NL1004770C2

NL1004770C2 - Verwarmingsstelsel.

Info

Publication number: NL1004770C2
Application number: NL1004770A
Authority: NL
Inventors: Cornelis Walterus Be Oerlemans
Original assignee: Provinciale Noordbrabantse En
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-06-17

Description

Korte aanduiding: Verwarmingsstelsel.

De uitvinding heeft betrekking op een verwarmingsstelsel en meer in het bijzonder op een verwarmingsstelsel voor het 5 aan een aantal groepen van gebouwen leveren van warm fluïdum, waarbij elk gebouw is voorzien van een door warmte-onttrekking aan toegevoerd warm fluïdum werkende verwarmingsinstallatie.

Bij een bekend verwarmingsstelsel omvatten de gebouwen een gasgestookte centrale verwarmingsinstallatie. Deze gas-10 gestookte centrale verwarmingsinstallaties zijn aangesloten op een fijnmazig aardgasdistributiesysteem. De gasgestookte centrale verwarmingsinstallatie omvat een warmwatertoestel en radiatoren en/of convectoren en/of een vloerverwarmingsinrichting of dergelijke. Het warmwatertoestel levert warm water met een temperatuur van ongeveer 15 90°C en ontvangt warm water met een temperatuur van ongeveer 70°C

retour.

Als een ander bekend verwarmingsstelsel kan een stadsverwarmingsstelsel worden genoemd. Een stadsverwarmingsstelsel levert door middel van een betrekkelijk fijnmazig warmwaterdistri-20 butiesysteem warm water met een temperatuur van ten minste 90°C

aan verwarmingsinstallaties van gebouwen die geen warmwatertoestel omvatten, maar wel radiatoren en dergelijke, die voor het temperatuur-traject 90°C heen en 70°C retour zijn ontworpen.

Gebouwen, in het bijzonder woningen, gebruiken 25 steeds minder energie voor ruimteverwarming en deze tendens zal zich voortzetten. Voor nieuwbouwwoningen komt de rentabiliteit van energie-distributiesystemen onder druk te staan. In Nederland is aardgasdistributie momenteel met het huidige verbruik van 1 400 m3 nog net rendabel. De verwachting is dat tegen het jaar 2000 het jaarlijkse 30 aardgasverbruik in Nederland ongeveer 1 000 m3 zal bedragen, in welk geval aardgasdistributie niet meer rendabel kan worden geëxploiteerd. Als gevolg van de hoge investeringen kan stadsverwarming nu al niet meer op een economisch gezonde basis worden geëxploiteerd. Naast dat stadsverwarmingsstelsels zeer kostbaar zijn, worden doorgaans met het 35 oog op distributie van warm water met een temperatuur van ten minste 90°C.voor het warmwaterdistributiesysteem stalen leidingen gebruikt, 1 004770 2 die het nadeel hebben dat ze snel kunnen corroderen. De stalen leidingen kunnen zijn geïsoleerd (b.v. PUR) en door een beschermingsmantel (b.v. PE) zijn omgeven.

De uitvinding beoogt te voorzien in een verwar-5 mingsstelsel dat de mogelijkheden in zich heeft energie-efficiënt, flexibel ten aanzien van nieuwe technieken, goedkoop en milieusparend te zijn.

De uitvinding voorziet daartoe in een verwarmings-stelsel voor het aan een aantal groepen van gebouwen leveren van warm 10 fluïdum, waarbij elk gebouw is voorzien van een door warmte-onttrek-king aan toegevoerd warm fluïdum werkende verwarmingsinstallatie, omvattende een energiedistributiesysteem, een aantal door het energie-distributiesysteem gevoede, elk voor het voortbrengen van warm fluïdum ingerichte warmtebroninrichtingen, alsmede een aantal, elk een res-15 pectieve groep van gebouwen op een respectieve warmtebroninrichting aansluitende warmtedistributiesystemen voor het transporteren van door de respectieve warmtebroninrichting voortgebracht warm fluïdum naar en na warmte-onttrekking terug vanaf de verwarmingsinstallaties van de respectieve groep van gebouwen.

20 Het voorgestelde verwarmingsstelsel kan aanzienlijk rendabeler worden geëxploiteerd dan de conventionele verwarmings-stelsels.

Warm water is een schone energiedrager en met deze schone energiedrager worden randvoorwaarden gecreëerd voor een fle-25 xibele inzet van warmtebronnen in de warmtebroninrichtingen. Zonder enige aanpassing van het warmtedistributiesysteem kunnen warmtebronnen worden gewijzigd. Dit biedt perspectieven voor een duurzame energievoorziening. Technologieën die momenteel nog niet commercieel verkrijgbaar zijn, kunnen na commercialisering op termijn zonder proble-30 men worden ingepast.

De uitvinding zal nu nader aan de hand van de tekening, zijnde een enkele figuur worden toegelicht.

De uitvinding berust op het inzicht dat warm water met een lagere temperatuur dan 90°C, bijvoorbeeld liggend in het 35 traject van vanaf 45 tot en met 55°C, in principe geschikt is om nieuwbouwwoningen en andere goed geïsoleerde gebouwen comfortabel te * 00 47" 3 verwarmen.

Ook berust de uitvinding op het inzicht dat door het decentraliseren van het voortbrengen van warm water met bijvoorbeeld een temperatuur van 50°C een verwarmingsstelsel kan worden 5 gecreëerd dat flexibel is ten aanzien van zowel planning als toepassing van toekomstige technologieën of in de toekomst rendabel te maken bekende technologieën, en een ruime inzet van technologieën mogelijk maakt.

Zoals in de figuur van de tekening is getoond, 10 omvat het verwarmingsstelsel volgens de uitvinding een grofmazig energiedistributiesysteem 1 dat bijvoorbeeld een aardgas-, elektriciteit-, waterstof- of warmtedistributienet kan zijn; het laatstgenoemde dan voor warm water met een temperatuur van hoger dan 55°C, b.v. ten minste 90°C.

15 Voorts omvat het verwarmingsstelsel volgens de uitvinding een aantal warmtebroninrichtingen 2 dat door het energiedistributiesysteem 1 wordt gevoed. Elke warmtebroninrichting 2 is ingericht voor het voortbrengen van warm fluïdum, bijvoorbeeld een vloeistof zoals water.

20 Ook omvat het verwarmingsstelsel in overeenstemming met de uitvinding een aantal warmtedistributiesystemen 3. Elk warmte-distributiesysteem 3 sluit een respectieve groep van gebouwen 4 aan op een respectieve warmtebroninrichting 2. Elke, op het energiedistribu-tiesyteem 1 aangesloten warmtebroninrichting 2 voert door haar voort-25 gebracnt warm fluïdum, bijvoorbeeld water met een temperatuur van 50°C, toe aan een respectieve groep van gebouwen 4, vanaf welke respectieve groep van gebouwen 4 warm fluïdum, waaraan door deze groep van gebouwen 4 warmte is onttrokken, via het respectieve warmtedistri-butiesysteem 3 wordt terug getransporteerd naar de respectieve warmte-30 broninrichting 2. Elk gebouw van de groep van gebouwen 4 is voorzien van een (niet getoonde) door warmte-onttrekking aan toegevoerd warm fluïdum werkende verwarmingsinstallatie, die zoals gezegd met een warmwatertemperatuur in het traject vanaf 45 tot en met 55°C toekomt om het gebouw voldoend te verwarmen.

35 Lokaal gezien, is het hart van het verwarmings stelsel de warmtebroninrichting 2, die centraal staat opgesteld in de i η Π477Ο 4 uit bijvoorbeeld 200 tot 500 woningen bestaande groep van gebouwen 4. In de warmtebroninrichting 2 bevindt zich de (niet getoonde) warmtebron die wordt gevoed door het grofmazige energiedistributiesysteem 1. Afhankelijk van de warmtebronconfiguratie wordt er aardgas, elektrici-5 teit, waterstof of warmte geleverd. In de warmtebroninrichting 2 vindt omzetting plaats van de door het energiedistributiesysteem 1 geleverde energie in laagwaardige warmte van 45 tot 55°C. Meer in het bijzonder brengt de warmtebron zelf warm water van 45 tot 55°C voort. Via het lage temperatuur-warmtedistributiesysteem 3 wordt dit warme water 10 naar de groep van gebouwen 4 getransporteerd. Ten behoeve van ruimteverwarming onttrekt de groep van gebouwen 4 met hun (niet getoonde) verwarmingsinstallaties warmte aan het warme water. Het warme water wordt na warmte-afgifte in de groep van gebouwen 4 met een temperatuur van 30 tot 40°C retour gestuurd naar de warmtebroninrichting 2.

15 Door de lage temperatuur van 45 tot 55°C zijn randvoorwaarden gecreëerd voor een brede inzet van het aantal omzet-tingsvarianten. Het systeem is daardoor toekomstvast. Bovendien kan flexibel worden omgegaan met de keuze van de in de warmtebroninrichting 2 toegepaste warmtebron. De volgende technologieën komen apart of 20 in combinaties in aanmerking als warmtebron.

Warmwatertoestellen gestookt door fossiele brandstoffen zoals aardgas of waterstof, gasmotoren, warmtepompen (compressie- en absorptiewarmtepompen), gasturbines, brandstofcellen, biomassa- of bio-energiecentrales, aardwarmte, weerstandsverwarming, 25 zonnecollectoren en zonnecellen.

Het lage temperatuur-warmtedistributiesysteem 3 verzorgt het transport van het warme water uit de warmtebroninrichting 2 naar de groep van woningen 4. Het lage temperatuur-warmtedistri-butiesysteem 3 omvat een leidingnet met een aanvoer en een retour-30 leiding. Na afgifte van warmte aan de woningen gaat het warme water met een temperatuur van 30 tot 40°C via de retourleiding terug naar de warmtebroninrichting 2 om daar opnieuw te worden opgewarmd. Het lage temperatuur-warmtedistributiesysteem 3 kan zijn opgebouwd uit kunst-stofcomponenten. Een paar voorbeelden uit een omvangrijke verzameling 35 van geschikte materialen zijn polyetheen met een hoge dichtheid zoals HDPE 80 of HDPE 100, hard polyvinylchloride (PVC), PB, PP en PEX.

1 00 47? r 5

Overigens zal een ter zake deskundige gegeven de onderhavige toepassing en in het bijzonder het temperatuurtraject zonder meer een geschikt kunststofmateriaal kunnen uitkiezen.

Het kunststoffen lage temperatuur-warmtedistri-5 butiesysteem 3 heeft een zelf-isolerende eigenschap. Om het warmteverlies tijdens het transport van warm water verder te reduceren kan worden overgegaan tot leidingisolatie, ofschoon dit gegeven de lagere temperatuur minder noodzakelijk is dan bij conventionele warmtedistri-butiesystemen. Daarbij kunnen de leidingen van het warmtedistributie-10 systeem 3 zijn opgebouwd uit een kunststoffen binnenbuis, een isolerende mantel en een beschermende kunststoffen buitenmantel. Wanneer voor isolatie wordt gekozen, zouden bijvoorbeeld de kunststoffen aanvoerleidingen wel en de kunststoffen retourleidingen niet kunnen worden geïsoleerd.

15 Ten aanzien van de verwarmingsinstallatie in elk gebouw van de groep van gebouwen 4 kan worden uitgegaan van een uitkoeling van ten minste 15°C. Daarbij zou een vergroot radiator-oppervlak, wandverwarming en/of vloerverwarming kunnen worden toegepast.

20 De mogelijkheid bestaat om warmte aan het warme water te onttrekken ten behoeve van warm tapwater. In verband met de warmtapwatervoorziening kan dan bijvoorbeeld een elektrische boiler voor naverwarming van het geleverde warme water worden toegepast.

Als alternatief zou een separaat fijnmazig warmte-25 distributiesysteem 3 voor warm water met een temperatuur van ongeveer 60°C kunnen worden aangelegd voor levering van warm tapwater aan warm tapwaterinstallaties in de groepen van woningen. Ook hierbij kunnen kunststof1 ei dingen worden toegepast.

Opgemerkt wordt, dat naast of in plaats van een 30 warmtedistributiesysteem 3 ten aanzien van een of meer groepen van woningen kan zijn voorzien in een (fijnmazig) energiedistributiesysteem, zodat naast of in plaats van warm water bijvoorbeeld aardgas kan worden geleverd.

In de tijd gezien, kan eerst een grofmazig energie-35 distributiesysteem 1 worden gerealiseerd en kan later per groep van woningen 4 een fijnmazig warmtedistributiesysteem 3 en/of fijnmazig I 0 0 4', ~ 6 ft ander energiedistributiesysteem worden aangelegd. Uiteindelijk vindt energieconversie immers op het niveau van de warmtebroninrichting 2 plaats. Grondwerk is dus pas nodig, wanneer het fijnmazige distributiesysteem 3 wordt aangelegd dat uit te recyclen materialen kan 5 bestaan.

De warmtebroninrichting 2 hoeft niet alleen te zijn ingericht voor conversie, maar kan eveneens zijn ingericht voor opslag, meten en regelen. Ook kan warmtebroninrichting 2 dienst doen als knooppunt van nutsvoorzieningen zoals elektriciteit, aardgas, 10 waterstof, warmte, centrale antenne, kabel, telecommunicatie, data, enzovoorts.

Het door het verwarmingsstelsel volgens de uitvinding verwarmde gebouw wordt gelijkmatiger verwarmd, hetgeen wordt versterkt door de vloer- en wandverwarming, waarmee de verwarming 15 comfortabeler zal zijn.

Door het toepassen van vloer- en wandverwarming, dus stralings-, in plaats van convectiewarmte, kan de luchttemperatuur lager zijn dan bij convectiewarmte gebruikelijk is. Enerzijds is dat energiebesparend, anderzijds komt dat, door gereduceerde stofontwik-20 keling, ten goede aan de gezondheid van de bewoners, met name voor bijvoorbeeld carapatiënten.

Het fijnmazige warmtedistributiesysteem 3 of algemener energiedistributiesysteem naast het grofmazige energiedistributiesysteem 1 maakt het mogelijk om de beslissing over de 25 energie-infrastructuur zo laat mogelijk te nemen. Dat wil zeggen dat pas na het finale besluit over de te bouwen woningen of bedrijfspanden over de energie-infrastructuur behoeft te worden beslist. Milieutechnisch betekent het dat er niet meer leidingen in de grond hoeven te worden gelegd dan strikt noodzakelijk is. Ook in financieel opzicht 30 kan het besparing in de hand werken: de kans op voorbarige of te vroege investering neemt af.

Wanneer opslagtechnieken voor warmte en elektriciteit beschikbaar komen, zijn deze heel goed te plaatsen in of bij de warmtebroninrichting 2. Daarbij zou voor het opwekken van elektrici-35 teit uit zonlicht gebruik kunnen worden gemaakt van fotovoltaïsche cellen.

1 υ o *’1

Claims

1. Verwarmingsstelsel voor het aan een aantal groepen van gebouwen leveren van warm fluïdum, waarbij elk gebouw is voorzien 5 van een door warmte-onttrekking aan toegevoerd warm fluïdum werkende verwarmingsinstallatie, omvattende een energiedistributiesysteem, een aantal door het energiedistributiesysteem gevoede, elk voor het voortbrengen van warm fluïdum ingerichte warmtebroninrichtingen, alsmede een aantal, elk een respectieve groep van gebouwen op een 10 respectieve warmtebroninrichting aansluitende warmtedistributie- systemen voor het transporteren van door de respectieve warmtebroninrichting voortgebracht warm fluïdum naar en na warmte-onttrekking terug vanaf de verwarmingsinstallaties van de respectieve groep van gebouwen.

2. Verwarmingsstelsel volgens conclusie 1, waarbij elk gebouw van het aantal groepen van gebouwen is voorzien van een door warmte-onttrekking aan toegevoerd warm fluïdum werkende warm tapwater-installatie, waarbij elk van het aantal warmtedistributiesystemen voorts is ingericht voor het transporteren van het door de respectieve 20 warmtebroninrichting voortgebrachte warme fluïdum naar en na warmte-onttrekking terug vanaf de warm tapwaterinstallaties van de respectieve groep van gebouwen.

3. Verwarmingsstelsel volgens conclusie 1, waarbij elk gebouw van het aantal groepen van gebouwen is voorzien van een warm 25 tapwaterinstallatie, omvattende een aantal, elk een respectieve groep van gebouwen op een respectieve warmtebroninrichting aansluitende warm tapwaterdistributiesystemen voor het leveren van door de respectieve warmtebroninrichting voortgebracht warm tapwater aan de warm tapwaterinstallaties van de respectieve groep van gebouwen.

4. Verwarmingsstelsel volgens conclusie 3, waarbij de temperatuur van het door het aantal warm tapwaterdistributiesystemen toegevoerde warme tapwater ongeveer 60°C is.

5. Verwarmingsstelsel volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij de temperatuur van het door het aantal warmte-35 distributiesystemen toegevoerde warme fluïdum ligt in het traject van vanaf 45°C tot en met 55°C. , " ' ·, / ' % δ

6. Verwarmingsstelsel volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het fluïdum water is.

7. Verwarmingsstelsel volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij dit naast of in plaats van het aantal warmte- of 5 warm tapwaterdistributiesystemen is voorzien van een aantal verdere energiedistributiesystemen voor het vanaf de respectieve warmtebron-inrichting leveren van een energiedrager, niet zijnde warm fluïdum, aan de respectieve groep van gebouwen.

8. Verwarmingsstelsel volgens conclusie 7, waarbij de 10 verdere energiedistributiesystemen gas-, elektriciteit- of waterstof- distributiesystemen zijn.

9. Verwarmingsstelsel volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het energiedistributiesysteem een gas-, elektriciteit-, waterstof- of warmtedistributiesysteem is.

10. Verwarmingsstelsel volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij een of meer van de volgende technologieën als warmtebron in de warmtebroninrichtingen worden toegepast: door fossiele brandstoffen of waterstof gestookte warmwatertoestellen, gasmotoren, warmtepompen, gasturbines, brandstofcellen, bio-energie- of 20 biomassacentrales, aardwarmte, weerstandsverwarming, zonnecollectoren en zonnecellen.

11. Verwarmingsstelsel volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij de warmte- of warm tapwaterdistributiesystemen kunststoffen leidingen omvatten.

12. Verwarmingsstelsel volgens conclusie 11, waarbij de kunststoffen leidingen zijn geïsoleerd.

13. Verwarmingsstelsel volgens conclusie 12, waarbij de geïsoleerde kunststoffen leidingen van een beschermende buitenmantel zijn voorzien.

14. Warmte-, warm tapwater- of energiedistributie systeem dat kennelijk is bedoeld voor toepassing in een verwarmingsstelsel volgens een van de voorafgaande conclusies.

35 Eindhoven, december 1996. < c ;/ ;