Pelletketels, de perfecte alternatieve verwarming?

PELLETKETELS VOLGEN DUURZAAMHEIDSTRENDS

In deel 1 van deze reeks over pellets belichtten we de natuurlijke kant van pellets en vertelden we dat hun prijs over de jaren heen opvallend stabiel is gebleven, zeker in vergelijking met andere energiedragers. Voor deel 2 gaan we de technische toer op over pelletketels: van opslag, over transport, tot de verbranding.

Daarbij verliezen we ook de praktische kant niet uit het oog: de (vaak te grote) dimensionering bijvoorbeeld. Weet ook dat de fabrikanten kinderen zijn van hun tijd: pelletketels dragen tegenwoordig hun steentje bij tot een groenere toekomst door een huis niet alleen van duurzame warmte maar ook van elektriciteit te voorzien. Tegelijk worden ze schoner, met een fijnstofemissie onder het meetbereik.

Waarover hebben we het (niet)?

Pellets kan je op verschillende manieren aanwenden als grondstof voor verwarming, en dat hoeft zelfs niet geïsoleerd te zijn van andere energiedragers. Neem een snipperketel: die verwerkt behalve pellets ook houtsnippers, briketten en miscanthus. Ook de verbranding van houtblokken kan je combineren met pellets, al dan niet door middel van een gescheiden vuurhaard.

Van de installaties die enkel met pellets werken, zijn pelletkachels de eenvoudigste oplossing. Deze zijn op te delen in kachels voor lokale dan wel centrale verwarming. De eerste optie valt met zijn nominaal vermogen tussen 5 en 15 kW te vergelijken met een klassieke open haard. Optie twee heeft een groter vermogen en kan daardoor dienstdoen als centrale verwarming. Bij voorkeur gekoppeld aan zonnepanelen levert dat soort pelletkachels ook sanitair warm water.

Over dergelijke installaties hebben we het niet. Wel voorwerp van dit artikel zijn pelletketels. In vergelijking met pelletkachels, die warmte verliezen via de ruit, ligt hun rendement veel hoger (circa 96% vs. 85%), waardoor ook de fabrikanten daarop de klemtoon leggen. Wij volgen hen hierin.

De opbouw van bijvoorbeeld snipperketels is dan weer zo anders dat ze om een eigen artikel vragen.

In vergelijking met pelletkachels, die warmte verliezen via de ruit, ligt het rendement van pelletketels veel hoger

Geautomatiseerde pelletketel: stap voor stap

Puur bekeken vanuit de kostprijs zijn de modellen die handmatig gevuld moeten worden de interessantste. Ze nemen bovendien minder plaats is dan de geautomatiseerde varianten, aangezien de opslagsilo wordt geschrapt.

Echter, het gebruiksgemak en de grote autonomie zorgen ervoor dat er toch vaak voor een geautomatiseerde pelletketel wordt geopteerd, waarbij de pellets in bulk worden ingeblazen. Daar komt bij dat woningen die van een mazoutketel overstappen op een pelletketel, vaak de plaats hebben om een pelletsilo kwijt te kunnen.

Pelletopslag

Of het nu gaat om grote, vierkante, lange of kwadratische opslagruimtes: inmiddels staan de fabrikanten zo ver dat ze voor elke vorm en plaats wel een aangepast systeem hebben. Klassiek is het systeem van een omgekeerde piramide met motor. De grootte daarvan is natuurlijk afhankelijk van de warmtevraag en de plaats die men heeft, maar groter dan 2,5 x 2,5 x 2,5 m wordt hij normaal niet.

Om diezelfde ruimte nog beter te benutten zijn er silo's op de markt die beschikken over een elastisch bodemelement met trekveren. Volledig gevuld, zakt de bodemophanging tot op het niveau van de grond. Daarna trekken de veren de bodem beetje bij beetje omhoog, tot er op het einde een 4-zijdig hellend vlak overblijft en de lediging compleet is.

Maar zoals gezegd bestaan er ook oplossingen voor grote of lange opslagruimtes. Daar werkt men vaak met een transportvijzel om de pellets uit de opslagruimte tot bij het zuigsysteem te brengen dat de pellets naar de ketels voert. De speciale vorm van de transportkuip verhindert blokkeringen.

Transportsysteem

In een volgende stap moeten de pellets naar de ketel voor verbranding. Vandaag gebeurt dat meestal via vacuümzuigsystemen. Tegenover een extractieschroef – een andere mogelijkheid – kennen die namelijk het grote voordeel dat ze afstanden tot wel 20 meter en meer kunnen overbruggen, terwijl de opslag zich bij een schroefvoeding vlak naast de ketel moet bevinden.

Pellets verplaatsen naar de ketel voor verbranding gebeurt vandaag meestal via een vacuümzuigsysteem

Een ander verschil: het vacüumsysteem transporteert de pellets één tot meerdere malen per dag, afhankelijk van de warmtevraag. Een schroefvoeding doet dat continu.

Belangrijk is nog dat het proces van aanzuigen twee tot acht minuten duurt. Pelletketels met een dubbelroterende sluis kunnen die periode overbruggen, installaties met een brandklep niet. Met andere woorden, tijdens de aanzuiging vindt er dan geen verbranding plaats.

Verbranding

Zodra ze zijn aangekomen in de ketel, worden de pellets via een stookschroef naar de brander gebracht. Drie verbrandingstypes domineren de markt.

• Valschachtbrander: dit is de manier waarop het leeuwendeel van de pelletkachels werken. Het is een goedkoop en eenvoudig systeem waarbij de pellets van bovenaf in de brandkorf glijden. Toch passen maar weinig fabrikanten dit type van verbranding toe in pelletketels. De vallende pellets verstoren voortdurend de vlam, weliswaar mooi wemelend, met een minder hoog rendement tot gevolg. De assen moeten ook minstens één keer per dag worden verwijderd. Hoewel dat bij pelletketels vaak automatisch gebeurt – tijdgestuurd volgens het aantal branduren – vereist een valschachtbrander toch meer onderhoud.
• Onderschuifbrander: bij dit type verloopt het transport van pellets tot vlak onder de brandschaal, waar ze op komen te liggen en opbranden als een fakkel. Tijdens de verbranding worden de pellets voortgeduwd, zodat ze van de brandschaal vallen en met de hulp van een extra arm in de asbak terechtkomen op het moment dat ze tot as zijn gereduceerd. Om te vermijden dat de hete rookgassen zouden terugkeren, wordt een brandbeveiliging ingebouwd. Die wordt trouwens verplicht door Europa. Ten opzichte van een valschachtbrander verloopt de verbranding vlotter, doordat de vlam nooit wordt verstoord. Ze zijn wel wat duurder dan een valschachtbrander.
• Zijdelingse brander: dit is wat men het industriële type noemt. Hier komen de pellets niet van onderen tot op de brandschaal, maar langs de zijkant via een stookschroef. De zijaanvoer kan aanzienlijk kleiner gedimensioneerd worden dan die van een onderschuifbrander, net als de grootte van de vuurhaard (bij sommige fabrikanten uit vuurvaste steen). De assen worden verwijderd via een schuifrooster, eventueel uitgerust met een compressie- of verdeelmechanisme.

Rendement

Pelletketels halen vandaag een erg hoog rendement van ongeveer 96%, en dat kan mits het gebruik van condensatietechnologie nog verder opgekrikt worden tot 107%. Daarover straks meer. Het rendement hangt enerzijds af van de performantie van de sturing en anderzijds van het verbrandingsrendement.

Sturing

De sturing zorgt ervoor dat de opgewekte energie op het juiste moment en met een correcte dossering tot bij de verbruikers komt. Diverse communicatieprotocollen zijn mogelijk, waaronder een CAN-bussysteem. De sturing staat ook in verbinding met verschillende sensoren. Concreet hebben we het dan over:

• de buitenvoeler (meet de buitentemperatuur);
• de binnenvoeler (meet de binnentemperatuur);
• de kringvoelers (registreren de vertrektemperatuur van het water om temperatuur te beïnvloeden door retourwater toe te voegen).

Op basis van hun gegevens wordt het benodigde vermogen becijferd en bepaald naar welke temperatuur het stookregime moet worden gebracht.

Moderne sturingen zijn trouwens helemaal mee met de huidige stand der techniek, want ze zijn compatibel met zowel domotica, IP- als gsm-verbindingen.

Verbrandingsrendement

Het tweede cruciale element voor het rendement van de installatie is de verbranding. In het voorafgaande hebben we al een paar aspecten aangeraakt die daarbij een rol spelen (zie bv. de verbrandingstypes).

Diverse metingen in de ketel komen daarbovenop. Die behelzen:

• de rookgastemperatuursonde (meet de temperatuur van de rookgassen);
• de vlamtemperatuursonde (meet de temperatuur van de vlam);
• de lambdasonde (meet het zuurstofoverschot van de rookgassen en leidt daaruit af of het brandstof- en zuurstofpeil moet worden aangepast). Bij pelletketels die werken op basis van de vlamtemperatuur en onderdrukmeting vind je deze sonde niet.

De sondes helpen onder andere de pellet- en luchttoevoer te coördineren. Zo zal de lambdasonde de parameters automatisch compenseren wanneer de efficiëntie van de verbranding in het gedrang komt, bijvoorbeeld als gevolg van een andere samenstelling van pellets.

De zin en onzin van een buffervat

Vanuit het oogpunt van de hydraulische kringen verschillen pelletketels in wezen weinig van andere verwarmingssystemen: de geproduceerde warmte wordt met een pomp op een bepaalde temperatuur naar de verwarmingskringen (vloerverwarming of radiator) gepompt of voor het tapwater met behulp van een boiler of buffervat voorbereid.

Laten we even wat dieper ingaan op de aanwezigheid van een buffervat in combinatie met pelletketels. Is die noodzakelijk of niet?

De pelletketel kan zijn vermogen aanpassen aan de belasting, waardoor een buffervat in principe niet nodig is

Wat is een buffervat?

Een buffervat is een tank gevuld met water en kan energie opslaan en weer afgeven. De opgeslagen energie kan komen van thermische of elektrische zonnepanelen, maar ook van een pelletketel. De energie die we eruit halen, kan worden gebruikt voor de verwarming of het sanitaire warm water.

Hoe werkt een pelletketel?

In vergelijking met een stookolie- of gasketel start een pelletketel een stuk langzamer op. Bij een koude ketel gaat er, afhankelijk van de fabrikant, al snel 5 tot 20 minuten over vooraleer de eerste warmte naar de verwarming vertrekt. Die vertraging kan eventueel gecompenseerd worden door de regeling.

De pelletketel kan echter – in tegenstelling tot bijvoorbeeld een stookolieketel – tot een bepaalde hoogte moduleren en dus zijn vermogen aanpassen aan de belasting. Dat is een groot voordeel.

WANNEER kiezen voor een buffervat?

Hoewel een buffervat dus niet strikt noodzakelijk is, dankzij de capaciteit van pelletketels om te moduleren, adviseren sommige fabrikanten die toch standaard aan vanwege minder start en stops en het kleinere waterverbruik. Een buffervat fungeert bovendien als turbo bij tijdelijke piekvragen. In welke gevallen is een buffervat zinvol?

• Wanneer er – vroeg of laat – wordt gekozen om zonne-energie aan te wenden. Hoe groter het opslagvat, hoe meer zonne-energie er opgeslagen kan worden.
• Bij het gebruik van vloerverwarming. Het buffervat zorgt altijd voor een perfect hydraulisch evenwicht in de installatie.
• Bij een beperkt ketelvermogen in laagenergiewoningen of passiefhuizen. Door het plaatsen van een buffervat wordt het sanitair comfort gegarandeerd. In dergelijke woningen kan eveneens met de zon verwarmingsondersteunend gewerkt worden.
• Bij grotere installaties waarbij meerdere ketels in cascade worden geschakeld. Het buffervat zorgt dan voor een rustige en vloeiende regeling.
• Bij installaties waarbij de warmtevraag geregeld onder het laagste ketelvermogen daalt. Een buffervat zorgt in dit geval voor minder start/stops van de ketel en langere brandtijden op vollast. Dit heeft dan weer een positieve impact op de uitstoot en slijtage van de ketel.
• Wanneer comfort van groot belang is. Een buffervat zorgt voor heel veel sanitair warm water en voor een verwarmingsinstallatie die snel reageert.

Een stap verder

Condensatieketels

Sommige condensatieketels beschikken over een tweede warmtewisselaar om de warmte uit de gassen te onttrekken, die anders ongebruikt langs de schoorsteen ontsnapt. Bij andere gebeurt het condenseren intern. Zo kan het rendement van de pelletketel opgetrokken worden tot wel 107%.

Een van de laatste ontwikkelingen is verbrandingstechnologie die het gebruik van filters overbodig maakt

Micro-wkk

Er bestaat ook de mogelijkheid om stroom met biomassa te produceren door het gas naar een motor af te leiden en die zo te laten aandrijven. Dat kan ofwel gaan om een stirlingmotor ofwel een zuigermotor.

Sommige fabrikanten beperken deze mogelijkheid tot grote (industriële) installaties van 50 en 100 kW, bij andere gaat het om veel kleinere pelletketels met een thermische output van 14 kW en een gemiddeld elektriciteitsproductie van 750 W (bij vollast).

Belangrijk: om langere draaitijden te garanderen is er wel een buffervat nodig van minimaal 1.000 liter.

Fijnstofreductie zonder filter

De emissie van fijnstof wordt nogal eens aangehaald als negatief punt bij pelletketels (zie ook deel 1). Fijnstoffilters moeten die uitstoot tot een minimum beperken. Alleen kosten die wel wat en ze zijn ook niet onderhoudsvrij.

Een van de laatste ontwikkelingen is een verbrandingstechnologie die het gebruik van filters overbodig maakt. De bijzondere luchttoevoer in combinatie met het speciale ontwerp van de verbrandingskamer zorgt ervoor dat de vlam bijna volledig verdwijnt en de uitstoot van fijnstof significant vermindert.

TECHNISCHE AANDACHTSPUNTEN

1. Overdimensioneer niet! Bij de berekening van de vermogens past men vaak de volgende gulden regel toe: aantal radiatoren + 20% voor de ketel. Maar daarbij wordt vergeten dat de verschillende verwarmingselementen zelden allemaal tegelijk werken. Dat resulteert in veel gevallen in een te hoog vermogen en bijgevolg te veel starts en stops.
2. Kies voor een gelaagd of gestratificeerd buffervat. De stratificatie zorgt voor temperatuurlagen in het water, waarbij het warme water zich bovenaan bevindt en het koude water onderaan. Zo worden mengverliezen vermeden.
3. Monteer een trekregelaar met explosieklep. Door de wind treedt er onderdruk op in de schouw. De trekregelaar zal die druk niet alleen aanpassen aan de specificaties van de installatie, de lambdasonde werkt zo ook veel stabieler.
4. Kies voor gemengde pompgroepen met servomotor, ook voor de radiatoren.

Met de medewerking van Ardea (Hargassner), Stroomop (ÖkoFEN) en TSD (Fröling)