Publiek Zwembad - San Francisco
Een aantal bestaande groene oplossingen lijken duurzaam en CO2 vriendelijk op het eerste zicht, maar blijken pas echt milieuvriendelijk en duurzaam te worden na installatie van een aantal extra andere componenten. Een Warmte en Koude Opslag (WKO) is hier een voorbeeld van.
Door gebruik te maken van een WKO systeem kan men op een zeer efficiëntie manier de energiekost verminderen. Een neveneffect echter is dat door jaar na jaar veel warmte uit het aardoppervlak te onttrekken, er een thermische onbalans ontstaat in de grond. In Europa merkt dat bepaalde overheden deze onbalans reeds reguleren, terwijl andere zelfs een onbalans verbieden. Deze onbalans is een ongewenst neveneffect wanneer men spreekt over duurzaamheid en ecologische impact.
Een mogelijke oplossing voor dit probleem is de regeneratie van het aardoppervlak door middel van het Solarproof® systeem. Het Solarproof® systeem kan direct verbonden met het WKO systeem wanneer het zelf warmteoverdragend fluïdum gebruikt wordt. Regeneratie van WKO systemen is één van de meest voor de hand liggende toepassingen van het Solarproof® systeem.
Als voorbeeld werd een publiek zwembad in San Francisco gesimuleerd. Met de aanname dat zij investeerden in een duurzame oplossing voor de energievraag van het zwembad. De technische installatie omvat een boorgatenergieopslag (BEO), een vorm van een WKO, en een water-water warmtepomp. De opslagtemperaturen van de BEO zijn 10°C en 20°C, met een maximum injectietemperatuur van 30°C aan de warme zijde.
Door deze investering is de energiekost al reeds substantieel verminderd vermits er geen water meer opgewarmd moet worden vanaf grondwatertemperatuur. Een typisch publiek zwembad verbruikt ongeveer 4.000-5.000 kWh/m2 zwembadoppervlak/jaar voor het zwembad op een aangename temperatuur van 28°C te houden. Het groot zwembad (50 m x 25 m) heeft een zwembadoppervlak van 1250 m2 en een totaal dakoppervlak van 3500 m2. Dit resulteert in een gemiddelde jaarlijkse energieconsumptie van ongeveer 5.625.000 kWh. Door een gedeelte van deze warmte uit de grond te onttrekken en niet evenveel warmte te injecteren ontstaat er een thermische onbalans.
Door middel van een TRNSYS model is dit geval geoptimaliseerd naar het bereiken van een hoge temperatuur en niet zozeer een hoge energie. Om deze reden werd het waterdebiet continu verondersteld, hetgeen resulteerde in een warmte van +- 7400 GJ per jaar, komende van het Solarproof® systeem. Hiervan was 30 GJ boven 30°C en kon direct gebruikt worden voor opwarming van het zwembad. Dit betekent dat het Solarproof® systeem ongeveer 36% van de totale warmte vraag kan dekken, hetgeen gebruikt kan worden voor de regeneratie van het BEO systeem. Samen met de installatie van het BEO systeem kunnen bijgevolg substantiële besparingen gerealiseerd worden.
Hotel Sanitair Warm Water - Los Angeles
Als tweede case kan het voorbeeld van een typisch hotel in Los Angeles worden genomen. Een typisch middelgroot tot groot hotel heeft rond de 300 kamers. Met een gemiddelde bezettingsgraad van 75% en 1,2 à 1.5 gasten per kamer. Studies toonden aan dat dagelijks ongeveer 115 - 170 liter water wordt gebruikt per persoon voor het baden en douchen. Van deze totale waterconsumptie is ongeveer 50 - 70% warm water. Omgerekend geeft dit 85 liters/persoon dat dagelijks moet opgewarmd worden van grondwater tot de gewenste temperatuur.
Voor gezondheidsredenen en beperking van legionella groei is vastgelegd dat de uitgaande temperatuur van de boiler boven de 60°C moet zijn. Deze temperatuur is zodanig vastgelegd dat de meeste systemen een temperatuur geven van 51°C in het koudste punt van de leiding, i.e. vlak aan de kraan. Tevens moet het koud water beneden 25°C blijven om de groei van legionella in te perken.
Hoe hoger de temperatuur van het ketelvoedingswater, hoe lager de energie die verbruikt zal worden om tot op 60°C op te warmen. Met het Solarproof® systeem resulteert elke graad boven grondwatertemperatuur in een besparing op de energiekost. Op warme dagen kan de uitgaande temperatuur van het Solarproof® systeem wel boven de 40°C liggen (afhankelijk van de sturing en ligging).
Met de data van het hotel uit de eerste paragraaf betekent dit dat dagelijks ongeveer 25.000 liter water moet opgewarmd worden tot 60°C. Startend van grondwater zou dit resulteren in een energieverbruik van +- 5200 MJ, enkel voor sanitair warm water te hebben.
Wanneer deze case berekend werd in TRNSYS werd het geoptimaliseerd naar een hoge temperatuur en niet zozeer hoge energie. Het debiet is zodanig geoptimaliseerd dat niet meer dan 25.000 liter water wordt opgewarmd per dag. Hierbij schakelt de circulatiepomp alleen maar in bij een zonne-instraling boven de 400 kJ/m2/h.
Om de potentiële besparingen te illustreren van het Solarproof® systeem geeft de volgende grafiek de besparingen aan bij verschillende geactiveerde dakoppervlakten. Hierbij is de beperking van 25.000 liter water per dag in rekening gebracht en aangenomen dat de boiler een efficiëntie heeft van 90%.
Zoals men kan zien op de grafiek ligt het ideaal te installeren oppervlak rond de 400 m2. Meer Solarproof® Energiedak kan geïnstalleerd worden maar zal enkel in een marginale toename besparingen opleveren, vermits er een beperking zit op het maximale debiet. Minder Solarproof® Energiedak installeren zal resulteren in een grotere energievraag door de boiler vermits het debiet van 25.000 liter water per dag niet bereikt kan worden.
Verdere optimalisatie is mogelijk door het systeem te laten voorwarmen voor de middag en met een groter debiet in de namiddag een tweede keer laten doorlopen.