3_7 vandenbergh severins NL - abr-bwv

Heat Exchanging Asphalt Layers :
Studie naar de implementatie in Vlaanderen
Ing. Ian Severins, dr.Ing. Cedric Vuye, Dr.Ing. Wim Van den bergh
Artesis Hogeschool Antwerpen & Universiteit Antwerpen (Fac. Toegepaste Ingenieurswetenschappen)
Date
Inhoud





Situering Heat Exchanging Asphalt Layer
Werking
Mogelijke toepassingen en beperkingen
Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen
Conclusies
2
Situering: Heat Exchanging Asphalt Layer

Asfalt in de zomer:




Zwarte kleur van asfalt leidt tot opwarming
temperaturen kunnen oplopen tot 60 OC
Schade: spoorvorming en lokale hitte-eilanden
Warm asfalt: bron van warmte (energie)
Bron: ecoedges.com
3
Situering: Heat Exchanging Asphalt Layer

Asfalt in de winter:




Bitumen bij lage temperatuur: bros
Tot -15 OC aan het oppervlak
Schade: scheuren, rafeling, strooicampagnes
Onveiligheid
Bron: ooms.be

Koud asfalt: bron van koude
Bron: technologywatch
Bron: demorgen.be
4
Situering: Heat Exchanging Asphalt Layer

Asfaltcollector (Heat Echanging Asphalt Layer):
 Constructie waarbij een fluïdum (water)
door het wegdek wordt gestuurd
 Meestal buissysteem in asfaltonderlaag

Weg: bron van energie (warmte / koude)
ref. Ooms
5
Doelstellingen HEAL

Zomerconditie: Warmte onttrekken aan wegdek



Winterconditie: Warmte toevoegen aan wegdek





Afkoeling: kleinere kans op spoorvorming en hitte-eiland effect
Energie in de vorm van warmte in water: sanitair, buffering
Opwarmen van wegdek tot boven 0OC
Geen strooiactiviteiten, veiliger wegdek
Minder kans op scheurvorming
Warm water wordt gekoeld
Asfaltweg: kleiner temperatuursinterval zomer-winter in
asfalt geeft hogere kans op verlengde levensduur weg
6
Werking: componenten




Energiebron: zon
Collector: asfalt
Warmtewisselaar
Grondopslag





Koude- warmte opslag in bodem
Open systeem: Aquifers (ATES)
Gesloten systeem: Boreholes (BTES)
Warmtepomp
Randapparatuur
ref. Winnerway
7
Werking: zomercondities
Drie gescheiden circuits
 Warmte van asfalt naar
warmtewisselaar
 Afgifte warmte
 Van warmtewisselaar
 Naar opslag in aquifer
 Koeling van gebouw
 Hogere efficientie van
koelingcircuit
ref. Winnerway
8
Werking: wintercondities
Drie gescheiden circuits
 Warmte uit opslag naar
warmtewisselaar
 Afgifte warmte
 Koeling van opslag
 Van warmtewisselaar
naar asfalt
 Opwarming gebouw
 Hogere efficiëntie van
warmtepomp
ref. Winnerway
Toepassingen en beperkingen

Toepassingen: veiligheid, duurzaamheid, energie








Op- en afritten van snelwegen, ziekenhuizen (veiligheid, duurzaamheid)
Grote verhardingen w.o. containerterminals, parkings (duurzaamheid)
Secundaire wegen (duurzaamheid, veiligheid)
Woningen in verkavelingen (energie)
Gebouwen met parkings, bijvoorbeeld warenhuizen met parkeerdaken
(veiligheid en energie)
Wegen in kwetsbaar gebied waar strooiacties schade geven aan milieu
(ecologisch, veiligheid)
Fietspaden (veiligheid)
Regeneratie van bodemtemperatuur
10
Toepassingen en beperkingen

Beperkingen

Geologische beperkingen opslag door middel van ATES (aquifer)

Oplossing: BTES (boreholes)
source: VITO
Ref. http://www.dlsc.ca/borehole.htm
11
Toepassingen en beperkingen

Beperkingen
 Hoge investeringskost
 Locatie weg, opslag en gebruiker: lange afstanden leiden tot verlies
 Opbouw van de weg en toegang tot onderbouw: riolering,
nutsleidingen
 Beheer en initiatief
 Mits planning en visie oplosbaar
 Rendement?
12
Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen

Doelstellingen




Rendementsberekening collector
Haalbaarheid in Vlaanderen
Asfalt en gietasfalt
Methodologie





Ervaring buitenland
Combineren (afstemmen) van technologieën tot één systeem
Simulatie (software)
Prototype in labo: metingen
Proefvak (in voorbereidende fase)
13
Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen

Bouw van een prototype voor rendementsberekening



1 m² (200 x 50 cm)
16 Pt-100 sensors
Drie buizen in de lengterichting
3 cm SMA-C
5 cm Collector
6 cm Onderlaag
14
Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen

Prototype
15
Onderzoek Artesis Hogeschool Antwerpen

Prototype: zomercondities
Geconditioneerde omstandigheden
Buitenomstandigheden
16
Zomercondities: invloed temperatuur water



Na 90 minuten
invloed T water
Lagere
ingangstemperatuur
water heeft positief
effect op koeling
Debiet weinig invloed
op koeling van het
asfalt
17
Wintercondities: invloed opwarming
• Buitenomstandigheden
• Testen voor ontdooien protoype
• Testen voor sneeuwvrij houden
van het prototype
18
Wintercondities: ontdooien van asfalt
water 15OC
0: 3 cm sneeuw
1: start pomp + opwarming
2: stop pomp + opwarming
2-3: sneeuw smelt
3: opwarming zonder sneeuw
4: pomp aan (afkoelend water)
19
Wintercondities: ijs- en sneeuwvrij wegdek
• Na sneeuwval:
geen sneeuw
• Water 15-25OC
20
Wintercondities: conclusies

Asfaltoppervlak kan ontdooid worden
 Sneller bij niet-besneeuwd oppervlak


Mogelijk om asfaltoppervlak op constante temperatuur
te houden
Asfaltoppervlak kan sneeuw- en ijsvrij gehouden worden
 Omgevingstemperatuur -2 à -5 OC
 Maximale dimensies verder te bepalen

Zwarte kleur asfalt heeft wel degelijk effect
 Warmt sneller op
21
HEAL: enkele cijfers

Geschat noodzakelijk oppervlak:
•
•

Buizensysteem: 0.5 à 1 GJ / m² jaar
Woning: 30-60 GJ/jaar  60-100 m²
Rendement: afhankelijk van project
 Buizensysteem: van 23 euro /m² tot 90 euro/m²
 Berekening IGLO project (7081 m²; 1 afnemer van warmte): 10
jaar terugverdientijd
 Berekening wijk Deinze: (afschrijving 15 jaar) 6914 euro / woning
in vergelijking met traditioneel systeem
22
HEAL: verder onderzoek Artesis /UA

Diepgaande economische haalbaarheidstudie
 Secundaire winsten: CO2 reductie , veiligheid, verlenging
levensduur asfalt



Optimalisering van het prototype
Modelleren van warmte-uitwisseling
Toetsen van nieuwe technologie (warmtepompen…)

Gietasfalt
23
Conclusies



HEAL is technisch haalbaar: systemen zijn voorhanden
Prototype: winter- en zomercondities mogelijk
Kleiner temperatuursinterval in asfalt
 Levensduurverlengend: spoorvorming, rafeling, scheurvorming
 Winter: Sneeuwvrij houden mogelijk (+ afkoelen van water)
 Zomer: lagere temperatuur in asfalt (+ opwarmen van water)

Warmteopbrengst 0,5- 1 GJ
(60- 100m²/woning)
24
Conclusies

Kostprijs en terugverdientijd sterk afhankelijk van het
project
 Koppelen aan een bestaand distributiesysteem met warmteopslag
 Kosten grondopslag en distributie zeer bepalend



Beheer energie verschillende partijen een hekel punt
Toekomst: grote projecten met hoge bevolkingsdichtheid
Rendabel van zodra secundaire voordelen worden
meegerekend:
 collectieve energiesystemen, CO2 reductie, levenduurverlenging van
wegopbouw, geen strooiacties
25
Dank voor uw aandacht
Ian Severins
Cedric Vuye
Wim Van den bergh
Contact: [email protected]
MIB-Lab,
Faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen
Universiteit Antwerpen
26