Sanitair warm water in collectieve woongebouwen

Hoe de warmtegenerator dimensioneren?

Om de gevolgen van een onjuiste dimensionering van een installatie voor de productie van sanitair warm water in een collectief woongebouw te vermijden, heeft Buildwise een methode, en zelfs een rekentool, ontwikkeld waarmee een efficiënte en energiezuinige installatie ontworpen kan worden die geen risico inhoudt voor de gezondheid van de bewoners van het gebouw.

Problematiek

Tot op heden bestond er in België geen uniforme, erkende methode voor het ontwerp en de dimensionering van installaties voor de productie van sanitair warm water. Een onjuiste dimensionering heeft nochtans aanzienlijke gevolgen:

• Ondergedimensioneerde installaties voldoen niet aan het gewenste sanitaire comfort, een aspect waar de bewoners erg gevoelig voor zijn
•  Overgedimensioneerde installaties verbruiken doorgaans meer energie, verminderen de waterkwaliteit, brengen bijkomende kosten met zich mee en nemen meer ruimte in beslag in de technische ruimten

In samenwerking met de Universiteit Antwerpen en de hogeschool Thomas More Kempen heeft Buildwise daarom een nieuwe ontwerp- en dimensioneringsmethode ontwikkeld voor de productie van sanitair warm water in collectieve woongebouwen (appartementsgebouwen) (¹).

Fundamentele uitdagingen

De dimensioneringsregels van deze methode werden bepaald volgens drie fundamentele uitdagingen:

• Comfort: de installatie moet pieken in de vraag aankunnen
• Energie: de installatie moet zo weinig mogelijk energie verbruiken. Dit kan bereikt worden door te grote opslagvaten te vermijden, de retour van te warm primair water naar de generator te voorkomen of korte aan/uit-cycli te beperken
• Gezondheid: het opgeslagen water moet regelmatig ververst worden om gezondheidsproblemen te voorkomen. Een mogelijke oplossing bestaat erin om te opteren voor een installatie met een beperkt watervolume (²)

Vermogen/volume- of PV-curves

Voor de aanmaak van sanitair warm water wordt er vaak gebruikgemaakt van opslagvaten, omdat deze toelaten om het vermogen van de warmtegenerator te verminderen. Bijgevolg wordt de dimensionering van de installatie voor de warmwaterproductie zowel in vermogen als in opslagvolume uitgedrukt.

Om de juiste combinatie van vermogen en volume te kiezen, maakt de nieuwe methode gebruik van ‘vermogen/volume’- of PV-curves. Deze grafische benadering toont voor verschillende vermogens welk opslagvolume er nodig is om aan de warmwatervraag te voldoen.

In figuur 1 kunnen twee zones worden onderscheiden: wanneer de combinatie van vermogen en opslagvolume groter is dan de PV-curve, is de installatie overgedimensioneerd. Omgekeerd is het systeem te klein en wordt er niet aan de vraag voldaan. Het doel is om de installatie te dimensioneren met combinaties van vermogen en volume die zo dicht mogelijk bij de PV-curve liggen.

Om deze curven correct te gebruiken, is het belangrijk om te weten naar welk vermogen en volume de curven verwijzen:

• Het aangegeven vermogen is het vermogen dat nodig is voor de warmtewisselaar
• Het aangeduide volume is het werkelijke volume van het opslagvat of de opslagvaten

Dimensionering in functie van het hydraulische ontwerp

De onderzoeken hebben aangetoond dat de dimensionering van een installatie afhangt van het hydraulische ontwerp. De PV-curves van de nieuwe methode zijn daarom perfect geschikt om rekening te houden met verschillende hydraulische ontwerpen:

• Ogenblikkelijke productie
• Semi-ogenblikkelijke productie door middel van een opslagvat met een interne warmtewisselaar
• Semi-ogenblikkelijke productie door middel van een opslagvat met een externe warmtewisselaar
• Uitsluitend accumulatieve productie

In figuur 2 zien we bijvoorbeeld dat voor een gebouw met 13 standaardwoningen, een voorraadvat voor sanitair warm water in combinatie met een externe warmtewisselaar, waarvan de primaire watertemperatuur 68°C bedraagt en die is aangesloten op een goed geïsoleerd warmwatercircuit waarvan de retourleiding halverwege het vat aankomt, optimaal kan voldoen aan het vereiste comfort met een van de volgende configuraties:

- Een vermogen van 51 kW en een watervolume van 400 liter.
- Of een vermogen van 35 kW en een watervolume van 750 liter.
- Of een vermogen van 30 kW en een watervolume van 1000 liter.

Het opslagvat kan sanitair of technisch water (d.w.z. afkomstig van de verwarmingskring) bevatten.

Een aantal andere ontwerpcriteria zijn eveneens van groot belang voor de dimensionering. Hiermee werd dan ook rekening gehouden bij de opstelling van de PV-curves. Het kan hier onder meer gaan om:

• Het debiet van de verdeellus
• De positie van de retourleiding van de verdeellus in een opslagvat
• De temperatuur van het primaire water

Rekentool

Om deze nieuwe methode daadwerkelijk toepasbaar en gebruiksvriendelijk te maken, werd er een rekentool ontwikkeld met de naam WaterDim. Deze tool is volledig gratis en is beschikbaar via de volgende link: waterdim.buildwise.be.

De tool stelt de gebruiker in staat om:

• Het aantal en het type appartementen in te voeren
• De gewenste installatie te beschrijven door enkele eenvoudige vragen te beantwoorden zoals:
  – Ben je van plan om een opslagvat te plaatsen?
  – Wordt in het opslagvat technisch of sanitair water opgeslagen?
  – Wordt volledige accumulatie van sanitair warm water toegepast?
  – Hoeveel opslagvaten zijn er aanwezig?

Enkele korte teksten helpen de gebruiker om deze vragen te beantwoorden. Bovenaan het scherm geeft een balk de voortgang aan. Wanneer alle gegevens ingevoerd zijn, geeft de tool:

• Een samenvatting van alle gegevens
• De PV-curve die overeenkomt met de beschrijving van het gebouw en de gewenste installatie. Met één enkele klik op een willekeurig punt op de curve kent de gebruiker de verhouding vermogen/volume voor dat punt
• Een gedetailleerd hydraulisch schema (figuur 3) van de beoogde installatie. Dit schema is ‘dynamisch’: als de ontwerper op het nummer van een element in de hydraulische installatie klikt, verschijnt er een venster met bijkomende informatie (zie hieronder), zoals een alternatief ontwerpvoorstel of advies over de dimensionering van bepaalde uitrustingen.

(¹) De resultaten van dit project zijn beschikbaar op https://coock-sww.be/.

(²) Voor meer informatie hierover, zie Innovation Paper 31 gepubliceerd door Buildwise of de Best Beschikbare Technieken over legionella op de website van het Vlaamse Departement Zorg.

Met medewerking van Buildwise en Vaillant