Off grid verwarmingsinstallatie (project P)

[f150]

Zoals aangekondigd in de post 'Meergezinswoning. De prep voor de 21e eeuw.' hier de aftrap over warmtevraag en warmtebronnen. (Ik ben geen installateur; de hele setup zal tzt worden gecontroleerd door een installatietechnicus. Het is een amateurschetsje.)

 

Voor het berekenen van het benodigde vermogen voor de verwarming heb ik per gebouw een calculatie gemaakt. Op basis van beschikbare informatie over isolatie, oppervlakte, beglazing, m2 buitenmuur en dak, geschat transmissie- en ventilatieverlies kom ik aan de volgende dimensionering, uitgaande van 60% verwarming van pand, buitentemperatuur -15º, binnentemperatuur 21º:

 

hoofdgebouw: 15 kW

bijgebouw 1: 10 kW

bijgebouw 2: 8 kW

Totaal: 33 kW

 

Omdat ik meerdere warmtebronnen wil gebruiken, heb ik het ook berekend bij een buitentemperatuur van 4º. De totale warmtevraag is dan 16 kW. Tevens is er tussen de 800-1000 liter tapwater per dag nodig voor 12-14 personen en hotfills op de (vaat)wasmachines. Dat kost jaarlijks ook ca. 20.000 kWh, dus ca. 2 kW bij 100% vollast.

 

[ATTACH=CONFIG]15862[/ATTACH]

Niet ingetekend zijn kleppen, temperatuursensoren, verdelers, vulpunten, overlopen, temperatuur- en debietbegrenzers, aardsondes, etc.

 

We gaan gebruik maken van drie verschillende warmtebronnen:

 

1. 110 m2 energiedak. Jaaropbrengst minimaal 250 GJ (70.000 kWh, deels thermisch, deels PV)

Het energiedak levert jaarlijk ca. 12.000-14.000 kWh stroom én een enorme hoeveelheid warm water. Afhankelijk van de watertemperatuur zal dit water gebruikt worden als bron voor de water/water warmtepomp of direct zijn warmte afstaan aan het buffervat. Een zomerdag levert zeer veel overcapaciteit aan warm water (duizenden liters per dag), maar de overdimensionering is nodig om ook in de winter gebruik te kunnen maken van de energie via het dak. Zelfs in de slechtste maand januari kan het dak nog makkelijk ca. 10 GJ leveren (~2800 kWh).

Doordat het energiedak de primaire bron vormt voor de warmtepomp, hoeft er geen put geslagen de worden, heb je geen verstopte filters, geen uitputting van de bodemtemperatuur, geen vergunning nodig en profiteer je in de wintermaanden ook van zonnewarmte. De COP waardes van een dergelijke warmtepomp lopen op tot boven de 6.

 

De water/water warmtepomp (~23 kW)

De warmtepomp haalt z'n warmte uit het dak en gebruikt dat primaire circuit om de warmwater boiler voeden met heet water. Is er capaciteit over en vraag vanuit het CV circuit, kunnen ook de buffervaten verwarmd worden. Er is veel heet water capaciteit ingeschaald. Ik verwacht tussen de 800 en 1.000 liter per dag, mede door gebruik van heet water in de hotfills van (vaat)wasmachines. De warmtepomp zal het moeiteloos met hoge COP waardes moeten trekken tot buitentemperaturen van 3-5º. De warmtepomp gebruikt de beschikbare stroom van de PV die in het energiedak is verwerkt.

 

De houtvergasser

De houtvergasser is er voor de koude dagen als de warmtevraag het hoogst is en (helaas valt dat samen) de energieopbrengst het laagst. Ik schat in dat de houtvergasser alleen aan moet bij extreme kou, zeg temperaturen lager dan -5º en/of bij dagen die zowel koud als donker zijn - dus voor de dagen dat je de 35 kW nodig hebt en/of er te weinig electra wordt opgewekt om de warmtepomp aan de praat te houden. Ik betwijfel of het haalbaar is de kachel te stoken met het aanwezige kaphout op het perceel; dat zal de tijd leren.

Met een 50kW brander die vier uur stookt op een lading breng je ca. 200 kW warmte in de buffervaten. Voldoende om de 5000 liter te verwarmen van 15 naar 50 graden. Ik ga er vanuit dat behalve de pompunit (bv een Laddomat) er geen centrale sturing is. Dat kan technisch wel, maar vereist een dure modulerende houtvergasser/pelletkachel met automatische brandstoftoevoer. De regelunit kan wel zorgdragen voor de verdeling van de warmte over tapwater, buffers en directe afgifte aan de centrale verwarming.

 

Dan de vragen/opmerkingen:

- Zitten er denkfouten in het systeem?

- Kennen jullie mensen die een dergelijke installatie hebben? Ik kom graag in contact met mensen die praktijkervaring hebben met het gebruik van drie of meer warmtebronnen.

- Hebben jullie suggesties voor de keuze van materialen (type warmtepomp, boilers, buffers, sensoren, meet- en regeltechniek)?

- Hebben jullie nog goede ideeën wat te doen met de overproductie aan warm water in de zomermaanden (behalve een zwembad verwarmen..)?

- In een volgende fase wordt er nog bijna 100m2 aan zonnepanelen gelegd. De elektrische installatie is in dit draadje niet primair.

[Range]

Ik weet niet wat voor dieren je gaat houden maar in het boek 4000 jaar kringlooplandbouw van F.H. King had hij geobserveerd dat in China (en Japan) de uitwerpselen van dieren werden weggespoeld met water in opvangbakken om zo tot (gratis) vloeibare mest te komen.

 

Waarom de overproductie aan heetwater gebruiken? Omdat uitwerpselen (en praktisch alles op een harde vloer..) makkelijk(er) losweekt bij water met een hoge(re) temperatuur.

 

Just my two cents ^^!

[f150]

Over de warmte afgifte:

Er ligt momenteel 170m2 vloerverwarming en er gaat nog 140m2 bijgelegd worden - beiden als hoofdverwarming. Op de etage hangen nu plaatradiatoren. Met een watertemperatuur van 50º verwacht ik dat dat voldoende is voor slaapkamers, en anders zullen we die vervangen door convectoren.

De buffers zijn noodzakelijk voor de houtvergasser (en in de zomermaanden ook voor het energiedak). Je hebt al een voorgeschreven minimum van 50 liter per kilowatt, maar 100 liter per kW is beter. Dan kom je aan 5.000 liter voor een 50 kW houtvergasser.

[Changing the mindset]

Met de overcapaciteit van heet water heb je een essentieel onderdeel voor een turks stoombad. zo vanuit je werk ff stomen lijkt me geweldig!

 

Edit: Is de overcapaciteit terug te schroeven?

[f150]

Edit: Is de overcapaciteit terug te schroeven?

 

Ja, je kunt natuurlijk gewoon de pomp van je energiedak in de zomermaanden uitzetten maar dat is feitelijk niet terugschroeven maar gewoon niet benutten. En da's jammer want de PV opbrengst in de zomer komt ook hoger te liggen doordat het dak z'n warmte kwijt kan. Zoals je misschien weet loopt de energieopbrengst in de zomer fors terug als de panelen heet worden.

In augustus komt er een leuke 250-300 kWh per dag van het dak. Het beste zou een ondergrondse opslag zijn waar je 250.000-400.000 liter water in kan bufferen, maar in dit geval is het veel goedkoper om een aantal m2 extra energiedak te leggen en de beschikbare warmteproductie in de winter optimaal te benutten. Op termijn valt het te overwegen om een bron te gebruiken, maar het is zeer kostbaar en succes is absoluut niet verzekerd. Bovendien zijn de gevolgen voor het ecosysteem niet altijd positief en kost het (op)pompen van en naar grotere dieptes best veel elektriciteit.

[Raycoupe]

De overcapaciteit warmte in de zomer kun je eigenlijk alleen direct gebruiken of opslaan.

 

Opslaan van warmte wordt bv. al in de tuinbouw gedaan. Ben alleen bang dat de kosten van bv. ondergrondse opslag ook veel geld kost.

Misschien is het mogelijk om deze overcapaciteit aan warmte om te zetten in elektriciteit, zoals in een HRE CV ketel gebeurd.

 

Mooie plannen verder!

Bij een dergelijke flinke installatie zou ik zeker professionele hulp inschakelen, ook bij de ontwerpfase!

[Keyser Suze]

@f150 ik ken wel iemand die ook grote installaties met pelletkachels levert. Indien gewenst een PM. Prachtig project!

[f150]

@f150 ik ken wel iemand die ook grote installaties met pelletkachels levert. Indien gewenst een PM. Prachtig project!

 

Dank! In eerste instantie hebben we gekeken naar pelletkachels vanwege het gemak en redement. Automatisch vullen, modulerend, nauwelijks afval. Zeg maar het gemak van een gaskachel. Nadeel is dat je pellets niet zelf kunt maken en altijd afhankelijk bent van aanvoer.

 

Het voordeel van een houtvergasser is dat je zowel stukhout als snippers kunt gebruiken. Omdat in een volgend jaar ook de plant van tientallen knotwilgen, zwarte els en es gepland staat (wordt aparte draad), verwacht ik dat we (een gedeelte) van het hakhout en snoeiafval kunnen gebruiken voor de houtvergasser.

Of we op de langere termijn met ca. 50 bomen kunnen voorzien in ons eigen hout (in combinatie met de andere warmtebronnen) weet ik niet zeker - gebrek aan ervaring speelt hierbij een rol.

[Keyser Suze]

Dank! In eerste instantie hebben we gekeken naar pelletkachels vanwege het gemak en redement. Automatisch vullen, modulerend, nauwelijks afval. Zeg maar het gemak van een gaskachel. Nadeel is dat je pellets niet zelf kunt maken en altijd afhankelijk bent van aanvoer.

 

Het voordeel van een houtvergasser is dat je zowel stukhout als snippers kunt gebruiken. Omdat in een volgend jaar ook de plant van tientallen knotwilgen, zwarte els en es gepland staat (wordt aparte draad), verwacht ik dat we (een gedeelte) van het hakhout en snoeiafval kunnen gebruiken voor de houtvergasser.

Of we op de langere termijn met ca. 50 bomen kunnen voorzien in ons eigen hout (in combinatie met de andere warmtebronnen) weet ik niet zeker - gebrek aan ervaring speelt hierbij een rol.

 

Er schijnen kachels te zijn die zowel pellets alsmede gewoon hout kunnen verbranden. Dat zou een oplossing kunnen zijn.

[FincaInSpanje]

Mooie grote installatie, misschien heeft @Kans een idee wat je met eventuele overcapaciteit van warm water in de zomer kunt doen. Volgens mij zit er een speciale klep op de boilervaten die bij te warme temperatuur dicht gaat. Dan hoef je volgens mij niets uit te zetten in de zomermaanden, maar dat weet ik niet 100% zeker.

 

Jullie zullen er in ieder geval warmpjes bijzitten.

[Invictus]

Opbrengst van 1m2 PV paneel ligt in de buurt van de 125 kWh per jaar.

Met 110m2 dakoppervlak is de 12000-14000 kWh haalbaar. (Maar of dat met een zadeldak lukt betwijfel ik.)

En er blijft dan ook geen ruimte meer over voor het plaatsen van collectoren om warm water te maken.

[f150]

Opbrengst van 1m2 PV paneel ligt in de buurt van de 125 kWh per jaar.

Met 110m2 dakoppervlak is de 12000-14000 kWh haalbaar. (Maar of dat met een zadeldak lukt betwijfel ik.)

En er blijft dan ook geen ruimte meer over voor het plaatsen van collectoren om warm water te maken.

 

Het huidige dak gaat er volledig af en wordt vervangen door een nieuw energiedak. Dat zijn sandwichpanelen met ca. 15 cm isolatie en ingelegde leidingen voor water/glycol. Dan een kleine laag lucht en daarboven een dunne film van PV. Je benut het dak dus voor zowel warmte als elektriciteit, en wel volledig van nok tot goot - vandaar die 60% rendement. Het is totaal 118m2 volledig schaduwvrij dak om precies te zijn, met een hellingshoek van ~22º. Deels WZW (ca 5% verlies) , deel ONO (ca. 30% verlies).

 

De theoretische 18.000 Wp zal nooit worden behaald, maar een 12.000 kWh is wel realistisch en gaat niet ten koste van de thermische opbrengt. De koeling via de leidingen zal bijdragen aan een hoger rendement van je PV:

[ATTACH=CONFIG]15869[/ATTACH]

[Gast anoniem]

..

- Hebben jullie nog goede ideeën wat te doen met de overproductie aan warm water in de zomermaanden (behalve een zwembad verwarmen..)?

..

 

Ik heb me ooit (3 jaar geleden) helemaal suf gerekend aan een soortgelijk (maar stuk kleiner) systeem.

Ik kon maar niet begrijpen waarom het niet slim zou zijn om een zonnecollector toe te passen op de CV.

 

De slotconclusie (toen) was dat de kosten die je moet maken domweg niet opwegen met de besparing.

 

Maar stel dat je de afweging wil maken om nu 25.000 euro extra te investeren waardoor je de komende 30 jaar 25.000 euro minder moet betalen aan energie het alsnog een gunstige afweging is.

 

Het enige wat je met die overproductie kan doen is het toepassen van een buffervat.

(In theorie kan er nog zoveel meer, zoals een warm/koude stroom creëren met een generator die dit omzet naar energie, maar dan kom je weer op het punt uit dat de kosten veel meer zijn dan de opbrengsten.)

 

Als je op deze link klik zie je een manier om een extra buffervat toe te passen die je kan ingraven.

 

http://ssmit.nl/duurzame-energie/warmteopslag/

 

De theorie zou zijn dat dit buffervat water van 90 graden zal laten teruglopen naar 40 graden over een periode van 22 dagen.

Nu kan ik tot in detail de zonne-uren teruglezen van de afgelopen 3 jaar, en in theorie heb je in december/januari ondanks de kou enkele zonnige en onbewolkte dagen

Als je gebruik maakt van de vacuümbuiscollector (heeft een hoger rendement in de winter) zou je hier aan uit moeten komen.

 

Maar......

Volgens mij ontkom je er dan niet aan om een mix te maken van zowel de vacuumbuiscollector (voornamelijk voor de winterperiode) en vlakkeplaatcollector (voor in de warmere maanden)

Omdat je anders helemaal tegen een overproductie aanloopt.

 

Uiteraard MOET je gebruik maken van vloerverwarming en indien mogelijk ook nog wandverwarming.

Ik betwijfel of je plaatradiatoren geschikt zijn en onder de noemer LTV (lage temperatuur verwarming) zullen vallen.

 

Stel dat je nog diverse zaken moet aanpassen van muren dan zou ik echt overwegen om gebruik te maken van wandverwarming.

Is "relatief" goedkoop en neemt geen ruimte in beslag

Een enorm extra voordeel wat vrijwel niet uit te rekenen is, is de bufferwerking die hierdoor ontstaat.

Dit zou je kunnen verstreken door gebruik te maken van materialen als speksteen.

Hierdoor blijft de warmte veel langer bewaard en kan je in de koude wintermaanden op een zonnige dag je muren als warmtebuffer gebruiken.

 

Maar goed, er zijn zoveel mogelijkheden, en de theorie is vaak een stuk anders als de praktijk.

Ik vind het in ieder geval een zeer boeiend onderwerp en ik ga het draadje met veel belangstelling volgen.

[f150]

De slotconclusie (toen) was dat de kosten die je moet maken domweg niet opwegen met de besparing.

 

Dat ben ik volledig met je eens. Vanuit ROI bezien is het suboptimaal en is een overproductie in de zomermaanden niet de beste manier om je investering zo snel mogelijk terug te verdienen. Zeker met de energieprijzen die de afgelopen tijd alleen maar lager worden. Een efficiënte opslag in de zomer zou ertoe kunnen bijdragen dat je met een goedkopere installatie af kunt. Autarkie in de vorm van een duurzame en autonome warmteproductie is me ook wat waard.

 

Als voorbeeld: om die reden ben zullen er uiteindelijk ook Archimedes windmolens komen. Per kWh onmogelijk duur, maar omdat het vaak hard waait op sombere dagen is de opbrengst (nog) vele malen goedkoper dan de opslag van elektriciteit in accu's.

 

Met Viessmann wil ik nog in overleg voor de opslag in ijs, omdat bij de overgang van vloeibaar naar vast net zoveel energie vrijkomt als het het afkoelen van 80º naar 0º. Maar omdat ik ruimte genoeg heb, denk ik niet dat het een interessant alternatief is.

 

Mijn zwager heeft al zijn wanden gevuld met zoutpakketten. De pelletkachel staat nog steeds vrijwel ongebruikt in de kelder maar de investeringen liegen er niet om. Er zijn dus best methoden voor opslag, alleen kom ik tot de conclusie dat opslag gewoonweg duurder kan zijn dan (over)productie. De productie van energie is soms zelfs goedkoper dan isoleren. Warmteterugwinning van douche- en badwater klinkt heel mooi, maar een extra collector is goedkoper.

 

Een ding is zeker: energieopslag in de vorm van warm water is meer dan 100x zo goedkoop als in de vorm van accu's. Een buffervat van 5.000 kost een paar duizend euro, en daar gaat moeiteloos 300 kWh energie in. Reken maar uit wat een accu kost met een dergelijke opslagcapaciteit.

[wodan]

................

 

Een ding is zeker: energieopslag in de vorm van warm water is meer dan 100x zo goedkoop als in de vorm van accu's. Een buffervat van 5.000 kost een paar duizend euro, en daar gaat moeiteloos 300 kWh energie in. Reken maar uit wat een accu kost met een dergelijke opslagcapaciteit.

Dat is natuurlijk waar, maar met warmte kan je minder dan met stroom. Zet die warmte eens efficiënt weer om in stroom en we gaan nog eens babbelen.

[f150]

Dat is natuurlijk waar, maar met warmte kan je minder dan met stroom. Zet die warmte eens efficiënt weer om in stroom en we gaan nog eens babbelen.

 

Klopt. Verder dan tapwater, verwarming en hotfills voor vaatwasser en wasmachine kwam ik niet. En de installatie is weer net te klein om met heet water, CO2 en elektriciteit diesel of benzine te maken: http://www.sunfire.de/en/produkte/fuel/power-to-liquids

[lewieke]

'Fouten' is een groot woord. De enige opmerking die ik heb over de plannen is dat je beter minder kan investeren in PV en meer in thermisch. Het is een beetje zonde om elektra om te zetten in warmte terwijl je dat met een thermisch systeem efficiënter kan. Als je een hele groote warmtebehoefte hebt zou je kunnen voorzien in een 'seizoensopslag' waarbij je warmte buffert in een groot vat (of misschien is het wel een oude boerderij en kan je de mestopslag gebruiken). Je zou kunnen kiezen voor een betonnen tank die wordt geïsoleerd. Er zijn systemen waarbij de warmte tot 90 dagen kan bewaard worden.

 

Voor PV kan je inzetten op minimaal verbruik door te kiezen voor zuinige apparaten. Opslaan van stroom is duurder dan die stroom zelf te maken als ie nodig is. Eventueel kan dat dan met een generator. Veel goedkoper dan batterijen (momenteel toch nog wel)

[f150]

@lewieke het is nu meer de vraag of er niet teveel thermisch is - 250GJ per jaar is al best substantieel. De combinatie met PV maakt het m.i. vrij sterk, doordat de WP van elke kWh er 3,4 of soms 6 maakt. In onderstaande grafiek is de perfornance factor uitgezet tegen de watertemperatuur. Bij een watertemperatuur van 5 graden krijg je voor elke geïnvesteerde kWh via PV 4-5 kWh aan warmte terug (resp. water van 35º en 45º).

 

[ATTACH=CONFIG]15871[/ATTACH]

 

Opslag in een silo of in gierkelders is op zich een prima optie, maar wil je werkelijk maanden vooruit kunnen met water heb je honderdduizenden liters nodig. Als de ruimtes er zijn is dat zeker een goede optie omdat het geen buitensporig grote investering vraagt.

[Jan c]

Over de warmte afgifte:

Er ligt momenteel 170m2 vloerverwarming en er gaat nog 140m2 bijgelegd worden - beiden als hoofdverwarming. Op de etage hangen nu plaatradiatoren. Met een watertemperatuur van 50º verwacht ik dat dat voldoende is voor slaapkamers, en anders zullen we die vervangen door convectoren.

De buffers zijn noodzakelijk voor de houtvergasser (en in de zomermaanden ook voor het energiedak). Je hebt al een voorgeschreven minimum van 50 liter per kilowatt, maar 100 liter per kW is beter. Dan kom je aan 5.000 liter voor een 50 kW houtvergasser.

 

Hebben hier ook op de gelijkvloers vloerverwarming , de temperatuur in de vertrekleiding hiervan bedraagt 40 graden .Boven werken we met radiatoren , hiervan moet de temperatuur minstens 60 graden zijn of onze badkamer krijgen we niet aangenaam warm .

Om dit te verwezenlijken hebben we na onze ketel een collector met 3 circulatiepompen en de nodige sturing (wat de prijs alweer opdrijft en meer onderhoud en meer kans op defecten ) ,hadden we 5 jaar geleden het budget hadden we zeker ook boven vloerverwarming voorzien ...

 

Lagere stook temperatuur (delta T ligt zeker 20 graden lager )

[Highway]

... ook Archimedes windmolens komen...

Binnen kort spreek ik Richard. Zal ik vragen of hij contact met je wil opnemen?

[f150]

Binnen kort spreek ik Richard. Zal ik vragen of hij contact met je wil opnemen?

 

Je mag me zeker introduceren als je denkt dat er voor beiden een win-win is. Ik ben in november nog in de RDM campus geweest om bij de Liam F1 te kijken. Overigens goed om te zien hoe ze een groen product combineren met een MVO-vriendelijk assemblage traject. Richard ken ik niet persoonlijk maar we hebben genoeg linkedin connecties in common zie ik. Het nadeel van dit soort bedrijven is dat ze bij de startup letterlijk bijna doodgeknuffeld worden, en het vaak lang duurt voor er echt een goed doorontwikkeld model en uitgedacht productieproces is. En er net als bij elektrische auto's, te rooskleurige rendementen worden afgegeven. In Hoek van Holland verdien je 'm in een jaar of 7-8 terug. In de regio waar wij heen gaan vermoedelijk 25 jaar.

[Highway]

Ok, zal ik doen. Eind van de maand zie ik hem

 

Soms is het beter om het idee van 'terug verdienen' los te laten. Op een ander vlak is er in andere waarde winst te behalen, zoals leven zoals je graag wil.

[FincaInSpanje]

@f150, even een vraagje. Wat gebeurt er als je warm water in de buffervaten te heet dreigt te worden omdat je er geen bestemming voor hebt? Gaan er dan kleppen dicht of moet je het overtollige water ergens aftappen m weer af te laten koelen?

 

PS ik heb nog even lopen brainstormen over je overcapaciteit warm water. Toen dacht ik direct aan het kweken van Gamba's en Vissen die in warm water leven. Uiteraard voor consumptie voor jezelf en misschien een klein stukje commerciële ruilhandel.

[f150]

@f150, even een vraagje. Wat gebeurt er als je warm water in de buffervaten te heet dreigt te worden omdat je er geen bestemming voor hebt?

 

Het is een vrij hypothetisch probleem. Het water van het energiedak kan niet heter worden dan 85 graden (het zijn geen vacuumbuizen). In dat geval kan de warmte volledig worden afgegeven aan de buffervaten en als de delta T te klein wordt, zal de pomp stoppen.

Het water van de warmtepomp kan niet heter worden dan 65 graden. Is de gewenste temperatuur bereikt, stopt te warmtepomp.

Het warmwater van de houtvergasser kan met een klep direct het CV systeem van de woning voeden. Als dat niet voldoende is om de warmte af te staan (of als er problemen zijn met de pomp) is er een backup: de koud water inlaat. Er stroomt dan koud water in het circuit. Aan de afvoer kant zal het overtollige warmwater wegspoelen.

 

Er is - in de zomermaanden - sprake van veel overcapaciteit maar niet van oververhitting. We willen graag aquaponics systemen opzetten. In de winter kan de vis leven in water van ca. 18-20 graden. In de rest van het jaar kan die snel groeien in temperaturen van 27-30 graden.

[FincaInSpanje]

Het is een vrij hypothetisch probleem. Het water van het energiedak kan niet heter worden dan 85 graden (het zijn geen vacuumbuizen). In dat geval kan de warmte volledig worden afgegeven aan de buffervaten en als de delta T te klein wordt, zal de pomp stoppen.

 

Okay dat van het energiedak wist ik nog niet. Ik overweeg nl. vacuumbuizen te nemen in Spanje, maar ik zit met het probleem als ik geen (warm) water afneem dat het misschien te warm kan worden in het buffervat. Misschien moet ik toch overwegen geen vacuumbuizen te nemen, maar bijvoorbeeld een vlakkeplaat collector.