SANITAIR
Install Magazine 955 – november 2018
Optimaal ontwerp van collectieve installaties voor verwarming en SWW
Resultaten van Instal 2020-project
Het relatieve belang van SWW neemt toe naargelang de woningen energiezuiniger worden.
Volgens de simulatie zijn is het rendement van een combilus vergelijkbaar met dat van individuele ketels bij 18 appartementen, op voorwaarde dat de leidinglengte beperkt wordt gehouden.
Om de verspreiding van legionella in de praktijk te kunnen bestuderen, bouwde het WTCB een testopstelling.
Het doel was om een optimale temperatuurszone te bepalen om legionella effectief tegen te gaan men een minimum aan energieverbruik.
Door de verschillende gebruiksprofielen te combineren, komt men tot een standaard tappatroon, dat als basis kan dienen voor de dimensionering.
Op basis van het onderzoek werden praktische fiche rond installatieconcepten uitgewerkt.
Instal 2020 is een VIS-traject (Vlaams Innovatie Samenwerkingsverband) met partners uit de sector en uit de academische wereld dat liep met steun van Vlaio. Het is gegroeid uit een eerder Tetra-project rond SWW en spitst zich toe op collectieve installaties. Centraal stond de vraag of men beter voor decentrale dan wel voor centrale systemen voor SWW en verwarming koos, en hoe men die dan zou dimensioneren. Daarnaast werd ook aandacht besteed aan legionellapreventie, om een optimaal punt te vinden tussen hygiëne en energiebesparing. Het traject liep af in september en de resultaten werden voorgesteld op een afsluitend event.
Gedragen door de sector
Het Instal 2020-project liep van 2014 tot 2018 verenigde zowel partners uit de wetenschappelijke wereld, meer bepaald het WTCB als hoofdaanvrager, en Thomas More KCE en UAntwerpen-EMIB, naast verenigingen uit de HVAC-sector (Atic, Techlink en Bouwunie), evenals tal van bedrijven. Het was een volgende stap van het Tetra-project rond sanitair warm water en had tot doel om praktische ontwerpcriteria te bepalen, in de eerste plaats voor installateurs, maar ook voor andere actoren in de HVAC-sector, zoals studiebureaus, groothandels of fabrikanten.
De focus lag op gecombineerde installaties voor sanitair en warm water. Basisvraag was: in welke omstandigheden is het zinvol om met een gecentraliseerd systeem te werken, bestaande uit een centrale stookplaats en woningstations (de zogeheten afleversets), verbonden met een combilus, en wanneer zijn individuele toestellen te verkiezen? Daaruit vloeiden andere vragen voort, zoals in welke mate de introductie van duurzame energie nodig zou zijn om de totale energiebalans te verbeteren. Ook de comfortbeleving werd bekeken. Gezien het om SWW gaat, moet men niet alleen letten op energetische aspecten, maar ook op hygiënische, in de eerste plaats legionellapreventie. De eisen voor constant hoge temperaturen, al dan niet afgewisseld met thermische desinfectie, staan immers haaks op het streven voor lage temperaturen voor een maximale energie-efficiëntie.
Op basis van al die gegevens wilde men tot een methode komen om een combilus te dimensioneren. De dimensionering van gecombineerde systemen is immers altijd wat verwaarloosd in het onderzoek. Er is veel te vinden over warmteverliezen, thermisch comfort en het dimensioneren van verwarmingsinstallaties. Daarnaast zijn er gegevens over sanitair-warmwaterverbruik. Hoe men echter een gecombineerde installatie moet ontwerpen, is veel minder onderzocht. Dat heeft historische redenen. In een traditionele woning is het verbruik voor verwarming veel groter dan dat voor SWW. Gezien de CV-installatie in een dergelijke woning aan hoge temperaturen werkte, hoefde men alleen rekening te houden met de verwarmingsbehoefte in de dimensionering. Men kon ervan uitgaan dat er altijd voldoende capaciteit was om aan de SWW-behoefte te voldoen. In energiezuinige woningen ligt dat anders. Niet alleen is het piekvermogen veel lager, er wordt ook waar mogelijk gewerkt met lage-temperatuursystemen. Dat wil zeggen dat de SWW-eisen zwaarder zullen doorwegen in het ontwerp van een installatie.
Simulaties en tests
De verschillende installatietypes werden vergeleken aan de hand van een dynamische gebouwensimulatie aangevuld met laboratoriummetingen van de prestaties van de afleversets. Voor de behoefte aan verwarming en SWW werd gebruik gemaakt van de tapprofielen uit het Tetra-project rond SWW. Die leveren een gecombineerd profiel van aanwezigheid (en dus warmtevraag) en warmwaterverbruik. De onderzoekers kozen bewust voor een methode van gevalideerde simulaties, omdat men zo gemakkelijk kan nagaan wat er gebeurt als men een parameter wijzigt, en de overige elementen constant houdt.
Uit de simulaties bleek dat een combilusinstallatie vanaf ongeveer 18 appartementen energetisch vergelijkbaar is met individuele toestellen. De leidinglengte speelt daarbij wel een belangrijke rol. Het maakt een verschil of alle appartement zich in hetzelfde gebouw bevinden, dan wel of het om aparte blokken gaat. Ook de plaats van de leidingen in het gebouw (al dan niet in het beschermd volume, of in een geventileerde schacht) heeft een invloed. Voor compacte moderne gebouwen kan men echter stellen dat de combilus op energetisch vlak een volwaardig alternatief is. Bij de keuze tussen een centraal of decentraal systeem zullen dus andere factoren zwaarder gaan doorwegen, zoals prijs, onderhoud, mogelijkhedentot integratie van hernieuwbare energie, brandveiligheid...
Wat met legionella?
Sinds enkele ernstige gevallen van legionella-besmettingen eind jaren negentig, is het voorkomen van deze bacterie een prioriteit bij het ontwerp van SWW-installaties. De meest efficiënte manier om de bacterie te bestrijden is thermische desinfectie. Dat staat echter haaks op de eis voor energiezuinigheid. Het WTCB bouwde daarom een proefstand om na te gaan hoe men een efficiënte legionellapreventie zo energiezuinig mogelijk kon uitvoeren. Het ging om een circulatieleiding van 18 m hoog, gevoed door een boiler van 200 liter. In die installatie werd dan telkens eenmalig een legionellabesmetting geïntroduceerd. Tijdens de test werd een tapprofiel van een gezin gesimuleerd, met een badkamer bovenaan en een keuken onderaan de installatie. De SWW-boiler werd daarbij gevoed met zuiver water, zonder verdere besmetting. Het temperatuurregime was 45°C met thermische schokken van 60°C en 65°C. Tevens werd de vorming van biofilm gemonitord.
Een eerste conclusie is dat men broeihaarden moet vermijden. Zo bleek tijdens de testen dat de bacterie zich in het sanitair expansievat had genesteld, van waaruit ze na elke thermische schok de installatie snel weer koloniseerde. Zelfs dagelijkse schokken van 70°C bleken dan onvoldoende om de besmetting onder controle te houden. De remedie was om het expansievat aan de warme kant van de circulatieleiding in te bouwen. Dat is weliswaar nadelig voor de levensduur van het vat, maar dat weegt niet op tegen de lagere gezondheidsrisico’s.
De algemene conclusie was dat een wekelijkse temperatuurverhoging tot 65°C gedurende 24 uur, gecombineerd met een normaal verbruik om stagnatie in de aftapleidingen te vermijden, voldoende was om risico op bacteriegroei te beheersen. Thermische schokken van 60°C bleken daarentegen niet efficiënt. Zoals gezegd moet de installatie ook zo ontworpen worden dat legionella geen schuilplaats kan vinden voor de thermische desinfectie: alle onderdelen moeten doorspoeld kunnen worden.
De resultaten uit de testopstelling zijn echter niet zomaar toepasselijk op andere installaties. Om ontwerpers een houvast te bieden, wordt er gewerkt aan een simulatiemodel dat gevalideerd werd aan de hand van de testopstelling en van metingen in de praktijk. Op basis daarvan kunnen ontwerpers en gebruikers een aangepast temperatuurregime en desinfectieprogramma bepalen. Uit de praktijkmetingen onthouden we vooral het belang van voldoende buisisolatie en een juiste hydraulische inregeling. Om legionella effectief te bestrijden, volstaat het niet om de boiler op een hoge temperatuur te brengen; elk onderdeel van de installatie moet ook voldoende hoge debieten en temperaturen krijgen. In de praktijk wordt hier wel tegen gezondigd. Als de bewoners klagen over te lage temperaturen van SWW in een installatie met een centrale circulatieleiding, betekent dat niet alleen een comfortprobleem, maar dikwijls ook een gezondheidsrisico.
Praktische resultaten
De uiteindelijke bedoeling van Instal 2020 was om tot praktische hulpmiddelen voor de installateur te komen. Zo werd er een reeks technische fiches opgesteld over diverse installatiecomponenten (condensatieketels, vloerverwarming, warmtepompen...) waarin telkens het werkingsprincipe, toepassingsmogelijkheden, ontwerpcriteria en rekenregels gegeven worden. Speciaal over installaties met combilus en afleversets werd een specifieke fiche opgesteld.
Er wordt ook gewerkt aan een online installatiewijzer, die aangeeft welk concept het meest geschikt is in welk geval. Daarbij kent de gebruiker een prioriteit toe aan de verschillende parameters (totale kost, installatiekost, veiligheid...). De energiebehoefte voor verwarming en SWW wordt bepaald op basis van de EPB-gegevens. Het systeem stelt dan een aantal concepten voor, waarbij telkens vermeld wordt hoe goed ze scoren op de keuzecriteria. Naar verwachting zal dit instrument begin volgend jaar operationeel zijn.
Er werd ook onderzoek gedaan naar rekenregels en dimensioneringsvoorschriften voor verwarming en SWW. Daaruit bleek onder meer dat DIN 1988-300 voor de dimensionering van SWW-installaties goed aansluit bij de meetresultaten. Zo werd de dimensioneringstool uit het SWW-Tetra project aangepast om hiermee rekening te houden. Daarnaast zijn er rekenbladen voor de dimensionering van sanitaire expansievaten en van een verwarmingsinstallatie volgens EN 12831-3
Bij dat alles staat de praktische bruikbaarheid door de installateur voorop. Uiteindelijk moet het project bijdragen tot een betere dagelijkse praktijk. Wie meer wil weten, kan terecht op de website van het project.
Door Alex Baumans
Grafieken: Instal 2020
