omschreven wat er over en weer gecommuniceerd dient te worden.
Gebruikers warmte / koude Distributie warmte / koude incl. transportpompen
Communicatie m.b.v. communicatiemodel Energiecentrale
Opwekking warmte/koude Incl. TSA
Communicatie m.b.v. communicatiemodel Ondergrondse installatie
NB: Het betreft hier communicatie tussen disciplines. Dit is niet maatgevend voor de organisatorische uitwerking.
ISSO 39
Bronnen, bronpompen Verbindend leidingwerk
Afb. 2.2Onderscheid gebouwinstallatie, bovengrondse installatie (energiecentrale) en de ondergrondse installatie; demarcatie definitief vast te stellen per project Het ondergrondse deel bestaat uit: 1. De bronnen, inclusief bronpompen, regelkleppen, appendages enzovoort; 2. Het verbindend leidingwerk tussen de bronnen inclusief kleppen, appendages enzovoort, exclusief de scheidingswarmtewisselaar; 3. De sensoren voor het meten van temperaturen, debieten, energiestromen, drukken ten behoeve van regeling, monitoring en beveiliging.
W-Ontwerper Gebouwinstallatie
Ontwerper Automatiseringsinstallatie Energiecentrale
W-Ontwerper Energiecentrale ISSO 3939 ISSO
Ontwerper Automatiseringsinstallatie Ondergrondse installatie
W-Ontwerper Ondergrondse installatie
Afb. 2.3 Communicatiemodellen informatie-uitwisseling tussen verschillende disciplines (NB: hier zijn alleen de communicatiestromen tussen de werktuigkundig ontwerper van de energiecentrale en de betrokken disciplines weergegeven; communicatiestromen tussen andere disciplines onderling zijn niet weergegeven)
De volgende onderdelen behoren nog bij de beschrijving van het bovengrondse deel: 1. De scheidingswarmtewisselaar1; 2. Uitwisseling van signalen die relevant zijn voor het regelen, besturen en beveiligen van de energiecentrale installatie.
1.
Ontwerper Automatiseringsinstallatie Gebouwinstallatie
In het SIKB-protocol wordt dit als volgt omschreven: het ondergronds circuit is doorgaans gescheiden van het bovengronds deel van de installatie door een scheidingswarmtewisselaar of door de warmtepomp. Het bovengronds deel van bodemenergiesystemen valt onder het certificatieschema van KBI. De scheidingswarmtewisselaar of warmtepomp vormt een integraal onderdeel van het bodemenergiesysteem, en vormt doorgaans de scheiding van het bovengronds en ondergronds gedeelte. In het certificatieschema wordt de wisselaar en de warmtepomp tot het bovengronds gedeelte gerekend [210].
ISSO-publicatie 39
21
Energiecentrale met warmte en koude opslag (WKO)