Condensatieketels besparen energie ! 2006/01.13

In de nieuwe energieprestatieregelgevingen voor gebouwen gaat de aandacht niet louter uit naar de thermische isolatie van de gebouwschil, maar wordt eveneens aangespoord tot het gebruik van technische installaties met betere energieprestaties. In dit artikel gaan we wat dieper in op de mogelijke voordelen van verwarmingssystemen met een condensatieketel.

Werkingsprincipe van condensatieketels

Condensatieketels vertonen een veel beter energetisch rendement dan niet-condenserende ketels. Dit kan voornamelijk toegeschreven worden aan de doorgedreven afkoeling van de verbrandingsgassen. Dankzij deze afkoeling kan men niet enkel een groot gedeelte van de 'voelbare' warmte uit de rookgassen recupereren, maar ook de condensatiewarmte (latente warmte) van de erin aanwezige waterdamp, die ontstaat wanneer de temperatuur daalt tot onder het dauwpunt. De aldus uit de rookgassen onttrokken warmtehoeveelheid kan 6 tot 10 % hoger zijn dan bij een traditioneel ketelsysteem (respectievelijk bij een gasolie- en een gasketel).

Afb. 1 Dauwpunt van de rookgassen, afhankelijk van het CO2-gehalte.
De temperatuur waarbij de waterdamp begint te condenseren, is afhankelijk van een aantal factoren, waaronder de aard van de brandstof en het CO2-gehalte van de verbrandingsproducten.

Uit afbeelding 1, die dit verband illustreert voor aardgas en gasolie, blijkt dat er bij de rookgassen van gasketels sneller (d.w.z. bij hogere temperaturen) condensatie optreedt dan bij deze van gasolieketels, voor zover de normale CO2-grenswaarden gerespecteerd werden. Bij moderne gasketels (met een CO2-grenswaarde van 9,5 %) treedt dit fenomeen immers reeds op vanaf 55 °C, terwijl het dauwpunt van gasolieketels (met een CO2-grenswaarde van 12,5 %) 46 °C bedraagt.

Combinatiemogelijkheden

Opdat de verbrandingsgassen zouden beginnen te condenseren, moet de temperatuur van het retourwater in de verwarmingsinstallatie lager zijn dan de bovenvermelde dauwpunten.

Condensatieketels worden dan ook bij voorkeur gecombineerd met warmteverdeelsystemen die functioneren op lage (Ta van 40 tot 55 °C) of zeer lage temperatuur (Ta < 40 °C), zoals vloer-, wand- of plafondverwarming (zie tabel 1).
Tabel 1 Indeling van verwarmingssystemen volgens de watertemperatuur Ta.

Dit betekent echter geenszins dat radiator- of convectorverwarmingssystemen niet in aanmerking zouden komen voor een combinatie met een condensatieketel (bv. in geval van renovatie, vervanging of zelfs nieuwbouw).

Bij laatstgenoemde systemen zijn de warmteafgiftelichamen vaak sterk (tot 1,7 maal) overgedimensioneerd en gebeurt de warmteverdeling op hoge temperatuur (bv. bij een 90/70-regime).

Als men in het geval van overgedimensioneerde warmteafgiftelichamen de aanvoertemperatuur (Ta) van het water regelt, afhankelijk van de buitentemperatuur, blijkt uit afbeelding 2 dat men gedurende een groot deel van het stookseizoen retourtemperaturen kan aanhouden die condensatie toelaten (zie kader 'Praktisch voorbeeld').
Afb. 2 Sturing van de temperatuur van het water voor een 90/70- en een 70/50-regime, afhankelijk van de buitentemperatuur.
Praktisch voorbeeld
We beschouwen een gasketel met een dauwpunt van 51 °C. Als de temperatuur van het retourwater 5 graden lager ligt dan het dauwpunt - met andere woorden rond de 46 °C - mag men zich verwachten aan het optreden van condensatie.

Uit afbeelding 2 blijkt dat er voor een systeem dat berekend werd voor een 90/70-regime condensatie mogelijk is tot een buitentemperatuur van 2 °C. De ketel zal in dit geval dus gedurende ± 80 % van het stookseizoen in condenserende voorwaarden kunnen werken.

Men dient eveneens rekening te houden met het feit dat de bestaande verwarmingsinstallaties doorgaans sterk overgedimensioneerd zijn : een WTCB-onderzoek heeft aangetoond dat het geïnstalleerde verwarmingsvermogen gemiddeld 1,7 maal groter is dan het berekende nodige vermogen. In het geval van een installatie die oorspronkelijk voorzien was om te functioneren bij een 90/70-regime, impliceert deze overdimensionering concreet dat men zou kunnen overgaan tot een 70/50-regime, zonder enig verlies aan comfort.

Indien de aanvoertemperatuur van het water bovendien gestuurd wordt, afhankelijk van de buitentemperatuur, zal een retourtemperatuur van 46 °C overeenstemmen met een buitentemperatuur van om en bij de -6 °C (zie afbeelding 2). Dit betekent dat men in feite gedurende meer dan 99 % van het stookseizoen in condenserende omstandigheden zou kunnen werken.

Nuttige informatie
Om de correcte toepassing van de condensatietechnologie in onze gebouwen te waarborgen, is het WTCB gestart met de opstelling van een Technische Voorlichting waarin de aandacht onder andere zal uitgaan naar de volgende aspecten :
  • de keuze van de schouw voor deze ketels (om te verzekeren dat de schouw bestand zou zijn tegen de optredende condensatie)
  • de keuze van de hydraulische kringen.
Nuttig document
Isolatie, ventilatie en verwarming in nieuwbouwwoningen. Resultaten van een enquête. Brussel, WTCB-Rapport, nr. 4, 1999.

Besluit

Zoals blijkt uit het voorgaande, kan de toepassing van condensatieketels niet alleen leiden tot aanzienlijke energiebesparingen bij nieuwbouw, maar ook bij de vervanging van bestaande ketels, voor zover men vooraf een goede diagnose maakt van de installatie en de aanvoertemperatuur van het water gestuurd wordt volgens de warmtebehoeften.


De Cuyper, ir., hoofd van de afdeling 'Technische uitrustingen en Automatisatie'