Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
RELIOS : Een nieuwe manier om water te verwarmen.
Caroline Lepot
17 novembre 2016
1 Achtergrond van het project
Ik ben al ...
verder omlaag worden gehaald door materialen te recycleren en zo een meerwaarde te geven aan afval.
Tweede doelstelling : ...
Figure 1 – Prototype de capteur PET réalisé par José Alano. « Prototype van de PET-collector,
uitgevoerd door José Alano. ...
Ook uniek is het feit dat deze wetenschappelijke meerwaarde ten goede komt van een zelfstandigr,
niet gebrevetteerde werkm...
tegen. Het hout zorgt al voor een eerste isolatie, maar dat kan nog verbeterd worden. Voornamelijk
gaan we hard Polyisocya...
4 Beoordeling van de RELIOS zonnecollector
De zonnecollector werd op 3 verschillende gebieden beoordeeld om het succes van...
van dezelfde grootte. Dat betekent dat iets minder dan de helft van de warmwaterbehoefte van een
Belgisch gezin van 4 kan ...
5 Conclusie van de haalbaarheidsstudie
De grote uitdaging van dit project was om te bewijzen dat het mogelijk is om een effi...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Document van presentatie relios

177 views

Published on

Uiltleg over het projekt RELIOS

Published in: Environment
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Document van presentatie relios

  1. 1. RELIOS : Een nieuwe manier om water te verwarmen. Caroline Lepot 17 novembre 2016 1 Achtergrond van het project Ik ben al sinds lang gepassioneerd door het milieu en de duurzame ontwikkeling, en daarom wou ik met de vaardigheden opgebouwd tijdens mijn opleiding burgerlijk ingenieur een eindewerk 1 uitvoeren dat concreet en respectvol is voor onze planeet en haar bewoners. Na menige bespreking met professor Hervé Jeanmart en ingenieur Sébastien Meyer heb ik beslo- ten om een zonnecollector te ontwikkelen gemaakt uit recuperatiematerialen. In het kader van mijn eindwerk heb ik een prototype gebouwd en geëvalueerd. De zonnecollector draagt de naam RELIOS (afkorting van Reuse of Elements for Light Irradiated Operational System), samentrekking van de woorden Hergebruik (N.v.d.V. “Réutilisation” in het Frans) en Hélios, zon in het Grieks. Het doel was om een productiemodel te ontwikkelen dat iedereen er toe zou aanzetten om zijn eigen zonnecollector te bouwen tegen een zeer lage kostprijs. Vandaag is de zonnecollector RELIOS een werkelijkheid, onder de vorm van een werkend demons- tratiemodel. Mijn doel is nu om dit project te verspreiden zodat iedereen die zin heeft om zijn eigen zonneverwarming ’s installatie te maken dit kan doen op een efficiënte en verantwoordelijke manier. In dit dossier zult u een complete beschrijving vinden van het RELIOS project, van de initiële doelstellingen tot en met de behaalde resultaten. 2 Context en doelstelling van het project Iets minder dan 40% van de energie die wordt verbruikt in Europa dient om water en lucht te ver- warmen. Dat stelt ongeveer een derde voor van de totale uitstoot van broeikasgassen. Een duurzame oplossing om de impact op het milieu te verminderen is het gebruik van hernieuwbare grondstoffen, en dan vooral zonne-energie, een onuitputtelijke en alom aanwezige energiebron [ [?]. Daartegen staat wel dat de installatie van een zonnecollector een zeker kostprijs meebrengt. In België moet je tussen 3000 en 5000 e (zonder BTW) rekenen voor een collector met een oppervlakte van 4m2, met daarbovenop nog eens 1000 e aan installatiekosten. Daarbovenop komen ook nog de kosten voor een extra ondersteuningssysteem, aangezien de zonne-energie in onze regio slechts 50% tot 70% van onze behoeften vervult [?]. Zelfs met installatiepremies die tot 3000 e kunnen oplopen naar gelang de regio [?] blijft dit een belangrijke investering, die pas over een periode van 10 tot 20 jaar kan worden teruggewonnen. Eerste doelstelling : Deze oplossing betaalbaar maken Om zonne-energie toegankelijk te maken voor iedereen moet de kostprijs van deze technologie om- laag. Wanneer men zelf een zonnecollector bouwt vermijdt men de productiekosten. Die kost kan nog 1. Travail de fin d’études d’ingénieur civil à l’Ecole Polytechnique de Louvain en 2015 1
  2. 2. verder omlaag worden gehaald door materialen te recycleren en zo een meerwaarde te geven aan afval. Tweede doelstelling : Een afdoende warmwaterproductie creëren in onze regio’s Het grootste nadeel van zonnecollectors gemaakt uit recuperatiemateriaal is dat deze minder ef- ficiënt en minder lang meegaan dan de commerciële modellen. Het was dus de bedoeling om een zonnecollector te ontwikkelen die een belangrijk aandeel (hoger dans 40%) van de behoefte aan warm- water kon leveren van een Belgisch gezin van vier. Het RELIOS concept is natuurlijk toepasbaar over de hele wereld. Derde doelstelling : Een sociaal meerwaarde bijdragen Bovenop de vorige doelstelling waren er ook nog een reeks sociale doelstellingen : diegene helpen die zich geen professionele zonnecollector kunnen veroorloven, bewijzen dat het mogelijk is om zelf een zonnecollector ineen te knutselen, dat afval een meerwaarde kan hebben, en tot slot om mensen bewust te maken van de milieuproblematiek. Daarboven komt ook nog het plezier van het knutselen en van het samen werken. Deze overwegingen hebben het einddoel van mijn eindwerk bepaald : het ontwikkelen van een zonnecollector uit afvalmaterialen, het bouwen van een prototype, daarvan de thermische prestaties en de impact op het milieu te evalueren en die resultaten te verzamelen teneinde een gids te zijn voor iedereen die interesse heeft om zijn eigen zonnecollector te bouwen. Mijn eindwerk is ondertussen afgerond, en de technische haalbaarheid van het RELIOS project is bewezen. Het is nu de bedoeling om dit concept ter beschikking te stellen van iedereen, zodat dit project de manier waarop warmwater wordt geproduceerd echt kunnen beïnvloeden. 3 Gedetailleerde beschrijving van het RELIOS project 3.1 ginaliteit van het idéé Het idée om zelf een zonnecollector te bouwen is niet nieuw. Een snelle blik op het internet toont dat veel mensen al geëxperimenteerd hebben op dit gebied. We kunnen een onderscheid maken tussen de verschillende modellen die gebouwd zijn met nieuwe materialen, en diegene die gebouwd zijn met recuperatiematerialen. Een Braziliaanse ingenieur, José Alano heeft een tiental jaar geleden een zonnecollector ontwik- keld op basis van petflessen en Tetra Pak verpakkingen 1. Deze “PET – collector” bestaat uit reeksen petflessen die worden vastgelegd op PVC buizen. In iedere fles wordt er dan onder de buis een Tetra Pak karton gestopt. Dit buizennetwerk wordt dan verbonden met de opslagtank, en het water wordt door het netwerk gestuwd via convectie [?]. In 2014 heeft Nicolas Bruyr het rendement van de PET- collector berekent in het kader van zijn eindestudiewerk aan de Faculteit ingenieurswetenschappen van Louvain-La-Neuve. Hij heeft toen bewezen dat, dankzij de weersomstandigheden in Chili (1.5 keer meer zonneschijn dan in Belgïe), de installatie 50% kon voorzien van de behoefte aan warm water van een Chileens gezin. 2
  3. 3. Figure 1 – Prototype de capteur PET réalisé par José Alano. « Prototype van de PET-collector, uitgevoerd door José Alano. De PET-collector bestaat uit reeksen PET flessen, die evenwijdig naast elkaar worden geplaatst. Iedere reeks bestaat uit een serie PET flessen die worden vastgelegd op een PVC buis. Deze buis wordt zwart geverfd om de opneming van zonnestralen te bevorderen. Onder de buis wordt er in iedere fles een Tetra Pak karton bevestigd, zwart geverfd en op een passende manier geplooid. Dit buizenstelsels wordt dan verbonden met een opslagtank, waaruit het te verwarmen water door he systeem wordt gestuwd via convectie. » [?]. De werkplaatsen rue de Voot in Brussel 2 bieden een opleiding zonnetechniek aan : van theorie tot praktijk wordt er in groepsverband een zonnecollector gebouwd die heel erg op een commercieel model trekt ( een voorbeeld van zo’n zonnecollector wordt getoond in figuur 2). Ik heb zelf ook deze opleiding van 12 weken gevolgd. Tijdens die 12 weken wordt de theorie rondt een zonnecollector op een ludieke manier benadert. Bovendien wordt de rol et de werking van ieder component echt duidelijk tijdens de opbouw. Het sociale aspect van deze opleiding is ook erg belangrijk : iedereen kan zijn eigen ervaringen delen tijdens de opbouw van de zonnecollector. Figure 2 – Capteur solaire autoconstruit de la rue Voot. Réalisé en matériaux nobles (verre à faible teneur en fer, cuivre, aluminium). Zelf een zonnecollector bouwen is geen nieuw idee. Er bestaan echter weinig wetenschappelijke studies over het ontwerp of het rendement van zo een installatie. Het RELIOS project is dus uniek op twee vlakken : de ontwikkeling van een efficiënt model op basis van recuperatiematerialen, en een wetenschappelijke analyse van dit model. 2. Ateliers de la rue Voot asbl : 91, rue Voot - 1200 Bruxelles. www.voot.be. Formation dispensée par Jean Motllo. 3
  4. 4. Ook uniek is het feit dat deze wetenschappelijke meerwaarde ten goede komt van een zelfstandigr, niet gebrevetteerde werkmethode. 3.2 Verloop van het project Er waren 3 fases in het project : de ontwikkelingsfase, de opbouwfase en de beoordelingsfase. Ge- durende het hele verloop van het project is één element essentieel gebleken : de samenwerking tussen de deelnemers. 3.2.1 Ontwikkeling van de zonnecollector Eén van de grootste uitdagingen van het RELIOS project was het gebruik van recuperatiemate- rialen, waarvan men noch de vorm, noch de stof, noch de oorsprong, noch de staat van kan beheersen. Om tot een ontwerp te komen hebben we voor een specifiek ontwikkelingsproces gekozen. De be- doeling was om tot een eindontwerp te komen dat gebruikt maakt van recuperatiematerialen en dat binnen het bereik ligt van een gemiddelde knutselaar. Een multidisciplinaire groep werd samengesteld om gebruik te kunnen maken van het vermogen van een groep om tot innovatieve oplossingen te ko- men. Het was dus belangrijk om deelnemers te verzamelen met diverse achtergronden en kennissen. Daarna werd er voor iedere toepassing een lijst opgesteld van mogelijke problemen. In figuur 3 staat de basis van deze methodologie uitgelijnd. Figure 3 – Trame de la démarche de conception. Na evaluatie van de verschillende oplossingen werd er één uitgekozen. Het gaat om een zonnecol- lector die gebruik maakt van frigocondensors als warmteoverdrachtssysteem. 3.2.2 Opbouw van de zonnecollector Tijdens de bouw van de zonnecollector was het belangrijk om eenvoudige technieken en materialen te gebruiken, zodat het project voor iedereen toegankelijk zou blijven. De bouw van de zonnecollector op basis van koelelementen nam ongeveer 20 uur in beslag. Hiervan zijn enkele foto’s beschikbaar (figuren 4 tot 6). Het eindresultaat wordt getoond op figuur 7. De totaalprijs van het project komt neer op 60e , voor een bestraalbare oppervlakte van 2 m2 (glasoppervlakte) en een wisseloppervlakte van 1, 63 m2. De achterwand van de kast die de zonnecollector op zijn plaats houdt wordt gevormd door een triplexplaat, verstevigd met houten balken (deze element zijn aangekocht voor dit project, en zijn de enige onderdelen van RELIOS die dus niet gerecupereerd zijn.) De zijwanden zijn gemaakt met oude WBP multiplex planken. De voorkant van de kast moet gesloten worden met een transparant mate- riaal, enerzijds om de warmteverliezen door convectie te beperken, en anderzijds om de collector te beschutten tegen de regen. Ik heb gekozen voor "soda-calcium" glas (enkelglas) omdat dit type glas een zeer goed transmissiecoëfficiënt en een zwak reflectiecoëfficiënt heeft. Bovendien is dit materiaal Uv-en neerslagbestendig. Een vakman gespecialiseerd in het vervangen van raamkozijnen is erin geslaagd om uit een gebroken dubbelglas raam 4 glaspanelen te snijden. Thermische isolatie gaat het warmteverlies 4
  5. 5. tegen. Het hout zorgt al voor een eerste isolatie, maar dat kan nog verbeterd worden. Voornamelijk gaan we hard Polyisocyanuraat (producent Recticel) gebruiken, afkomstig uit werfoverschotten [?]. In een zonnecollector vangt de absorber de warmte van de zonnestralen op, alvorens deze over te dragen aan het warmtetransportmedium. De watervoerende pijpen verzamelen de warmte en zorgen voor de doorstroming van het water. Deze functie wordt vervuld door 4 frigocondensors (buizen en rooster, gevonden in een elektronicawinkel). Oorspronkelijk bevatte deze condensors chloorfluorkool- stofverbindingen (CFK), een broeikasgas. Tijdens de afbraak van de frigo’s zijn deze gassen ontsnapt, met schade aan het milieu tot gevolg. Oorspronkelijk hebben we geprobeerd om condensors te bemach- tigen die waren leeggemaakt volgens de regels, maar deze aanvraag werd door Recupel geweigerd. Dit gegeven werd opgenomen in de levenscyclusanalyse, waardoor men kan bereken of de impact op het milieu van RELIOS minder is dan die van een commercieel model. Figure 4 – Découpe de la plaque arrière, des poutres pour la struc- ture et de l’isolant + assemblage. Figure 5 – Soudure des conden- seurs aux collecteurs d’entrée et de sortie. Figure 6 – Résultat du capteur avec les côtés fixés. (a) (b) Figure 7 – Capteur RELIOS construit. 5
  6. 6. 4 Beoordeling van de RELIOS zonnecollector De zonnecollector werd op 3 verschillende gebieden beoordeeld om het succes van het project te beoordelen. 4.1 Beoordeling van de thermische eigenschappen Le rendement instantané du capteur RELIOS a été déterminé selon la norme européenne EN12075- 2 [?]. Selon cette norme, les courbes de rendement instantané sont dessinées en fonction de Tm − Ta (Tm est la température moyenne du fluide dans le capteur et Ta la température ambiante) pour Gt = 1000 W/m2 (puissance du rayonnement solaire), à la figure 8. Les courbes de rendement d’un capteur commercial (Viessman), d’un capteur autoconstruit ressemblant à un capteur commercial (capteur Voot) et du capteur PET de Nicolas Bruyr servent de référence. Het rendement van de RELIOS zonnecollector is berekent volgens de Europese norm EN12075- 2 [?]. Volgens deze norm hangt het rendement af van het verschil Tm − Ta (Tm is de gemiddelde temperatuur van de vloeistof in de zonnecollector, en Ta is de temperatuur van de omgeving). In figuur 8 staat het rendement van de RELIOS collector aangegeven, met Gt = 1000 W/m2 (zonne- constante). Ter referentie staan ook de rendementen van een commerciële installatie (Viessman), van een zelfgebouwde collector die op een commerciële installatie lijkt (Ateliers rue de Voot) en van de PET-collector van Nicolas Bruyr aangegeven. Het eindresultaat voldoet aan de verwachtingen : RELIOS heeft een beter rendement dan de PET- collector en moet amper onderdoen voor de commerciële modellen. Men moet hierbij wel in gedachte houden dat het niet de bedoeling was om het rendement van een commerciële installatie te evenaren, maar om een afdoende warmwaterproductie te creëren voor een familie van 4 in België. 0 20 40 60 80 100 120 140 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Tm − Ta [C] Rendement Capteur Vissman Capteur Voot Capteur RELIOS Capteur PET Figure 8 – Comparaison des courbes de rendement instantané du capteur RELIOS, d’un capteur commercial (Viessman de type Vitosol 200-F), du capteur de la rue Voot et du capteur PET (par Nicolas Bruyr), en fonction de Tm − Ta pour Gt = 1000 W/m2. Deze behoefte aan warmwater werd virtueel gesimuleerd via een rekenprogramma [?] voor een bestraalbare oppervlakte van 4 m2. Deze behoefte wordt geschat op 200 L aan 50◦C per dag. De zonnecollector wordt beschouwd als een warmtewisselaar met gedwongen circulatie. Op jaarbasis ab- sorbeert de zonnecollector 1560 kWh/an, voor een behoefte van 3600 kWh/an. De behoefte kan dus voor 43% opgevangen worden door de RELIOS collector, tegen 60% door een commerciële installatie 6
  7. 7. van dezelfde grootte. Dat betekent dat iets minder dan de helft van de warmwaterbehoefte van een Belgisch gezin van 4 kan worden voorzien door de RELIOS-collector. 4.2 Beoordeling van de impact op het milieu – Impact op het gebruik van mate- riaal en energie – Duurzame verbetering van de eigenschappen op het gebied van energie en milieu Het gebruik van gerecupereerde materialen heeft tot direct gevolg een vermindering van het ver- bruik van onze natuurlijk grondstoffen. Bovendien vergemakkelijkt dit project het gebruik van zonne- energie, wat op lange termijn zou kunnen lijden tot een vermindering van het gebruik van bijvoorbeeld stookolie of gas. Met het RELIOS project winnen we dus op 3 vlakken : 1. Op de hoeveelheid energie en materie die nodig is om een verwarmingsinstallatie te maken ; 2. Op de energie die nodig is om warm water te produceren door het gebruik van zonne-energie ; 3. Dankzij een bewustwording van de gebruikers van de RELIOS ten opzicht van de meerwaarde van herbruikbare materialen. Om zeker te zijn dat de RELIOS collector minder zware gevolgen op het milieu heeft dan een commerciële collector hebben we de levenscyclus geanalyseerd. We hebben ons dan vooral geconcen- treerd op de oorsprong van de materialen. Enkel de houten onderdelen van de kast en de koelgassen die in de condensors zaten worden bestudeerd (de recuperatiematerialen hebben geen invloed). Deze analyse werd vergeleken met de analyse van een commerciële collector gevonden in de literatuur en de analyse van de collector Rue Voot, uitgevoerd in het kader van dit project. Enkel op het gebied van “klimaatsverandering” (kg CO2eq) scoort RELIOS veel slechter dan de andere modellen. De uitstoot van de koelgassen die zich oorspronkelijk in de condensors bevonden is hier de oorzaak van. Normaal gezien moet de recyclage van condensors uitgevoerd worden door bevoegd personeel, die de koelgassen opvangen dankzij een speciale reinigingsinstallatie. Deze gassen kunnen dan gefilterd worden voor her- gebruik, recyclage of vernietiging. Ideaal gezien zou men dus moeten samenwerken met een bedrijf dat zich specialiseert in de ontmanteling van koelinstallaties, om zeker te zijn dat dit gebeurt in akkoord met de normen. Op alle andere gebieden (verzuring, eutrofiëring, (eco)toxiciteit, uitputting van fossiele grondstof- fen) scoort RELIOS veel beter. In de tabel 1 staat voor iedere categorie de verhoudingen tussen de RELIOS collector en de collector Rue Voot. Catégorie d’impact Unités Facteur de proportionnalité Changement climatique kg CO2,eq ÷ 3 Epuisement de l’ozone kg CFC − 11eq équivalent Acidification terrestre kg SO2,eq × 10 Eutrophisation de l’eau douce kg Peq × 55 Eutrophisation marine kg Neq × 10 Toxicité humaine kg 1, 4 − DBeq × 37 Ecotoxicité (de l’eau douce, terrestre et marine) kg 1, 4 − DBeq × 68 Epuisement des métaux kg Feeq × 103 Epuisement des énergies fossiles kg oileq × 3 Table 1 – Facteurs de proportionnalité entre la production du capteur Voot (type commercial) et celle du capteur RELIOS pour différentes catégories d’impact environnemental. 7
  8. 8. 5 Conclusie van de haalbaarheidsstudie De grote uitdaging van dit project was om te bewijzen dat het mogelijk is om een efficiënte en betaalbare oplossing te vinden voor de productie van warmwater door zelf een zonnecollector te ont- wikkelen en te bouwen met de hulp van recuperatiematerialen. Daarin zijn we geslaagd : met een kostprijs van amper 120e voor 4 m2 kan RELIOS, gekoppeld aan een klassieke sanitaire installatie, 43% van de warmwaterbehoefte van een Belgisch gezin van 4 voorzien. Dat is 2/3 van de productie van een commerciële installatie met dezelfde oppervlakte. Door de oppervlakte van de collector te vergroten kan men een groter aandeel van de behoefte voorzien. Een collector met een oppervlakte van 6m2 zou 55% van de nood aan warmwater van eenzelfde familie dekken. De impact op het milieu van een collector uit recuperatiematerialen is ook veel kleiner dan die van een commerciële installatie. Een samenwerking met een organisatie als Recupel voor de opvang van de koelgassen zou deze impact nog verminderen. Dit project is alles behalve compleet. Er zullen nog veel verbeteringen komen op het concept, on- der andere een studie op lange termijn om de echte eigenschappen en de levensduur van de RELIOS collector te bepalen, de ontwikkeling van een hydraulisch circuit teneinde de collector op te nemen in een zonneboiler en de evaluatie van de concepten opzijgeschoven tijdens de ontwikkelingsfase. Het doel is nu om een communicatieplan op poten te zetten dat ervoor zorgt dat RELIOS de manier zal beïnvloeden waarop Jan met de pet beslist op welke manier hij zij warm water produceert. Dat is het doel waar ik nu mee bezig ben : ervoor zorgen dat iedereen die interesse toont voor het concept zijn eigen RELIOS kan bouwen. Anderzijds heb ik de voldoening gehad om te zien dat de wereld klaar is om RELIOS te ontvangen, onder andere dankzij een prijs die mij werd uitgereikt in 2015 door de Leuvense Ingenieurs Vereniging (AILouvain) : “Universailté” een prijs die wordt uitgereikt aan een eindestudiewerk met een impact direct toegankelijk voor iedereen. RELIOS heeft ook de prijs van "Energie et Environnement" op de categorie "Young People Award" in 2016. Références [1] C.J. Koroneos and E.A. Nanaki. Life cycle environmental impact assessment of a solar water heater. Journal of Cleaner Production 37 (2012) 154-161. [2] Jean Motllo. Syllabus de l’atelier « Techniques Solaires » et Notes prises au cours. Ateliers de la rue Voot, Bruxelles, 2014. [3] Portail de l’énergie en Wallonie. Prime pour l’installation de panneaux solaire thermiques. http://energie.wallonie.be/fr/ la-prime-pour-l-installation-de-panneaux-solaires-thermiques-revue-a-la-hausse. html?IDD=95687&IDC=6302.Consulté le 18 mai 2015. [4] Nicolas Bruyr. Etude et mise en oeuvre d’un chauffe-eau solaire en bouteilles PET. Ecole Poly- technique de Louvain, 2014. [5] Recticel insulation. Revêtement de façade avec powerwall. http://www.recticelinsulation. be/be-fr/specification/revêtement-de-façade-avec-powerwall.Consulté le 20 avril 2015. [6] Comité européen de normalisation. Norme européenne EN12975-2 - installations solaires ther- miques et leurs composants - capteurs solaires - partie 2 : Méthodes d’essai. pages 22–40, 2006. [7] Centre Scientifique et Technique du Bâtiment. Méthode de dimensionnement solo. http://www. tecsol.fr/st_fr/default.htm. Consulté le 29 mai 2015. 8

×