4a. Het productiesysteem dimensioneren 

De technische installatie optimaliseren in termen van vermogen, aantal systemen enz., waarbij men rekening houdt met het distributie/emissienet voor de verwarming en het sanitaire warme water.

Verwarming

Nuttig vermogen

Men mag het te installeren vermogen niet intuïtief bepalen op basis van de som van de vermogens van de verwarmingselementen, op basis van vermogensratio's die afhangen van de te verwarmen volumes of oppervlakten of op basis van het vermogen van oude ketels.

Dit zou tot een overbodig dure overdimensionering leiden. De overdimensionering van een ketel met een factor 100% (een vaak voorkomend geval) kan tot een rendementsverlies van 2 tot 5% leiden, afhankelijk van het type ketel en en de regeling. Dit geeft een meerverbruik dat tot 10% kan oplopen.

Ter herinnering, het besluit 'Verwarming EPB' bepaalt eisen voor de dimensionering van de ketels.

Aantal productiesystemen

Aantal productiesystemen (verscheidene ketels, gecentraliseerd systeem, gedecentraliseerd systeem of een combinatie)

De opsplitsing van het vermogen door de installatie van verscheidene ketels levert geen bijkomende energiebesparing op en vraagt een grotere investering. Men moet zich dus tot één ketel beperken, tenzij

de bevoorrading bij een defect van een ketel verzekerd moet blijven,

• de afmetingen van de stookplaats een verdeling van het vermogen noodzakelijk maken,
• een uitbreiding van het gebouw te verwachten valt; in dat geval moet de stookruimte vanaf het begin voorzien zijn op een aanpassing van het verwarmingsvermogen met de toekomstige plaatsing van een bijkomende ketel,
• men ook buiten het stookseizoen warmte nodig heeft (bijvoorbeeld sanitair warm water),
• bepaalde specifieke warmtebehoeften permanent en andere fluctuerend zijn. Als een gedeelte van het gebouw verwarmd moet worden buiten de gebruiksuren van de rest van het gebouw (conciërgewoning, ingangsgebouw, ….), moet een specifieke productie (onafhankelijke gasconvectoren, onafhankelijke ketel) overwogen worden.

Voorafgaande dimensionering - Algemene methode

1. Berekening van de transmissieverliezen, de verliezen door ventilatie en de infiltratieverliezen volgens

• de norm NBN B 62-003 (1986), aangepast met het oog op de integratie van de Europese norm NBN EN 12831 (2003).
• de norm NBN B 62-002 (2008) ‘Thermische prestaties van gebouwen - berekening van de warmtedoorgangscoëfficiënten (U-waarden) van gebouwcomponenten en gebouwelementen - Berekening van de warmteoverdrachtscoëfficiënten door transmissie (HT-waarde) en ventilatie (Hv-waarde)'.

2. Het vermogen en het startvermogen bepalen, de cascadevermogens toevoegen (altijd berekend in kW) en de retourtemperatuur bepalen

• de Europese norm NBN EN 12828 'Verwarmingssystemen in gebouwen. Ontwerp van verwarmingssystemen met water', die ontwerpcriteria geeft voor verwarmingsinstallaties met water in gebouwen, met een maximale bedrijfstemperatuur die niet hoger is dan 105°C.

3. De norm NBN EN 15459 (2008) 'Energieprestatie van gebouwen- Economische beoordelingsprocedure voor energiesystemen in gebouwen' levert een rekenmethode voor de economische aspecten van verwarmingssystemen en andere systemen die een rol spelen in de energievraag en het energieverbruik van een gebouw.

(Bron: WTCB)

Sanitair warm water

Nuttig vermogen

Het nuttige vermogen voor SWW is gebaseerd op de behoeften en het verbruiksprofiel van het gebouw (afnamecoëfficiënt, gemiddeld debiet per aftappunt...).

Indien het sanitaire warme water wordt geproduceerd door de ketel die de verwarming van het gebouw verzorgt, mag men de ketel niet te sterk overdimensioneren door het vermogen voor sanitair warm water te cumuleren met het opstartvermogen. Het verwarmingsvermogen van het gebouw mag enkel vermeerderd worden met het verschil tussen :

• het berekende vermogen van de verwarming van het sanitair warm water
• en dat van de eventuele overdimensionering voor het herstarten en de verdeling van het verwarmingsvermogen over verscheidene ketels.

De overdimensionering van de verwarming kan al een groot gedeelte van de behoefte aan sanitair warm water dekken en een cumulatie zou dus verkeerd zijn.

Voorbeeld: de berekening van de verliezen levert 175 kW op, toevoeging van 15% voor het opstarten (--> 201 kW), installatie van twee ketels van 120 kW --> werkelijke overdimensionering van 65 kW (of 37% effectief). Als het verwarmingsvermogen voor het sanitair warm water gelijk is aan 85 kW, moet een bijkomend vermogen van 85 kW - 65 kW = 20 kW voorzien worden. Er zullen in dat geval twee ketels van 130 kW geïnstalleerd worden.

In de praktijk moet men echter geen enkele overdimensionering voorzien zolang het vermogen van de verwarming voor het sanitair warm water kleiner is dan 25% van het verwarmingsvermogen van het gebouw.

Aan

In het geval van alleenstaande aftappunten die zeer weinig warm water verbruiken, kan men kleine elektrische boilers met een compact reservoir overwegen (bijvoorbeeld voor het afwassen van een kop koffie in een keukentje). Deze elektrische boilers (maximaal 5 tot 10-15 liter water) werken met een lokale tijdklok die de perioden waarin het water op temperatuur blijft - en dus ook het energieverlies - beperkt. Deze miniboilers zijn vaak minder goed geïsoleerd dan grote boilers.

Voorafgaande dimensionering

Zonneboiler

Voor installaties in appartementsgebouwen berekent men de voorafgaande dimensionering van de zonneboiler met behulp van een programma als QuickScan.

Hierna een voorbeeld van een voorafgaande dimensionering :

• Algemeen als vuistregel levert 1 m² zonnecollector 450 kwh/m²jaar. Het aantal m² zal dus in functie zijn van de warmtevraag die berekend wordt voor SWW en/of verwarming van het gebouw. Doorgaans wordt het gebruik van een zonnecollector toegepast voor de aanmaak van sanitair warmwater.
• Het SWW wordt als volgt berekend :
  • Aantal douches : 2
  • Liter/min ( per douche) : 6
  • Douchebeurten /dag : 2
  • Duur in min : 7
  • Delta T (°C) : 30
• Hieruit wordt
  • het verbruik in kwh gehaald :(2x6x2x7x4186x30)/3600=5,8 kwh/dag
• M x C x Δt
  • verbruik in kwh /jaar : 5,8 kwh x 365 =2117kwh/jaar
• Hieruit kunnen we besluiten dat we 4,7 m² zonnecollectoren nodig hebben. Indien we standaard 4 m² collectoren plaatsen hebben we een dekkingsgraad van 94%.
• Bovendien moeten we rekening houden met het feit dat per 450 kwh/m² jaar niet evenredig over de maanden verdeeld wordt. In de zomer hebben we overschot en in de winter hebben we tekort.

Hieronder vindt u een tabel met de zonne-opbrengst over 12 maanden en een grafiek om snel een idee te krijgen van grootte van de zonnecolletor

Nomogram voor de bepaling van de grootte van een zonneboilersysteem

(Source: www.groene-energiewinkel.nl)

• Stap 1

Ga naar “Start” op het nomogram en en zet een merkteken bij het aantal personen waaruit het huishouden bestaat. Trek een dun lijntje recht omhoog.

• Stap2

Dit lijntje kruist met de 3lijnen voor het gemiddelde warmwatergebruik per persoon per dag. Zet een merkteken op de plaats waar het lijntje dat u net hebt getrokken kruist met de lijn die overeenkomt met het gemiddelde gebruik per persoon per dag in uw huishouden.

• Stap 3

Trek vanaf dit merkteken een horizontale lijn helemaal naar rechts op het nomogram. Onder “Boilervolume” kunt u nu zien wat de optimale inhoud van boiler is voor uw situatie. Als u tussen twee boilermaten in zit en kiest voor een grotere of kleinere boiler dan volgens het diagram wordt aanbevolen dan moet u vanaf de gekozen boiler een nieuwe lijn naar rechts trekken.

• Stap 4

Afhankelijk van de door u gewenste dekkingsgraad van de warmwaterbehoefte door de zonneboiler zet u een merkteken op de kruising bij de betreffende lijn.

• Stap 5

Vanaf dit merkteken trekt u een lijn recht naar beneden.

Afhankelijk van uw locatie in Nederland zet u een merkteken op de lijn Noord, Zuid of er tussenin.

• Stap 6

Vanaf dit merkteken trekt u een lijn horizontaal helemaal naar links.

Zet weer een merkteken maar nu op de lijn die overeenkomt met de richting van uw dak. Dus op de onderste lijn als uw dak pal op het zuiden is gericht, op de middelste lijn als uw dak op het Zuid-Oosten of Zuid-Westen is gericht en op de bovenste als uw dak op het Oosten of het Westen is gericht. Uiteraard kunt u daar ook tussenin gaan zitten als uw richting niet precies overeenkomt.

• Stap 7

Trek nu weer een lijn recht naar beneden en zet een merkteken op de lijn die het beste overeenkomt met de hellingshoek van uw dak.

• Stap 8

Trek vanaf dit merkteken een lijn naar rechts en u vind het benodigde effectieve oppervlakte bij gebruik van vlakke-plaat zonnecollectoren. Rond dit altijd naar boven af als u niet precies op een mogelijke oppervlakte uitkomt. Als dat om een of andere reden niet kan en u naar moet beneden afronden overweeg dan om ook een iets kleinere boiler toe te passen.

Een te klein collector oppervlakte ten opzichte van de boiler is slechter voor het totale systeemrendement dan andersom!

U heeft nu de optimale grootte bepaald van de boiler en het bijhorende collector oppervlakte.

(Source:www.groene-energiewinkel.nl)

Men moet preciseren dat de voorafgaande dimensionering van een zonneboiler moet worden toevertrouwd aan een studiebureau dat over de nodige kennis beschikt om de studie uit te voeren en de resultaten kritisch te beoordelen.

Aandachtspunten voor het reservoir

Men moet ervoor zorgen dat het reservoir voldoende thermisch geïsoleerd is om het dagelijkse warmteverlies Qmax in kWh/dag te beperken.

Volgens de norm EN 12997-1, voor zonneboilers:

V= intern volume van het reservoir in liter en Cr= afkoelingscoëfficiënt

Ua ≤ 0,16 x V^0,5 [W/K]

Qmax = Ua x45x24/1000 [kWh/dag]

Cr= 24 x Ua /V [Wh/K.l]

Doorstroomboiler

Het werkingsprincipe is eenvoudig. Indien er een behoefte aan warm water is, zal een stromingsschakelaar deze waarnemen en wordt de gasbrander aangeschakeld. Het water dat door het toestel stroomt wordt door de warmtewisselaar verwarmd. Het gevraagde debiet kan natuurlijk wijzigen, om altijd dezelfde temperatuur te leveren zal de gasbrander moduleren. Mocht er een meer vraag zijn dan het nominale debiet, zal de watertemperatuur dalen. Een goede dimensionering is dus noodzakelijk. Voor een comfortabel gebruik voor douche dient u een toestel met een debiet van minimum 10 l/min te voorzien. Naargelang er meer personen/toestellen tegelijk warm water zullen afnemen, zal het vermogen (te leveren l/min) moeten toenemen.

Elektrische accumulator

Elektrische boilers zijn verkrijgbaar met volumes 30 liter, 50 liter, 80 liter, 100 liter, 120 liter en 150 liter. Het reservoir moet juist van grootte zijn om aan de behoeften van het huishouden te kunnen voldoen. Deze mag niet te klein zijn, om niet het gevaar te lopen vaak zonder warm water te zitten, aangezien de oplaadtijd aanzienlijk is. Het mag ook niet te groot zijn want dan liggen de aankoopprijs en het energieverbruik hoger.

De aanbevolen dimensionering:

• 100 L voor een woning meteen douche,
• 130 L voor een woning meteen bad,
• 160 L voor een woning met twee baden die tegelijkertijd gebruikt kunnen worden

SWW: gecentraliseerde of gedecentraliseerde productie ?

Meestal kiest men best voor een gecentraliseerde productie, waarbij men zonne-energie als basissysteem kan overwegen. Dit zal ook de legionellabacterie, die zich vooral in de 'dode takken' van netten ontwikkelt, de pas afsnijden!

Deze regel geldt niet in de volgende gevallen:

• Als de aftappunten door het gebouw verspreid zijn. In dat geval kiest men voor deze aftappunten voor een gedecentraliseerde productie, om permanente verliezen op een uitgebreid net voor enkele gebruikers te voorkomen Dit kan gerechtvaardigd zijn in appartementsgebouwen, waar een individueel systeem in elk appartement voordeliger kan zijn (geen distributieverlies, geen opslagverlies of verlies door het op temperatuur houden van een grote ketel). Een dergelijk systeem kan echter comfortproblemen opleveren en vereist een vermenigvuldiging van de installaties, terwijl een gecentraliseerde verwarmingsproductie aanbevolen is.

• Als de aftappunten in verschillende zones van het gebouw geconcentreerd zijn. Men kiest dan voor een semi-gecentraliseerde productie: een gemeenschappelijke productie voor een aantal dicht bij elkaar gelegen aftappunten; dit beperkt zowel het aantal uitrustingen voor de productie van SWW als de lengte van het net.

Gedecentraliseerde productie

© Architecture et Climat - LOCI – UCL

SWW: gecentraliseerde of gedecentraliseerde productie?

SWW: doorstroming of opslag?

SWW: doorstroming of opslag?

SWW : wel of geen gecombineerde productie met de verwarming ?

Het belang van een gecombineerde productie van verwarmingswater en sanitair warm water hangt grotendeels af van de vereiste vermogens voor de twee producties. In de winter voegt het gevraagde vermogen zich bij de behoefte aan verwarming van het gebouw. Maar in de zomer moet worden vermeden dat een overgedimensioneerde ketel slechts bij tussenpozen werkt, omdat elke inschakeling dan een onvolledige verbranding meebrengt.

Door de installatie te ontdubbelen met een specifieke productie voor sanitair warm water, brengt men het rendement van de verwarming niet in het gedrang indien een overdimensionering van het verwarmingsvermogen vereist is voor de productie van SWW. Deze oplossing vraagt echter een grotere eerste investering.

Het studiebureau moet de mogelijkheid om de systemen te ontdubbelen en een kleinere ketel te gebruiken geval per geval bestuderen, afhankelijk van het project (configuratie van de netten, behoeften aan SWW en verwarming).

Als het nominale vermogen voor sanitair warm water kleiner is dan 30% van het vermogen van de kleinste verwarmingsketel van het gebouw, moet de ontwerper overwegen een aparte productie te installeren (specifiek voor sanitair warm water en onafhankelijk van de verwarmingsinstallatie) voor de productie van sanitair warm water in de zomer. Ze zal ofwel parallel met de verwarmingsinstallatie werken ofwel autonoom.

SWW: wel of geen gecombineerde productie met de verwarming?

In de praktijk is de keuze van het productiesysteem voor warm water vaak een compromis tussen de investering die men wenst te doen, de energie-efficiëntie en het gewenste afnamecomfort. Ze hangt ook sterk af van de keuze van het verwarmingssysteem. Een verwarming met warmtepomp vereist bijvoorbeeld een bijkomend systeem voor de productie van sanitair warm water, aangezien voor de verwarming van de lokalen gedimensioneerde pompen geen water op hoge temperatuur kunnen leveren. Het studiebureau zal uit de verschillende systemen voor de productie van warm water (doorstroming, accumulatie...) een keuze moeten maken die het behoeftenprofiel optimaal dekt. Men kan voor deze keuze moeilijk energiecriteria geven die in alle gevallen gelden.

Anderzijds is het duidelijk dat de bestrijding van de legionellabacterie een productie en distributie van sanitair warm water op hoge temperatuur (min. 60 °C) noodzakelijk maakt. Hoewel deze technologie op zich het eindverbruik niet doet stijgen, vergt ze een betere isolatie van de uitrustingen en gaat ze in tegen de huidige technologische evolutie naar een warmteproductie op lage temperatuur… Men zal dan ook steeds vaker de voorkeur geven aan een onafhankelijke productie.

Anderzijds bestaat er een tendens om de efficiënte technologie van een condensatieketel voor de verwarming ook te benutten voor de productie van sanitair warm water, op voorwaarde dat de hydraulische kringloop goed is ontworpen. Hetzelfde geldt voor een houtketel. De keuze van een condensatieketel is niet onverenigbaar met de noodzaak de productie van sanitair warm water te combineren met de verwarming. Men moet echter bijzondere aandacht besteden aan de keuze van het keteltype (ketels met 2 teruglopen bij de bereiding met een opslagtank) of aan de dimensionering van de warmtewisselaar (bedrijf van 90°/45° of 70°/45° voor een warmtewisselaar met doorstroming) en aan de configuratie van de bijbehorende hydraulische kringloop. De beslissing om ten minste één condensatieketel te installeren moet vroeg worden genomen, want ze heeft gevolgen voor het gehele ontwerp van de hydraulische kringloop.

Zie dossier Verwarming en sanitair warm water: efficiënte installaties garanderen (distributie en afgifte)

Condensatieketel met 2 teruglopen

© Architecture et Climat - LOCI – UCL

Voorafgaande dimensionering

• Een zonneboiler kan niet alleen sanitair warm water leveren maar ook voor de verwarming worden gebruikt. Men spreekt dan van gecombineerde systemen of zonneverwarming. Dit systeem vereist een grotere oppervlakte collectoren (10 tot 30 m²) en een opslagreservoir van 1.000 tot 3.000 l.
• Met een vollediger en aan de ketel aangepast regelsysteem kan zonneverwarming een besparing tot 80% opleveren op de energie voor warm water en van 20 tot 50% op de energie voor verwarming. Het lijkt evident dat zonneverwarming samen met een goede isolatie een interessante oplossing kan zijn voor een verwarming met lage temperatuur (langs de wanden, de vloeren of met overgedimensioneerde radiatoren).