WARMTEPOMPEN
Install Magazine 943 – september 2017
Warmtepomp met betonkernactivering en energie-opslag voor WZC
Weishaupt-installatie voor H.-Hartinstituut in Heverlee
De installatie zorgt voor verwarming en koeling van het nieuwe WZC op de site van het Heilig-Hartinstituut in Heverlee (Leuven)
Het hart van de installatie zijn drie bodem-water warmtepompen van Weishaupt.
Het circuit op hoge temperatuur wordt gevoed door een S50 ID-warmtepomp van 50 kW.
Voor het lagetemperatuurcircuit voor de betonkernactivering is er een cascade-opstelling van twee S90 ID-warmtepompen van 90 kW elk.
Hoogefficiënte condensatieketels van Weishaupt dienen als backup.
Installatiebedrijf Geuvers slaagde erin om alle componenten een plaatsje te geven.
Het H.-Hartinstituut in Heverlee bij Leuven omvat niet alleen een imposant scholencomplex, maar ook een gloednieuw woonzorgcentrum met assistentiewoningen. Voor een energiezuinig thermisch comfort werd daar gekozen voor een systeem met warmtepompen en bodem-energieopslag (BEO). Als afgiftesysteem werd betonkernactivering toegepast, aangevuld met radiatoren. De warmtepompen werden geleverd door Weishaupt, terwijl firma Geuvers voor de installatie instond.
Betonkernactivering en BEO voor woonzorgcentra
Het nieuwe WZC komt in de plaats van het oude en omvat 96 kamers en 27 serviceflats. Omdat een deel van het bestaande gebouw eerst moest worden afgebroken, worden de werken in verschillende fasen uitgevoerd. Een deel van centrum is al in gebruik, zij het op een voorlopige verwarmingsinstallatie. Het installatieconcept werd uitgewerkt door studiebureau Boydens.
Vanuit energetisch oogpunt komt betonkernactivering pas echt tot zijn recht in een omkeerbaar systeem. Het is namelijk goed geschikt om passief te koelen, wat twee grote voordelen heeft: het gebouw krijgt zomercomfort met een minimum aan energieverbruik, en de warmtebron wordt in de zomer geregenereerd, wat een gunstig effect heeft op het jaarrendement. Vandaar dat deze combinatie vooral wordt toegepast in kantoren: de koude- en de warmtevraag zijn daar doorgaans ongeveer in evenwicht, wat het ontwerp vereenvoudigt.
In een WZC is de situatie anders. De koelbehoefte is er minder groot dan in kantoren, maar het belang van lage binnentemperaturen is er veel hoger. Als het er te warm wordt, bijvoorbeeld door een hittegolf, kunnen er immers levensbedreigende situaties ontstaan voor de bewoners. Daarom moeten woonzorgcentra ervoor zorgen dat de binnentemperaturen nooit te hoog oplopen. Betonkernactivering is dan een handige manier om de algemene temperatuur van het gebouw binnen de perken te houden, zonder een beroep te doen op actieve koeling.
Deze oplossing heeft ook architecturale voordelen. Hoewel zonwering uiteraard nodig blijft, kan men meer zonlicht toelaten in de leefruimtes. Zo kunnen de bewoners blijven genieten van een uitzicht en van natuurlijk licht, twee belangrijke factoren in levenskwaliteit, zonder risico op oververhitting.
Combinatie met radiatoren
Voor verwarming heeft het WZC een dubbel afgiftesysteem: een op lagere temperaturen via de betonkernactivering en een op hogere temperaturen met radiatoren, waarbij de betonkernactivering de pieklasten afdekt, met bijverwarming door de radiatoren. De traditionele nadelen van betonkernactivering, namelijk inertie en beperkte regelbaarheid, zijn voordelen in de context van een WZC. Dat moet namelijk zo goed als altijd op temperatuur gehouden worden. Nachtverlaging heeft er maar een beperkte zin.
De combinatie met radiatoren heeft diverse redenen. Een eerste voordeel is dat ze een betere individuele regelbaarheid bieden. Betonkernactivering is erg efficiënt om het hele gebouw op een stabiele temperatuur te houden. De concrete warmtebehoefte zal echter kamer per kamer verschillen, in functie van interne en externe warmtewinsten, het aanvoelen van de gebruiker enzovoort. Met behulp van de radiator kan de bewoner een eventueel plaatselijk gebrek aan comfort doeltreffend opvangen. Dat vergroot ook de greep die de gebruiker om zijn eigen binnenklimaat heeft, wat eveneens belangrijk is voor de levenskwaliteit.
Een tweede aspect is de verwarming in het tussenseizoen, wanneer er bijvoorbeeld alleen maar in de ochtend voor een korte periode verwarming nodig is. Radiatoren kunnen hier perfect op inspelen. Bovendien is er een dode zone tijdens de overschakeling van de betonkernactivering van verwarmings- op koelingsbedrijf. In die periode kunnen de radiatoren een eventuele korte tijdelijke warmtebehoefte afdekken.
Tenslotte kunnen de radiatoren in de koudste perioden bijspringen om pieken op te vangen. Om evidente veiligheidsredenen is het WZC ook voorzien van backup-ketels. Die kunnen tevens extra vermogen leveren via de radiatoren. Op die manier kan men tegelijk de lage-temperatuurinstallatie van warmtepomp, betonkernactivering en boorveld wat kleiner dimensioneren. Dat betekent zowel een lagere investering als een beter jaarrendement. Voor een goede werking is de regeling echter cruciaal: die moet erop gericht zijn dat het lage-temperatuursysteem zoveel mogelijk draaiuren heeft. De beheerder moet dan ook aan de verleiding weerstaan om de ketels in te schakelen als snelle oplossing voor een eventueel gebrek aan comfort. Met te hoge werkingsregimes, vervalt men in een klassieke ketelwerking, en blijft de hernieuwbare energiebron onderbenut. Het is dan ook belangrijk dat het werkingsconcept al van voor de uitvoering goed wordt gecommuniceerd met de gebruiker. In dit geval was de opdrachtgever overtuigd van de nood van zo energiezuinig mogelijk te bouwen. Zo is de nieuwbouw ook voorzien van PV-panelen die de warmtepompinstallatie bevoorraden. Het streven was om zoveel mogelijk zelfvoorzienend te zijn in energie.
Hoge en lage temperatuursystemen
De stookplaats is ingedeeld in een lage-temperatuurcircuit en een op hoge temperatuur. Het hoge-temperatuursysteem omvat daarbij de radiatoren en de SWW productie, terwijl het lage-temperatuursysteem de betonkernactivering voedt. Beide circuits worden bediend door een aparte warmtepompinstallatie. Het lage-temperatuurcircuit wordt bediend door twee Weishaupt S90 ID -warmtepompen van 90 kW elk. Het hoge-temperatuurcircuit is aangesloten op een Weishaupt S50 ID-warmtepomp van 50 kW. Dit circuit kan bij piekvraag ondersteund worden door de backup-ketels. Dit zijn eveneens hoogefficiënte condenserende Weishaupt-gaswandketels. Het hoge-temperatuurcircuit dient ook als bijverwarming voor de SWW productie. De basislast daarvan wordt gedekt door twee zonneboilers van 2.500 l elk. De warmtepompen zijn aangesloten op het hydraulisch circuit via telkens een buffervat, om te voorkomen dat de compressoren gaan pendelen. Zowel de primaire als secundaire circulatiepompen zijn toerentalgeregeld om een zo hoog mogelijk rendement te halen. Alle warmtepompen zijn uitgerust met twee compressoren, voor een optimale werking in deellast. Het gebouwenbeheersysteem zorgt voor een optimale sturing van de compressoren.
De benaming ‘hoge’ temperatuur is echter relatief. In de praktijk hebben de radiatoren geen al te hoge temperaturen nodig. Het gebouw is immers goed geïsoleerd en de standaard berekeningsmethode bevat voldoende reserve zodat het nominale regime van 45/35°C alleen in de koudste dagen nodig is. De afgelopen winter kwam men bijvoorbeeld meestal toe met een vertrektemperatuur van 32°C. De dimensionering van de radiatoren voor een dergelijk systeem is een delicaat punt. Daar bestaat echter geen standaard rekenmethode voor.
Het eenvoudigste is om de radiatoren op 100% vermogen te dimensioneren, maar dat kan er in de praktijk toe leiden dat het radiatorcircuit de betonkernactivering gaat overheersen. In dat geval komt men uit bij een standaard radiatorverwarming, met alle negatieve gevolgen voor het rendement. De radiator is dus best niet te groot. Als vuistregel kiest men wel eens 30% van het vermogen. Beter is echter om de dimensionering te optimaliseren op basis van een dynamische simulatie van het gebouw. Deze methode is nog weinig ingeburgerd in België, en betekent een meerkost in de ontwerpfase. Investeren in studiewerk betaalt zich echter later terug bij uitvoering en gebruik.
Installatie met Weishaupt
Weishaupt was geen onbekende voor de opdrachtgever. De meeste stookplaatsen zijn met materiaal van deze fabrikant uitgerust, zodat men vertrouwd was met de kwaliteit en betrouwbaarheid. Concreet voor deze werf speelde het rendement een rol. Naarmate de vermogens groter zijn, betekent een betere COP dan ook een grotere winst op de energiefactuur. De WWP S90 ID haalt een COP tot 5,0 (B0/W35), bij de WWP S50 ID is dat zelfs 5,4 (B0/W35).
De warmtepompen halen hun warmte van boringen van 100 m diep die door boringbedrijf Verheyen werden aangelegd rond het gebouw. Deze configuratie sluit beter aan bij het gebruik van een WZC omdat de uitwisseling met de omgeving zo maximaal is. Omdat de koelvraag van een WZC beperkt is, blijft de regeneratie van de bronnen eveneens beperkt, waardoor een maximale natuurlijke regeneratie aangewezen is. Om dezelfde reden heeft het weinig zin om koude te gaan opslaan in de bodem. Het broncircuit is voorzien van een toerentalgeregelde pomp, om soepel in te spelen op de wisselende warmtevraag.
Alle HVAC-technieken werden uitgevoerd door het lokale installatiebedrijf Geuvers. Deze firma was al verantwoordelijk voor alle andere stookplaatsen van de site in Heverlee. Hoewel de technische ruimtes op het eerste zicht groot ogen, moest er toch heel wat materiaal een plaatsje in vinden en bovendien moest alles bereikbaar blijven. Uiteindelijk kwam er heel wat pas- en meetwerk bij kijken om alles in de stookplaats te kunnen onderbrengen. Geuvers kon dat opvangen met zorgvuldige planning en prefabricage. Een eerste deel van het WZC is al in gebruik. De opstart van de warmtepompen wordt voorzien voor dit najaar. Tot dan draait de installatie op de backup-ketels. In de zomer zorgde de betonkernactivering al wel voor aangename temperaturen, dankzij passieve koeling.
Door Alex Baumans
