Algemene verspreiding contractnr.051988 ANRE-DEMONSTRATIEPROJECT KWO bij ETAP te Malle Eindrapport N.Robeyn en J. Van Bael Studie uitgevoerd in opdracht van ANRE 2006/ETE/R/ VITO Maart 2006
Algemene verspreiding
contractnr.051988
ANRE-DEMONSTRATIEPROJECT
KWO bij ETAP te Malle
Eindrapport
N.Robeyn en J. Van Bael
Studie uitgevoerd in opdracht van ANRE
2006/ETE/R/
VITO
Maart 2006
1
1 SAMENVATTING
In het kader van de bevordering van nieuwe energietechnologieën heeft de Vlaamse
overheid een subsidie toegekend van 35% van de investeringskosten van de koude-
warmteopslag (KWO) installatie bij ETAP te Malle.
Etap had beslist om bij de uitbreiding van hun kantoor- en demonstratieruimten gebruik te
maken van energiezuinige koelsystemen. Daar KWO een alternatieve en energiezuinige
techniek is ter vervanging van de elektriciteitsverslindende koelmachines, werd beslist deze
techniek toe te passen. De koeling van het nieuwe “Lichtpaviljoen” wordt volledig gedekt
door deze techniek.
Dit rapport beschrijft de periode 01/01/2003 tot 31/12/2005. Tijdens deze periode werd er in
het totaal 126.721 m³ grondwater verpompt waarvan 43.071 m³ voor het laden en 83.650 m³
voor het ontladen. Op energetisch vlak komt dit overeen met 280.478 kWhth warmtelevering
en 322.813 kWhth koudelevering.
Het totaal elektrisch verbruik gedurende deze meetperiode is 22.570 kWh. Wanneer koeling
apart wordt beschouwd (KWO is vooral bedoeld als alternatief voor koelmachines) komt
men op 12.186 kWhe voor het leveren van 322.813 kWhth ofwel een SPF (Seasonal
Performance Factor) van 27 om in termen van koelmachines te spreken.
Vergeleken met de referentietoestand (koelen met compressiekoelmachine en verwarmen
met aardgasketel) is er over de meetperiode van 3 jaar een primaire energiebesparing van
1.117 GJ ofwel 19 %. Wat betreft de CO2-emissie is er een vermindering van 74 ton ofwel
22 % minder t.o.v. de referentietoestand.
De meerkost voor het toepassen van koude-warmteopslagtechniek kan terugverdiend
worden door vermeden energiekosten alsook de vermeden kosten van een koelmachine met
zijn specifiek onderhoud en de vermeden vermogenvergoeding. Wanneer dit alles in
rekening wordt gebracht, geeft dit een terugverdientijd van 14,7 jaar zonder subsidies en 5,6
jaar inclusief subsidies.
2
INHOUD
1 SAMENVATTING ................................................................................................................................... 1
2 INLEIDING .............................................................................................................................................. 3
3 TECHNISCHE BESCHRIJVING VAN DE INSTALLATIE .............................................................. 4
4 METINGEN EN REGISTRAITE VAN DE ENERGIESTROMEN .................................................... 7
5 TECHNISCHE EVALUATIE ................................................................................................................. 8
5.1 GRONDWATERSYSTEEM ..................................................................................................................... 8 5.2 DEBIET LADEN / ONTLADEN ............................................................................................................. 10 5.3 ENERGIE LADEN / ONTLADEN ........................................................................................................... 12 5.4 VERBRUIKTE ENERGIE ..................................................................................................................... 16 5.5 GASVERBRUIK ................................................................................................................................. 17
6 PRIMAIRE ENERGIEBESPARING EN CO2-REDUCTIE .............................................................. 18
6.1 PRIMAIRE ENERGIEBESPARING ......................................................................................................... 18 6.2 CO2-REDUCTIE ................................................................................................................................ 19
7 ECONOMISCHE EVALUATIE ........................................................................................................... 20
8 MENING VAN DE EIGENAAR ........................................................................................................... 22
9 BESLUIT ................................................................................................................................................. 25
BIJLAGE 1: SAMENVATTING RESULTATEN ........................................................................................ 26
3
2 INLEIDING
Etap is een bedrijf dat functionele verlichting ontwikkelt, fabriceert en commercialiseert.
Etap heeft een nieuw lichtpaviljoen gebouwd om de expertise met betrekking tot algemene
verlichtingstechniek, veiligheidsverlichting en verlichtingstoepassingen met moderne
middelen uit te bouwen en te tonen aan de klanten. Het lichtpaviljoen centraliseert alle
ruimten om proefopstellingen voor eigen gebruik te bouwen ten behoeve van nieuwe
productontwikkelingen en om de klanten in aangepaste simulatieruimten te tonen welke
lichttechnische- en energetische resultaten er verwacht kunnen worden in hun specifieke
omgeving. Het nieuwe lichtpaviljoen werd geïntegreerd in het bestaande gebouw dat
hierdoor uitgebreid werd met 3000 m² vloeroppervlakte. Voor de koeling en verwarming
van dit lichtpaviljoen is geopteerd voor koude-warmteopslag in watervoerende lagen met
een vermogen van 570 kWth.
De koude van het KWO systeem wordt gebruikt voor de koeling van het nieuwe
lichtpaviljoen en voor de koeling van het hoofdgebouw. In het lichtpaviljoen is geen
bijkomende koelinstallatie voorzien. Het hoofdgebouw wordt gekoeld met Airco I en
Airco II. Dit zijn 2 luchtbehandelingsgroepen, die gekoeld worden via de KWO. Bij het
laden van koude in de winter wordt buitenlucht gebruikt. De ventilatoren worden geregeld
op 100% vermogen. Afhankelijk van de warmtevraag in het lichtpaviljoen, wordt de
opgewarmde lucht (gedeeltelijk) gebruikt in het lichtpaviljoen of afgeblazen in de
buitenomgeving. De regeling gebeurt met een luchtkleppensysteem dat van 0% tot 100%
kan geregeld worden. De naverwarming van de pulsielucht voor het lichtpaviljoen gebeurt
met een aardgasketel (100 kW) geïnstalleerd in de kelder van het lichtpaviljoen.
De verwarming van het hoofdgebouw gebeurt met verschillende ketels. Deze
warmteproductie wordt niet opgemeten gezien het KWO-systeem geen aandeel heeft in de
warmtevraag van dit gebouw.
De totale ingeschatte investeringskost voor KWO bedroeg 341.746,01 €. Etap heeft een
subsidie van 35% zijnde 119.611,15 € bekomen.
VITO voerde in opdracht van de Afdeling Natuurlijke Rijkdommen en Energie (ANRE) van
de Vlaamse Gemeenschap een evaluatie van dit demonstratieproject uit. Het
demonstratieproject werd goedgekeurd in september 1999 en het aanvangsverslag werd
opgemaakt in april 2000. Bedoeling was te starten met de metingen in juni 2000. Echter pas
vanaf april 2002 was er de mogelijkheid om de juiste datagegevens uit het registratiesysteem
te verkrijgen. De installateur van het regelsysteem heeft vrij veel tijd nodig gehad om alles
zoals gevraagd in het lastenboek ook effectief weer te geven in excel. Dit rapport handelt
over de periode van januari 2003 tot december 2005.
Gedurende een meetperiode van drie jaar werden de energiestromen opgemeten en
geregistreerd. Op basis van deze gegevens werden de technische prestaties van de
technologie, de bereikte energiebesparing, de vermindering van de CO2-emissie en de
rentabiliteit geëvalueerd.
4
3 TECHNISCHE BESCHRIJVING VAN DE INSTALLATIE
Een principeschema van de installatie wordt weergegeven in figuur 1.
Het grondwatersysteem wordt geregeld door middel van een eigen Centrale Verwerkings
Eenheid (CVE), geplaatst in de technische ruimte. Deze CVE is softwarematig, via een
netwerkkabel, verbonden met het Gebouw Beheer Systeem (GBS) van het lichtpaviljoen en
met het GBS van de AIRCO I en II.
De koudeopslag kent twee hoofdbedrijfssituaties, te weten:
- laden in de winter;
- ontladen in de zomer.
Laden
De koude benodigd voor het laden wordt onttrokken aan de buitenlucht door middel van een
koel-/verwarmingsbatterij in een luchtbehandelingskast van het lichtpaviljoen.
De koude wordt geladen indien de temperatuur van het gekoelde water, gemeten door het
GBS van het lichtpaviljoen, een ingestelde waarde onderschrijdt (5 °C). Het GBS van het
lichtpaviljoen geeft een vrijgave signaal aan de CVE van het grondwatersysteem.
Indien de temperatuur van het gekoelde water een ingestelde waarde overschrijdt (7 °C),
wordt door het GBS het vrijgave signaal ingetrokken.
Het grondwatersysteem start op nadat het vrijgave signaal voor laden is ontvangen van het
GBS. Het grondwater wordt uit de warme bron onttrokken met een maximaal debiet van
45 m³/h. Na afkoeling in de warmtewisselaar wordt het grondwater in de koude bron
geïnfiltreerd. Het grondwaterdebiet wordt 1:1 geregeld op basis van het gekoeld waterdebiet
van het lichtpaviljoen.
Het grondwatersysteem gaat buiten bedrijf indien het vrijgave signaal door het GBS van het
lichtpaviljoen is ingetrokken.
Ontladen
Indien het lichtpaviljoen of AIRCO I en II van koude moet worden voorzien, wordt zowel
door het GBS van het lichtpaviljoen en de AIRCO’s een vrijgave signaal afgegeven aan de
CVE van het grondwatersysteem waarna het grondwatersysteem wordt opgestart.
Het grondwater wordt uit de koude bron onttrokken met een maximaal debiet van 90 m³/h.
Na afgifte van de koude aan de warmtewisselaars wordt het grondwater in de warme bron
geïnfiltreerd.
Het debiet van het grondwatersysteem wordt 1:1 geregeld op basis van de door de CVE van
het grondwatersysteem gesommeerde gewenste debieten van het lichtpaviljoen en de
AIRCO’s. De debietverdeling van het grondwater over de twee warmtewisselaars vindt
5
plaats middels regelventielen. Deze regelventielen moeten er voor zorgen dat het
grondwaterdebiet over de warmtewisselaars gelijk is aan de door het lichtpaviljoen en de
AIRCO’s gewenste debieten.
Bij het intrekken van zowel het vrijgave signaal van het lichtpaviljoen als van de AIRCO's,
wordt het grondwatersysteem buiten bedrijf gesteld.
6
Figuur 1: schematische voorstelling van de installatie
7
4 METINGEN EN REGISTRAITE VAN DE ENERGIESTROMEN
Voor de energieregistratie van dit demonstratieproject werden onderstaande meters
voorzien.
Parameter Meter Eenheid
KWO-koeling lichtpaviljoen caloriemeter (Etap) kWh
KWO-koeling hoofdgebouw caloriemeter (Etap) kWh
KWO-verwarming lichtpaviljoen caloriemeter (Etap) kWh
grondwaterverplaatsing zomer debietmeter (Etap) m³
grondwaterverplaatsing winter debietmeter (Etap) m³
temperatuur warme bron temperatuursensor (Etap) °C
temperatuur koude bron temperatuursensor (Etap) °C
elektriciteitsverbruik KWO elektriciteitsmeter (VITO) kWh
gasverbruik ketel lichtpaviljoen aardgasmeter (VITO) m³
gemiddelde klepstand uitgestuurde spanning klep (Etap) 0-10 V
gemiddelde buitentemperatuur temperatuursensor (Etap) °C
gemiddelde relatieve vochtigheid vochtigheidssensor (Etap) %RV
De meeste meters werden reeds voorzien door Etap. Enkel de elektriciteitsmeter voor het
KWO-systeem en de gasmeter voor de ketel van het lichtpaviljoen werden door VITO
aangekocht.
Om de geleverde warmte van KWO aan het lichtpaviljoen op te meten, was het de bedoeling
om met behulp van puntmetingen (luchtsnelheidsmetingen en luchttemperaturen) een
verband te leggen tussen het uitgestuurde analoge signaal voor de klepstand en de nuttig
geleverde warmte aan het lichtpaviljoen. Via continue meting van het uitgestuurde analoge
signaal voor de klepstand kan dan bepaald worden welk aandeel van de geleverde KWO-
warmte nuttig gebruikt wordt voor voorverwarming van de pulsielucht in het lichtpaviljoen.
Deze meting kan echter niet gebeuren daar er een gebouwzijdige wijziging is gebeurd zodat
er geen 1-1 relatie meer is!!! Het juiste aandeel van warmte dat naar het lichtpaviljoen
gaat, kan dus niet geregistreerd worden!
De bovenstaande gegevens worden elk half uur geregistreerd in het dataloggingssysteem van
Etap (leverancier: Johnson Control). Maandelijks worden de gegevens per e-mail
doorgestuurd naar VITO. De datafile is leesbaar in Excel.
8
5 TECHNISCHE EVALUATIE
Bij de toepassing van de KWO-technologie ligt de focus op koeling. Energieverslindende
compressiekoeling wordt bij deze technologie zoveel mogelijk vervangen door
energiezuinige koeling. Dit is mogelijk doordat grondwater van nature uit een temperatuur
heeft van om en bij de 12°C en dat dit grondwater relatief makkelijk kan opgepompt worden
voor energie-uitwisseling. Het gebruik (geen verbruik) van grondwater voor koeldoeleinden
wordt “ontladen” genoemd. Grondwater wordt dan opgepompt uit de koude bron, en na
warmtewisseling wordt de gebouwwarmte in de warme bron geïnjecteerd. Het systeem
wordt aanzien als een gigantische koudebuffer, vandaar de termen “laden” en “ontladen”
van koude.
De resultaten beschreven in dit rapport hebben betrekking op 2003, 2004 en 2005.
5.1 Grondwatersysteem
In figuur 2 wordt op uurbasis het gevraagde grondwaterdebiet en de buitentemperatuur
weergegeven gedurende een volledig jaar (2004).
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
1/0
1/2
004
15/0
1/2
004
29/0
1/2
004
12/0
2/2
004
26/0
2/2
004
11/0
3/2
004
25/0
3/2
004
8/0
4/2
004
22/0
4/2
004
6/0
5/2
004
20/0
5/2
004
3/0
6/2
004
17/0
6/2
004
1/0
7/2
004
15/0
7/2
004
29/0
7/2
004
12/0
8/2
004
26/0
8/2
004
9/0
9/2
004
23/0
9/2
004
7/1
0/2
004
21/1
0/2
004
4/1
1/2
004
18/1
1/2
004
2/1
2/2
004
16/1
2/2
004
30/1
2/2
004
Bu
iten
tem
pera
tuu
r [°
C]
0
10
20
30
40
50
60
Gro
nd
wate
rdeb
iet
[m³/
h]
Buitentemperatuur [°C] Grondwaterdebiet [m³/h]
Figuur 2: debiet en temperatuur gedurende 2004
Het primaire circuit van het koude-warmteopslagsysteem (grondwatercircuit) volgt
nauwgezet de koudevraag van het gebouwcircuit. Er is dan ook duidelijk een verband te zien
tussen de buitentemperatuur en het grondwaterdebiet.
9
Figuur 3 geeft het verloop weer van de brontemperaturen (warme en koude bron) gedurende
2004. Er is een duidelijke stijging van de koude brontemperatuur te merken tijdens de
zomerperiode. De temperatuur loopt langzaam maar zeker op van ongeveer 8°C in juni tot
ongeveer 11°C eind september. Dit geeft aan dat op het einde van de koelperiode het
grondwatersysteem nog steeds operationeel is en koude aanreikt onder de natuurlijke
grondwatertemperatuur (zijnde 12°C). Tijdens de winterperiode wordt er warmte onttrokken
van ± 13°C uit de warme bron om aan 7°C geïnjecteerd te worden in de koude bron. Er is
ook duidelijk te merken dat er een wijziging is gebeurd aan de instellingen. In het najaar van
2004 wordt er merkelijk kouder geïnjecteerd dan tijdens de eerste maanden van het jaar.
0
5
10
15
20
25
1/0
1/2
004
15/0
1/2
004
29/0
1/2
004
12/0
2/2
004
26/0
2/2
004
11/0
3/2
004
25/0
3/2
004
8/0
4/2
004
22/0
4/2
004
6/0
5/2
004
20/0
5/2
004
3/0
6/2
004
17/0
6/2
004
1/0
7/2
004
15/0
7/2
004
29/0
7/2
004
12/0
8/2
004
26/0
8/2
004
9/0
9/2
004
23/0
9/2
004
7/1
0/2
004
21/1
0/2
004
4/1
1/2
004
18/1
1/2
004
2/1
2/2
004
16/1
2/2
004
30/1
2/2
004
Tem
pera
tuu
r [°
C]
T koude bron T warme bron
Figuur 3: Evolutie van de brontemperaturen in 2004
Figuur 4 geeft een beeld van de energielevering door het KWO-systeem, ontlading van de
koude bron enerzijds en laden van de koude bron anderzijds. In de winterperiode is er een
eerder constante vermogenlevering aan gemiddeld 40 kW (koude laden in koude bron). In de
zomerperiode fluctueert het geleverde vermogen veel sterker in functie van de thermische
belasting van het gebouw.
10
0
50
100
150
200
250
300
350
1/0
1/2
004
15/0
1/2
004
29/0
1/2
004
12/0
2/2
004
26/0
2/2
004
11/0
3/2
004
25/0
3/2
004
8/0
4/2
004
22/0
4/2
004
6/0
5/2
004
20/0
5/2
004
3/0
6/2
004
17/0
6/2
004
1/0
7/2
004
15/0
7/2
004
29/0
7/2
004
12/0
8/2
004
26/0
8/2
004
9/0
9/2
004
23/0
9/2
004
7/1
0/2
004
21/1
0/2
004
4/1
1/2
004
18/1
1/2
004
2/1
2/2
004
16/1
2/2
004
30/1
2/2
004
Verm
og
en
[kW
]
Koude laden Koude ontladen
Figuur 4: Thermische energie-overdracht naar grondwatersysteem
5.2 Debiet laden / ontladen
Het debiet per maand (zowel laden als ontladen) over de meetperiode wordt weergegeven in
figuur 5. Gedurende de meetperiode van 3 jaar is in het totaal 43.071 m³ geladen en 83.650
m³ ontladen. Figuur 6 geeft een overzicht van de debieten per jaar gedurende de
meetperiode.
Door gebouwzijdige veranderingen t.o.v. het processchema, is het niet mogelijk om na te
gaan welk luchtdebiet er tijdens het laden effectief gebruikt wordt voor het opwarmen van
het gebouw. Uit de data blijkt dat er over de meetperiode 3613 uren geladen wordt tussen
06.00 en 18.00 uur zijnde de uren waartussen de kantoorgebouwen dienen verwarmd te
worden. In het totaal werd er gedurende de meetperiode 7822 uren geladen. Op basis van
deze gegevens mag er van uitgegaan worden dat ongeveer 46% van de voorverwarmde
lucht ook effectief wordt benut.
11
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
10.000
jan/0
3
feb/0
3
mrt
/03
apr/
03
mei/03
jun/0
3
jul/03
aug/0
3
sep/0
3
okt/
03
nov/0
3
dec/0
3
jan/0
4
feb/0
4
mrt
/04
apr/
04
mei/04
jun/0
4
jul/04
aug/0
4
sep/0
4
okt/
04
nov/0
4
dec/0
4
jan/0
5
feb/0
5
mrt
/05
apr/
05
mei/05
jun/0
5
jul/05
aug/0
5
sep/0
5
okt/
05
nov/0
5
dec/0
5
Deb
iet
[m³]
Debiet ontladen [m³] Debiet laden [m³]
Figuur 5: Totale debieten laden en ontladen gedurende de meetperiode
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
2003 2004 2005
Deb
iet
[m³]
Debiet ontladen [m³] Debiet laden [m³]
Figuur 6: Totale debieten laden en ontladen per jaar gedurende de meetperiodemeetperiode
12
5.3 Energie laden / ontladen
De hoeveelheden thermische energie per maand, die geleverd zijn door de KWO over de
meetperiode, zijn weergegeven in figuur 7.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
jan/0
3
feb/0
3
mrt
/03
apr/
03
mei/03
jun/0
3
jul/03
aug/0
3
sep/0
3
okt/
03
nov/0
3
dec/0
3
jan/0
4
feb/0
4
mrt
/04
apr/
04
mei/04
jun/0
4
jul/04
aug/0
4
sep/0
4
okt/
04
nov/0
4
dec/0
4
jan/0
5
feb/0
5
mrt
/05
apr/
05
mei/05
jun/0
5
jul/05
aug/0
5
sep/0
5
okt/
05
nov/0
5
dec/0
5
En
erg
ie [
MW
h]
Energie ontladen [kWh] Energie laden [kWh]
Figuur 7: Geleverde energie tijdens laden/ontladen over de meetperiode
Tijdens de totale meetperiode is er in het totaal 280.478 kWhth koude geladen en
322.813 kWhth ontladen.
Wanneer de warmtebalans bekeken wordt over de verschillende zomer- en winterperiodes
kan er besloten worden dat dit gedurende de meetperiode bijna in evenwicht is en er maar
iets minder koude geladen wordt dan ontladen. Enkel tijdens de laatste winterperiode
(winter 05) lijkt er beduidend minder koude geladen te worden. Doordat de winterperiode
van 2005 ook de eerste (winter)maanden van 2006 bevat kan er nog geen volledig beeld
gevormd worden. Een mogelijke oorzaak van het iets minder koude laden in 2005 is de
lagere injectietemperatuur van de koude bron t.o.v. 2003. Figuur 8 geeft een beeld van de
temperatuur in de koude bron tijdens het laden in zowel 2003 als 2005. Er valt op te merken
dat door gewijzigde instelparameters er in 2003 nog koude geladen werd aan 7°C, en dat dit
in 2005 rond 4 à 5°C is.. Doordat er bij lagere temperaturen geladen wordt, zullen 2
tegengestelde effecten spelen. De totale laadperiode zal verkleinen, en de bodem zal een
lagere temperatuur krijgen aan de koude bron. Uit de gegevens kan er besloten worden dat
het verkleinen van de laadtijd een groter invloed heeft dan de lagere temperatuur aan de
koude bron. Er kan netto minder geladen worden. Het is belangrijk om een goed evenwicht
13
te vinden tussen voldoende koude temperaturen laden en zorgen dat de hoeveelheid koude
die geladen wordt toereikend is om de volgende zomerperiode voldoende koude ter
beschikking te hebben. Dit is zeker een aandachtspunt dat moet blijven opgevolgd worden
om toekomstige problemen te vermijden.
14
December 2005
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1/1
2/2
005
2/1
2/2
005
3/1
2/2
005
4/1
2/2
005
5/1
2/2
005
6/1
2/2
005
7/1
2/2
005
8/1
2/2
005
9/1
2/2
005
10/1
2/2
005
11/1
2/2
005
12/1
2/2
005
13/1
2/2
005
14/1
2/2
005
15/1
2/2
005
16/1
2/2
005
17/1
2/2
005
18/1
2/2
005
19/1
2/2
005
20/1
2/2
005
21/1
2/2
005
22/1
2/2
005
23/1
2/2
005
24/1
2/2
005
25/1
2/2
005
26/1
2/2
005
27/1
2/2
005
28/1
2/2
005
29/1
2/2
005
30/1
2/2
005
31/1
2/2
005
tem
pera
tuu
r [°
C]
T koude bron
December 2003
0
2
4
6
8
10
12
1/1
2/2
003
2/1
2/2
003
3/1
2/2
003
4/1
2/2
003
5/1
2/2
003
6/1
2/2
003
7/1
2/2
003
8/1
2/2
003
9/1
2/2
003
10/1
2/2
003
11/1
2/2
003
12/1
2/2
003
13/1
2/2
003
14/1
2/2
003
15/1
2/2
003
16/1
2/2
003
17/1
2/2
003
18/1
2/2
003
19/1
2/2
003
20/1
2/2
003
21/1
2/2
003
22/1
2/2
003
23/1
2/2
003
24/1
2/2
003
25/1
2/2
003
26/1
2/2
003
27/1
2/2
003
28/1
2/2
003
29/1
2/2
003
30/1
2/2
003
31/1
2/2
003
Tem
pera
tuu
r [°
C]
T koude bron
Figuur 8: Injectietemperatuur van de koude bron tijdens het laden (2003 en 2005).
15
Tabel 1 geeft een overzicht van de warmtebalans over de verschillende seizoenen
(winter/zomer). De winter van 2005 is bijgevolg nog niet volledig omdat de eerste maanden
van 2006 nog ontbreken om een volledige winterperiode te verkrijgen.
In figuur 9 wordt de warmtebalans over de meetperiode weergegeven per zomer- en
winterperiode.
Warmtebalans per seizoen
Koude laden [kWh] Koude ontladen [kWh]
Zomer 03 109.500
Winter 03 101.462
Zomer 04 103.713
Winter 04 99.095
Zomer 05 109.600
Winter 05 20.520
Tabel 1: Warmtebalans zomer-/winterperiodes
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
2003 2004 2005
En
erg
ie [
kW
h]
Koude ontladen (zomerperiode) Koude laden (winterperiode)
Figuur 9: Warmtebalans zomer-/ winterperiodes over de meetperiode
16
5.4 Verbruikte energie
Figuur 10 geeft het elektriciteitsverbruik voor het KWO-systeem weer gedurende de
meetperiode.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
jan/0
3
feb/0
3
mrt
/03
apr/
03
mei/03
jun/0
3
jul/03
aug/0
3
sep/0
3
okt/
03
nov/0
3
dec/0
3
jan/0
4
feb/0
4
mrt
/04
apr/
04
mei/04
jun/0
4
jul/04
aug/0
4
sep/0
4
okt/
04
nov/0
4
dec/0
4
jan/0
5
feb/0
5
mrt
/05
apr/
05
mei/05
jun/0
5
jul/05
aug/0
5
sep/0
5
okt/
05
nov/0
5
dec/0
5
Ele
ktr
icit
eit
sverb
ruik
[kW
h]
Elektriciteitsverbruik ontladen Elektriciteitsverbruik laden
Figuur 10: Elektriciteitsverbruik van KWO gedurende de meetperiode
Over de totale meetperiode is er een totaal van 22,5 MWhe elektrische energie verbruikt
door de bronpompen. Laden nam hiervan 10,4 MWhe voor zijn rekening, terwijl het
ontladen 12,2 MWhe verbruikte.
Voor het leveren van 322,8 MWhth koude was dus 12,2 MWhe elektrische energie vereist. In
termen van een koelmachine komt dit neer op een SPF van 27. In de totale meetperiode is er
280,5 MWhth warmte geleverd. Hiervan wordt slechts 46% nuttig gebruikt, wat overeenkomt
met 129,0 MWhth. Wanneer de berekening gemaakt wordt, komt dit neer op een SPF van
12.
Tabel 2 geeft een overzicht van de SPF-factor per jaar voor zowel laden als ontladen.
SPF-factor Koude laden Koude ontladen
2003 13 28
2004 12 22
2005 12 31
Totale meetperiode 12 27
Tabel 2: SPF-factor voor koude laden en ontladen over de meetperiode
17
5.5 Gasverbruik
Het gasverbruik tijdens de meetperiode wordt weergegeven in Figuur 11
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
jan/0
3
feb/0
3
mrt
/03
apr/
03
mei/03
jun/0
3
jul/03
aug/0
3
sep/0
3
okt/
03
nov/0
3
dec/0
3
jan/0
4
feb/0
4
mrt
/04
apr/
04
mei/04
jun/0
4
jul/04
aug/0
4
sep/0
4
okt/
04
nov/0
4
dec/0
4
jan/0
5
feb/0
5
mrt
/05
apr/
05
mei/05
jun/0
5
jul/05
aug/0
5
sep/0
5
okt/
05
nov/0
5
dec/0
5
Gasverb
ruik
m³/
maan
d
Gasverbruik m³
Figuur 11: Gasverbruik per maand gedurende de meetperiode
Een totaal van 135.122 m³ gas is verbruikt tijdens de meetperiode. Uitgaande van
33,5 MJ/m³ (verrijkt Slochteren) en een rendement van de gasketel van 85% geeft dit een
totaal van 3.847 GJ ofwel 1.069 MWhth geleverde warmte.
Tijdens de meetperiode is 46% van de energie bij het laden ook gebruikt als
voorverwarming wat neerkomt op 129.020 kWhth of 464 GJ (zie hiervoor 4.2). Tijdens de
meetperiode werd dus 11 % van de warmtevraag geleverd door het KWO-systeem.
18
6 PRIMAIRE ENERGIEBESPARING EN CO2-REDUCTIE
6.1 Primaire energiebesparing
Om de primaire energiebesparing te kunnen bepalen is het nodig om de KWO-installatie te
vergelijken met een referentie-installatie. Hiervoor wordt vergeleken met een klassieke
watergekoelde koelmachine een SPF van 3,5 en een HR+-gasketel met een jaarrendement
van 85%. Voor de omrekening naar primaire energie wordt gerekend met een rendement van
de elektriciteitscentrale van 44 %.
KWO + ketel
(installatie Etap)
Gasketel + KM
(referentie-installatie)
Elektriciteitsverbruik 22,5 MWhe 92,2 MWhe
Primair elektrisch
energieverbruik 184 GJ 755 GJ
Gasverbruik 4.527 GJ 5.073 GJ
Totaal primair
energieverbruik 4.711 GJ 5.828 GJ
Reductie primaire energie - 1.117 GJ
Besparing - 19 %
Tabel 3: Primaire energiebesparing over de meetperiode
Door toepassing van de KWO-techniek werd er 1.117 GJ minder primaire energie verbruikt
gedurende de voorbije drie jaar. Dit komt overeen met een jaarlijkse besparing van ongeveer
372 GJ of 19% van de nodige primaire energie van de referentie-installatie. Tabel 3 geeft
een overzicht van de verschillende energieverbruiken.
Omdat het hoofddoel van de KWO-installatie het leveren van koude is, zal de koeling apart
bekeken worden. Tabel 4 geeft een overzicht van de verschillende energieverbruiken enkel
voor wat betreft koeling. Er is een duidelijk grotere procentuele besparing wat betreft
primair energieverbruik. Het aandeel van de KWO in de verwarming is dan ook beperkt.
(11% zie 5.5)
KWO
(installatie Etap)
KM
(referentie-installatie)
Elektriciteitsverbruik 22,5 MWhe 92,2 MWhe
Primair elektrisch
energieverbruik 184 GJ 755 GJ
Reductie primaire energie - 571 GJ
Besparing - 76 %
Tabel 4: Primaire energiebesparing enkel voor koeling over de meetperiode
19
6.2 CO2-reductie
Voor de bepaling van de CO2-emissie wordt uitgegaan van een uitstoot van 624 g CO2 per
kWhe en 55 g CO2 per MJth. Onderstaande tabel geeft een totaal-overzicht na drie jaar
werking.
KWO + ketel
(installatie Etap)
Gasketel + KM
(referentie-installatie)
Elektriciteitsverbruik 14 ton CO2 58 ton CO2
Gasverbruik 249 ton CO2 279 ton CO2
CO2-uitstoot 263 ton CO2 337 ton CO2
CO2-reductie - 74 ton CO2
Besparing - 22 %
Tabel 5: CO2-reductie tijdens de meetperiode
Tabel 5 geeft een overzicht van de CO2-emissie over de meetperiode. Door toepassing van
de KWO-techniek werd de CO2-reductie met ruim 74 ton verminderd over de voorbije 3
jaar. Op jaarbasis geeft dit een besparing van ongeveer 25 ton of 22 %.
20
7 ECONOMISCHE EVALUATIE
In het kader van de bevordering van nieuwe energietechnologieën heeft de Vlaamse
overheid een subsidie toegekend van 35% van de investeringskosten van de koude-
warmteopslag (KWO) installatie bij ETAP te Malle.
De totale investeringskost voor de KWO-installatie bedroeg 341.746,01 €. Etap heeft een
subsidie van 35% zijnde 119.611,15 € bekomen.
De energiebesparing wordt bepaald door de koeling te vergelijken met mechanische koeling
via een koelmachine. Voor de koelmachine is een investering voorzien van 148.000 €
(Vermogen 570 kWth). De warmte gerecupereerd bij het koude laden wordt door de ketel
bijgeleverd. Er dienen hiervoor geen extra investeringen gedaan te worden.
Voor de aardgasprijs wordt het tarief C gebruikt met een kostprijs van 2,81 cEURO/kWh en
de elektriciteitsprijs wordt 7,5 cEURO/kWhe gebruikt. Enkel de variabele kosten voor
aardgas en elektriciteit worden in rekening gebracht. Alle vermelde bedragen zijn exclusief
BTW.
Bij de evaluatie is er rekening gehouden met een vermeden onderhoudskost, geschat op
2.500 €/jaar, en een vermeden vermogenvergoeding van 7.500 €/jaar.
Tabel 6 toont de economische evaluatie van het project.
Investeringen (€)
KWO-installatie
Totaal
Vermeden investering koelmachine (€)
Subsidie
341.746
341.746
-148.000
-119.611
Energiebesparing (€/jaar)
Aardgasbesparing
Elektriciteitsbesparing
Subtotaal
Vermeden onderhoudskost en
vermogenvergoeding (€/jaar)
Totaal
1.425
1.742
3.167
10.000
13.167
Terugverdientijd (exclusief subsidie) (jaar) 14,7
Terugverdientijd (inclusief subsidie) (jaar) 5,6
Tabel 6: Economische evaluatie demonstratieproject bij Etap, Malle
21
Door toepassing van deze energiezuinige technieken wordt een aardgasbesparing van
50.596 kWhprim/meetjaar of 1.425 €/jaar bereikt en een elektriciteitsbesparing van
23.232 kWh/jaar of 1.742 €/jaar. De totale energiebesparing bedraagt 3.167 €/jaar. Samen
met de vermeden onderhoudskost en vermogenvergoeding geeft dit een jaarlijkse besparing
van 13.167 €/jaar. Wanneer de terugverdientijd berekend wordt, bedraagt deze 14,7 jaar
zonder subsidie. Indien de subsidie mee in rekening gebracht wordt, dan bedraagt de
terugverdientijd 5,6 jaar.
22
8 MENING VAN DE EIGENAAR
Situering van het project:
ETAP ontwikkelt, fabriceert en commercialiseert functionele verlichting, meer bepaald
algemene-, specifieke- en noodverlichting; voornamelijk voor de werkomgeving in industrie
en utiliteit. Het resulterende product is functioneel en van hoge kwaliteit, gesteund op de
actuele stand van de verlichtingskunde, ontwikkeld en geproduceerd met up to date
materiaal en -technologische middelen, rekening houdend met het verlangen van de klant,
met voldoende mogelijkheid tot achterwaartse integratie en met een zo hoog mogelijke
toegevoegde waarde.
Hiervoor heeft ETAP een visie ontwikkeld die gedragen wordt door optimalisatie van
fysiologische-, ergonomische- en comfortaspecten, met bovendien zeer veel aandacht voor
het esthetische uitzicht en de gebruikskost.
Het nieuwe "Lichtpaviljoen" dat gebouwd werd, is in de eerste plaats bedoeld om haar
expertise met betrekking tot algemene verlichtingstechniek, noodverlichting en
verlichtingstoepassingen met moderne middelen uit te bouwen en te tonen aan haar klanten.
Het "Lichtpaviljoen" centraliseert alle ruimten die bedoeld zijn om licht te beleven in
hiervoor speciaal ontwikkelde ruimten, om proefopstellingen voor eigen gebruik te bouwen
ten behoeve van nieuwe productontwikkelingen en om de klanten in aangepaste
simulatieruimten te tonen welke lichttechnische- en energetische resultaten er verwacht
kunnen worden in hun specifieke omgeving.
Het nieuw gebouwde lichtpaviljoen werd geïntegreerd in het bestaande gebouw dat hierdoor
uitgebreid werd met circa 3000 m² vloeroppervlak.
Procesbeschrijving:
Voor de koeling van de ruimtes wordt gebruik gemaakt van een seizoenmatig
koudeopslagsysteem.
Het principe van een seizoenmatig koudeopslagsysteem is dat in de zomer wordt gekoeld
met winterkoude. Hiertoe wordt in de winter grondwater onttrokken aan een zogenaamde
warme bron en na afkoeling aan de buitenlucht, met een temperatuur van de 7ºC in een
zogenaamde koude bron geïnfiltreerd. In de zomer keert het systeem om en wordt er gekoeld
grondwater onttrokken aan de koude bron en na afgifte van koude aan het gebouw,
geïnfiltreerd in de warme bron.
Het seizoenmatige koudeopslagsysteem werd zo uitgelegd dat deze in de gehele koudevraag
van de ruimtes kan voorzien, dit zowel voor het nieuwe lichtpaviljoen als voor het bestaande
kantoorgebouw.
De grootte van het grondwatersysteem is bepaald aan de hand van de totale koudevraag
betreffende het "Lichtpaviljoen" en de bestaande AIRCO's I en II in het kantoorgebouw. De
aansluiting van de koudevragers op het grondwatersysteem vond gefaseerd plaats. Als eerste
werden de luchtbehandelingskasten van het lichtpaviljoen aangesloten. Op een later tijdstip
werden AIRCO I en II van de bestaande gebouwen aangesloten. Beide systemen hebben een
eigen warmtewisselaar, die zorg draagt voor de scheiding tussen het grondwater en het
23
gekoelde water. In de winter wordt alleen geladen met behulp van de
luchtbehandelingskasten van het lichtpaviljoen.
Motivatie en doelstellingen:
ETAP is een bedrijf dat hoogwaardige verlichtingsarmaturen en noodverlichting ontwikkelt,
fabriceert en commercialiseert.
Eén van de belangrijke kenmerken van deze armaturen, buiten hun optische en esthetische
eigenschappen, is dat ze zeer zuinig omspringen met energie. Dit wordt bereikt door:
De juiste optimale vorm aan de reflectoren te geven.
Een aluminiumkwaliteit te gebruiken met de hoogste reflectie-eigenschappen die vandaag
op de markt is.
Gesofistikeerde diffusoren te ontwerpen.
De armaturen op de juiste plaats in te planten.
Bovendien werden en worden er meerdere lichtregelsystemen ontwikkeld waarmee men
behoorlijke besparingen kan realiseren op de energiefactuur.
Elke dag wordt er gewerkt aan systemen die er moeten voor zorgen dat wij in de toekomst
verlichtingsinstallaties hebben die een nog betere kwaliteit van verlichting garanderen met
een nog lager energieverbruik.
Men kan alle lichttechnische en energetische eigenschappen van een verlichtingsarmatuur en
van een volledige verlichtingsinstallatie vastleggen met cijfers en grafieken, maar er is toch
een sterke behoefte om dit zodanig voor te stellen aan de klanten, dat zij effectief kunnen
ervaren dat een bepaald armatuur andere eigenschappen heeft dan een ander armatuur en dat
zij kunnen ervaren wat het effect is van verschillende verlichtingsinstallaties.
Om dit te kunnen realiseren hadden wij behoefte aan nieuwe showrooms en demoruimten.
En hiervoor hebben wij ons lichtpaviljoen gebouwd.
Technische historiek:
Wij vinden het voor ons zelf vanzelfsprekend dat wanneer je alle dagen bezig bent met het
ontwerpen van producten die het energieverbruik moeten beperken, dat je dan dezelfde
filosofie doortrekt naar de gebouwen die je opricht. Gebouwen die bedoeld zijn om juist die
producten voor te stellen.
Wij zijn dus op zoek gegaan naar een technologie die, in eerste instantie voor het koelen van
het gebouw, voldeed aan die maatstaven.
We hebben gezocht in de vakliteratuur en via Internet en we hebben geleerd dat er een
bepaalde technologie was die voldeed aan die criteria en die al in Europa gebruikt werd en
waarvan er zelfs toen reeds een proefproject opgestart was in België, en het is die
technologie die we uiteindelijk gebruikt hebben in ons nieuw gebouw.
We zijn eerst gaan praten met VITO; de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek,
over de mogelijkheden van deze techniek in onze omgeving en VITO heeft dan een
24
"haalbaarheidsstudie" gemaakt waaruit bleek dat de ondergrond geschikt was; dat er
voldoende grondwater beschikbaar was; over welke vermogens we per jaar zouden kunnen
beschikken; wat de invloed zou zijn op de stand van het grondwater; enz.. en we zijn dan op
zoek gegaan naar een studiebureau dat reeds ervaring had opgedaan met deze technologie,
zodanig dat er een gedetailleerd lastenboek kon opgemaakt worden.
Evaluatie:
Na 5 jaar gebruik kunnen hebben we voldoende ervaring opgebouwd om de installatie en het
gebruik te evalueren.
Er is voor de "kantoorgebruiker" geen enkel verschil merkbaar tussen een traditionele
koeling en een KWO installatie.
De gerealiseerde energiewinsten voldoen aan de vooropgestelde verwachtingen.
Een KWO-installatie vereist iets meer opvolging dan een traditionele koelmachine, vooral
omdat er ook gedurende de winter, bij voorkeur tijdens vorstperiodes, de bronnen terug
moeten geladen worden met koude-energie.
Na de iets moeilijkere opstart tengevolge van software-problemen zijn er tot op vandaag
geen mankementen opgetreden aan het gedeelte KWO. De herstellingen van defecten die er
uitgevoerd moesten worden situeerden zich allemaal aan het conventionele airco-gedeelte
dat identiek zou uitgevoerd geworden zijn indien er een traditionele koelmachine zou
gebruikt geweest zijn.
John Kazandjian
Afdelingshoofd Engineering ETAP nv
25
9 BESLUIT
Het toepassen van de koude-warmteopslagtechniek (KWO) leidt bij Etap tot volgende
besluiten (evaluatie over 3 jaar, 01/2003 tem 12/2005):
Over de ganse periode was er een totale koelvraag van 322.813 kWh en een totale
warmtevraag van 280.478 kWh voor de gebouwen;
In totaal werd 83.650 m3 grondwater verplaatst van de koude naar de warme bron
(ontladen);
In totaal werd 43.071 m3 grondwater verplaatst van de warme naar de koude bron
(laden), hiermee werd 11 % van de warmtevraag gedekt door het KWO-systeem;
Toepassing van KWO gaf een totale jaarlijkse reductie van het primair
energieverbruik met 1.117 GJ (voor koeling én verwarming);
Vertaald naar de CO2-uitstoot betekent dit een reductie met 74 ton per jaar;
Globaal betekent dit een besparing van 19 % op het energieverbruik en 22 % op
CO2-emissie;
Na een moeilijke start in de periode 2000 – 2002 (juiste datagegevens uit registratiesysteem
halen), heeft de KWO-installatie bij Etap te Malle over de meetperiode toch een belangrijke
hoeveelheid energiebesparing kunnen realiseren. De installatie biedt het grootste deel van de
koude aan met een zeer hoog rendement (KF/SPF = 27 versus KF = 3,5 voor klassieke
koelmachine). Bij het laden van koude in de winter wordt de warmte toch gedeeltelijk nuttig
gebruikt als voorverwarming voor de luchtbehandelingskasten van het lichtpaviljoen.
Wanneer het economische luik bekeken wordt van de installatie, kan er besloten worden dat
het toepassen van koude-warmteopslagtechniek een zekere meerkost met zich meebrengt.
Deze zal echter terug verdiend kunnen worden door vermeden energiekosten alsook de
vermeden kosten van een koelmachine met zijn specifiek onderhoud en de vermeden
vermogenvergoeding. Dit alles in rekening gebracht geeft een terugverdientijd van 15 jaar
zonder subsidies, en 5,7 jaar inclusief subsidies.
26
BIJLAGE 1: SAMENVATTING RESULTATEN M aand Energ ie laden Energ ie ontladen Debiet laden Debiet on tladen Elek laden Elek ontladen G asverbru ik CO P per m aand CO P per m aand
[kW h] [kW h] [m ³] [m ³] [kW h] [kW h] [m ³] laden ontladen
jan /03 18.997 0 5.689 0 852 62 7.578 22 0
feb /03 31.471 0 4.566 0 856 12 6.587 37 0
m rt/03 4.485 0 808 0 184 22 4.174 24 0
apr/03 4.396 3.400 763 600 148 120 3.244 30 28
m ei/03 0 2.900 0 520 1 102 1.653 0 28
jun /03 26 29.800 13 6.480 5 880 342 5 34
ju l/03 17 22.300 9 5.810 9 812 325 2 27
aug /03 365 36.800 106 8.730 33 1.278 420 11 29
sep /03 395 13.700 107 3.500 69 441 1.486 6 31
okt/03 3.083 600 743 520 176 116 4.493 18 5
nov/03 2.791 0 347 0 116 24 4.441 24 0
dec/03 24.601 0 3.303 0 784 1 6.240 31 0
jan /04 24.253 0 3.499 0 824 2 7.390 29 0
feb /04 24.652 200 4.554 60 797 25 5.720 31 8
m rt/04 16.714 2.200 3.453 630 581 132 6.232 29 17
apr/04 4.131 7.600 1.185 2.400 192 358 3.478 22 21
m ei/04 476 8.200 183 3.400 25 507 2.165 19 16
jun /04 0 24.300 1 8.690 1 1.252 1.076 0 19
ju l/04 0 15.113 1 2.830 2 415 684 0 36
aug /04 1 28.100 1 7.420 2 1.003 628 1 28
sep /04 0 17.300 1 6.250 1 842 1.534 0 21
okt/04 971 700 104 240 40 163 2.836 24 4
nov/04 8.760 0 185 0 440 20 5.155 20 0
dec/04 24.565 0 3.001 0 968 7 7.235 25 0
jan /05 24.729 0 3.131 0 685 3 6.837 36 0
feb /05 24.235 0 3.063 0 896 7 7.633 27 0
m rt/05 13.607 2.400 1.766 510 530 90 5.912 26 27
apr/05 1.179 1.400 293 350 96 88 3.217 12 16
m ei/05 1.050 9.300 195 1.540 61 230 2.464 17 40
jun /05 2 23.300 3 6.130 11 750 930 0 31
ju l/05 2 19.200 4 3.850 1 543 813 2 35
aug /05 2 20.800 3 4.800 2 702 1.282 1 30
sep /05 1 23.600 3 5.500 4 745 1.689 0 32
okt/05 1 8.600 3 2.550 8 347 2.717 0 25
nov/05 6.877 1.000 697 340 404 53 6.882 17 19
dec/05 13.644 0 1.290 0 580 32 9.632 24 0
T otaal 280.478 322.813 43.071 83.650 10.384 12.186 135.122