Onderzoek Ivan Verhaert

Abstract

Gebouwen zijn verantwoordelijk voor 40% van het wereldwijde energieverbruik, waarvan 36% verwarming, ventilatie en airconditioning (HVAC) is. Daarom is optimale HVAC-regeling in gebouwen cruciaal in de overgang naar een duurzame samenleving. In dit veld is al veel onderzoek gebeurd, met veelbelovende resultaten, maar de kwaliteit van deze modellen is afhankelijk van de nauwkeurigheid van het onderliggende simulatiemodel, dus is een nauwkeurig model gedurende de hele levenscyclus van het gebouw belangrijk. Echter, door noodzakelijke vereenvoudigingen verschillen fysische modellen significant van de metingen en om dit te compenseren is expertise nodig om de complexiteit van het model te verhogen die meestal niet aanwezig is. Gezien de opkomst van slimme gebouwen, uitgerust met sensoren, zijn datagedreven oplossingen mogelijk, in de vorm van een hybride model dat de voordelen van datagedreven en fysische modellen benut. Ten eerste worden datagedreven modellen, zoals bijvoorbeeld diepe neurale netwerken (DNN's), toegevoegd aan het fysisch model op niveau van de componenten om dit verschil te dichten. Ten tweede, als componenten degraderen zal het verschil weer groeien en wordt dit op dezelfde manier gedicht. Ten derde maakt het hybride model automatische foutdetectie en -diagnose (AFDD) mogelijk gebruik makend van de resultaten van dit proces. Tot slot leidt een schatting van het energieverlies als gevolg van degradatie tot kostenoptimale onderhoudsstrategieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hellinckx Peter
• Co-promotor: Verhaert Ivan
• Mandaathouder: Houben Pieter Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Modelling for Sustainability (M4S)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Gelet op de stijgende kwaliteitseisen inzake comfort en luchtkwaliteit enerzijds en anderzijds de uitdaging om ons gebouwenpark energetisch te verduurzamen, zijn de eisen gesteld aan HVAC of luchtbehandelingsinstallaties alleen maar toegenomen. Het ontwerpen, in werking stellen en beheren van een duurzaam luchtbehandelingssysteem in grotere gebouwen is daarom een uiterst complexe taak die diverse uitdagingen met zich meebrengt en dit in een marktsegment in volle expansie.Om op deze groeiende vraag en stijgende klanteneisen een passend antwoord te bieden rekening houdend met de tijdsdruk die in de sector heerst, bestonden tot voor kort geen pasklare oplossingen. Er zijn echter twee zaken recent veranderd, waardoor de sector hier nu wel klaar voor is. Zo is er dankzij de digitalisering van moderne gebouwen een schat aan bijkomende informatie aanwezig (vb. via BIM-modellen of real-time metingen) die mits goed gebruik kan bijdragen tot efficiëntere en duurzamere systemen. Voorbeelden uit onderzoek tonen aan dat alleen al door gerichte opvolging en monitoring van de HVAC besparingen bereikt worden van meer dan 10% . Daarnaast is ook op vlak van ontwerp nog vooruitgang mogelijk zowel op vlak van energiebesparing, als op vlak van kostenbesparing. Zo werd in het Flux50- cSBO-project 'Towards smart ventilation systems in mid-sized buildings' het besparingspotentieel aangetoond van een nieuwe ontwerpmethode met betrekking tot de levenscycluskosten (= materiaal-, installatie- en energetische kosten) met nog bijkomende voordelen op vlak van commissioning en akoestische prestaties. Er is echter nog nood aan een gebruiksvriendelijke tool die ontwerpers in staat stelt om de nieuwe methodes in de praktijk te zetten en aan richtlijnen die ondersteuning bieden bij het correct gebruik van data en modellen voor regeling en ontwerp. In dit project zullen we met oog op duurzame HVAC-installaties in niet-residentiële gebouwen de HVAC-sector ondersteunen bij het innoveren van het ontwerp en de regeling door concrete tools en richtlijnen. Hierbij betrekken we alle marktspelers gaande van fabrikanten, installateurs en studiebureaus tot softwarebureaus, dienstverleningsbedrijven en gebouwbeheerders. In België zijn er meer dan 1100 bedrijven actief in ventilatie, lucht- en klimaatbehandeling, waarbij de meesten KMO's zijn zonder eigen O&O afdeling . Specifieken doelen: • Een gebruiksvriendelijke ontwerptool ontwikkelen die de ontwerpingenieur ondersteunt bij het ontwerpen van duurzame HVAC-systemen. • Praktische richtlijnen en lesmateriaal ontwikkelen met oog op regeling en datagebruik, alsook voor gebruik van digitale (BIM)-modellen en communicatie doorheen het proces van ontwerp naar gebruik. • Kennis verhogen bij de brede doelgroep door een brede communicatie en het ter beschikking stellen van didactisch materiaal en het gebruik ervan in workshops en navormingen. • Maatschappelijke doelstelling: bijdragen tot de decarbonisatie-doelstellingen van Vlaanderen (en Europa) door energie-efficiëntere luchtbehandelingssystemen te ontwerpen en in te zetten op duurzame energie

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

• Energie en Materialen in Infrastructuur en Gebouwen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Collectieve verwarming en koeling in appartementsgebouwen of wijkverwarming maken het verduurzamen van de warmteopwekking eenvoudiger, doordat de elektrificatie slimmer kan gebeuren en hernieuwbare bronnen efficiënt ingezet kunnen worden. Fouten in het netwerk of algemener suboptimaal ontwerp, regeling en gedrag van de warmtedistributie leiden echter tot efficiëntieverliezen gaande van 10% tot meer dan 50%. De toename aan beschikbare data en recente vooruitgang in het domein van artificiële intelligentie en machine learning bieden de mogelijkheid om algoritmen en technieken voor foutdetectie (FD) - idealiter inclusief diagnose (FDD)- te onderzoeken en te ontwikkelen. De diversiteit aan gebouwen en in verwarmingsconcepten beperkt echter dit potentieel en/of functionaliteit, als deze algoritmes uitsluitend op meetgegevens zijn gebaseerd. In FDD-accelerator zal daarom een emulator worden gebouwd die gelabelde data over fouten en suboptimaal gedrag kan genereren en potentiële FD(D)-oplossingen kan valideren. In de emulator wordt methodologisch gestructureerde domeinexpertise vertaald naar een modulair opgebouwde simulatie-omgeving (digital twin) dat ook suboptimaal gedrag bevat. Dit wordt ondersteund door een labo-opstelling waarin fouten kunnen worden geïnduceerd. Dit is nuttig voor validatie, maar biedt tegelijk ook inzicht in de kloof tussen simulatie en praktijk met oog op vervolgonderzoek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan
• Co-promotor: Hellinckx Peter

Onderzoeksgroep(en)

• Energie en Materialen in Infrastructuur en Gebouwen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nu de urgentie en het belang van de energietransitie ook in de woningmarkt begint door te sijpelen, worden de spelers in de verwarmingssector overspoeld met praktische vragen van bouwheren. Tegelijk zijn technieken veel complexer geworden en kunnen ze niet meer los gezien worden van andere gebouwaspecten. De bestaande analysetools en dimensioneringsmethodes om duurzame installatie-alternatieven uit te werken en selecteren, vergen (te) veel tijd en geld om voor elke individuele woning uit te voeren. Daarnaast hebben de verschillende spelers in de sector (installateurs, groothandel, fabrikanten, energie-deskundigen…) een gefragmenteerde kijk op de verschillende aspecten van deze problematiek. Bovendien maken niet genoeg installateurs de stap van fossiele warmtebronnen naar duurzame technieken en is ook de instroom van nieuwe installateurs beperkt. De renovatiemarkt heeft daarbij twee uitdagingen. Ten eerste een gebrek aan toegankelijke gedetailleerde data om de dimensionering correct te doen en ten tweede aan standaardoplossingen. Voor het eerste probleem zijn in recent onderzoek enkele veelbelovende technieken in ontwikkeling. In dit project willen we die inzichten generaliseren en op een overzichtelijke manier samenbrengen en vertalen naar de bouwsector.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

• Energie en Materialen in Infrastructuur en Gebouwen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

1) Onderzoek De markt voor woonhuisventilatie heeft de afgelopen jaren te maken gehad met een constante verschuiving in de prestatie-eisen. Tijdens de SARS-Cov2 pandemie lag de nadruk op de prestaties van de binnenluchtkwaliteit (IAQ) en tijdens de energiecrisis veranderde dit om het energieverbruik te minimaliseren. Daarnaast heeft de nadruk op renovatieoplossingen de toepasbaarheid van de traditionele voorschrijvende ventilatienormen op de proef gesteld en de markt in de richting van prestatiegericht ontwerpen geduwd. Bovendien heeft de beperkte ruimte die beschikbaar is voor ventilatiekanalen bij renovatie geleid tot een hernieuwde focus op natuurlijke en hybride decentrale ventilatieoplossingen. Vanuit deze context zien wij de volgende generatie woonhuisventilatiesystemen voor ons, die slim en robuust zijn, minimale ingrepen vereisen in bestaande woningen en een goede IAQ en een laag energieverbruik garanderen. Het NudgeFlow systeem stuurt dynamisch het natuurlijke stromingspatroon door de verschillende ruimten in de woning om te voldoen aan de onmiddellijke ventilatiebehoeften en zich flexibel aan te passen aan de heersende klimaatomstandigheden. Dit nieuwe ventilatiesysteem bestaat uit onderling verbonden lokale ventilatiecomponenten met lage drukval, sensoren die de ventilatievraag en de klimaatomstandigheden volgen en een gedistribueerde regelaar die de werking van deze componenten aanpast. Er is grondig wetenschappelijk basisonderzoek nodig om deze nieuwe generatie ventilatieontwerpen mogelijk te maken en de uitdagingen aan te gaan die ermee gepaard gaan. Van het begrijpen hoe en waar het algemene luchtstromingspatroon in de woning kan worden 'nudged', over het meten en benchmarken van de prestaties, het creëren van geschikte controle- en prestatiegebaseerde ontwerpstrategieën voor een dergelijk systeem tot het integreren van al deze elementen in een technologieconcept. Het algemene doel van dit project is om het NudgeFlow technologieconcept te formuleren door alle relevante methodologische elementen te onderzoeken, de systeemcomponenten te bepalen en de haalbaarheid van het NudgeFlow systeem aan te tonen via simulaties. De specifieke wetenschappelijke doelen die moeten worden bereikt: - Het verbeteren van het fysisch begrip van het effect van infiltratiestromen en onstabiele drukverschillen op binnenluchtstromen in woongebouwen met een NudgeFlow systeem. - Een modelaanpak ontwikkelen voor luchtstromen, temperaturen en concentraties in en rond NudgeFlow gebouwen. - Een stochastische multi-zone berekeningsmethode en bijbehorende methode voorstellen om de binnenluchtkwaliteit en energieprestatie van een NudgeFlow systeem te beoordelen. - Het definiëren van akoestische prestatiecriteria en een evaluatiemethode voor NudgeFlow componenten. - Het prestatiegerichte ontwerpproces van het NudgeFlow systeem formuleren. - Een gedistribueerde modelgebaseerde regelaar voor het NudgeFlow systeem bepalen, inclusief de behandeling van verstoringen en inputs. - De haalbaarheid van een virtueel NudgeFlow systeem aantonen Met de hulp van de bedrijven en federaties die betrokken zijn bij de industriële adviesraad (IAB) en die de hele economische waardeketen vertegenwoordigen (ontwerp, ontwikkeling, productie, installatie en werking), zal dit project het NudgeFlow-technologieconcept bepalen. De valorisatievooruitzichten zijn opgesplitst in 4 valorisatiedoelstellingen met bijhorende gebruiksdoelstellingen die de kapitaal-, ontwikkelings- en operationele uitgaven verminderen: - Hardware modules - Generatieve algoritmen voor de ontwerpfase - Generatieve algoritmen voor de operationele fase - Machinaal leren (ML) op meerdere NudgeFlow-systemen

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

• Energie en Materialen in Infrastructuur en Gebouwen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Stadsverwarming- en koeling (DHC) is een veelbelovende technologie voor een duurzame energievoorziening en biedt flexibiliteit aan het elektriciteitsnet. Thermische opslag kan de nodige flexibiliteit bieden om productie en vraag te balanceren voor zowel elektrische als thermische hernieuwbare bronnen (RES). Met name de integratie van gedecentraliseerde thermische prosumenten (b.v. booster, thermisch zonnepaneel) in DHC hebben een groot potentieel om het totale rendement te verbeteren. Daarom zal het toekomstig DHC een geavanceerde controle nodig hebben dat de werking van op prosumenten gebaseerde DHC mogelijk maakt en dat flexibiliteit biedt aan RES-gedomineerde elektriciteitsnetten. Hierbij rijzen twee belangrijke vragen: (i) hoe moet de temperatuur geregeld worden om de energetische, ecologische en economische prestaties van een DHC te verbeteren? En (ii) hoe kan rekening gehouden worden met de eisen van elke gebruiker van het DHC? Door het simuleren van DHC, in acht nemend de hydraulica en het gedrag van prosumenten, zal dit onderzoek het potentieel van data-gebaseerde controle strategieën onderzoeken, waaronder multi-agent reinforcement learning (MARL). Elke agent (per consument, thermische opslag, enz.) streeft de lokale en globale eisen na. De RL-agents leren zelf een regelstrategie aan d.m.v. feedback (beloningen). Naast een valorisatie door implementatie kan vervolgonderzoek tariefstructuren opstellen a.d.h.v. de feedback.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan
• Co-promotor: Hellinckx Peter
• Mandaathouder: Jacobs Stef

Onderzoeksgroep(en)

• Energie en Materialen in Infrastructuur en Gebouwen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het belang van een goede binnenluchtkwaliteit en bijgevolg van kwalitatief hoogstaande luchtverdeelsystemen in gebouwen is nog nooit zo actueel geweest als vandaag. De functie van een luchtdistributiesysteem is echter meer dan alleen het leveren van voldoende verse lucht in een gebouw. Het hoofddoel ervan is de gebruikers op elk moment tevreden te stellen door de luchtkwaliteit, temperatuur en vochtigheid te regelen, rekening houdend met akoestisch comfort, een variabele gebouwbezetting en veranderende buitencondities. Bovendien moet dit worden bereikt met een zo laag mogelijk energieverbruik. Het aandeel van ventilatie bedraagt niet minder dan 10-50% van het energiegebruik van gebouwen. Energie-efficiënte luchtdistributiesystemen zijn daarom een eerste vereiste om niet alleen aan de huidige minimumeisen voor energieprestaties van gebouwen te voldoen, maar ook om deze te overstijgen. Dit is een cruciale stap om tegen 2050 een klimaatneutraal Europa te bereiken en de Europese green deal te realiseren. Het is duidelijk dat het ontwerpen en exploiteren van goed presterende luchtdistributiesystemen een grote uitdaging vormt en complex is. Vooral wanneer deze systemen ook nog eens binnen een beperkt budget en in beperkte tijd moeten worden ontworpen, zoals in de praktijk het geval is. Er is behoefte aan gebruiksvriendelijke hulpmiddelen die de ontwerpingenieur ondersteunen bij zijn of haar besluitvorming om tot optimaal presterende luchtdistributiesystemen te komen. Vandaag bestaat er echter geen tool om het meest optimale systeem in een specifiek gebouw te selecteren op basis van een coherente reeks indicatoren voor ontwerpoptimalisatie (d.w.z. luchtkwaliteit binnenshuis (IAQ), akoestisch en thermisch comfort, en levenscycluskosten). In plaats daarvan worden ontwerpbeslissingen gebaseerd op vuistregels en de ervaring van de verantwoordelijke ontwerper, wat resulteert in suboptimaal presterende systemen. Het overkoepelende doel is daarom de ontwikkeling van een holistisch, flexibel en gebruiksvriendelijk ontwerpinstrument voor optimale luchtdistributiesystemen in niet-residentiële gebouwen. Uitgaande van de plattegrond van een gebouw moet het instrument in staat zijn automatisch de optimale configuratie van het luchtverdeelsysteem te berekenen (d.w.z. layout en dimensionering), terwijl de levenscycluskosten (d.w.z. energie-, materiaal-, installatie- en onderhoudskosten) tot een minimum worden beperkt. Bovendien zal rekening worden gehouden met prestatieparameters die zich moeilijker laten vertalen in een kostprijs, maar die niettemin van cruciaal belang zijn voor de optimale prestaties van het systeem, zoals akoestiek, luchtkwaliteit binnenshuis en comfort. Het instrument moet zowel op nieuwbouwprojecten als op retrofitprojecten kunnen worden toegepast. Specifiek in dit eerste project streven we naar een proof of concept voor de optimalisatie van retrofit-strategieën en parallelle distributiesystemen, terwijl ondertussen de software-integratie en de complementariteit met bestaande ontwerptools / -praktijken verder verkend wordt in samenwerking met de industrie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Jorens Sandy
• Co-promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

• Energie en Materialen in Infrastructuur en Gebouwen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De stad Antwerpen heeft de ambitie om tegen 2050 klimaatneutraal te zijn. De uitrol van stadsverwarmingsnetten kan steden helpen om koolstofneutraliteit te bereiken door b.v. restwarmte in de omgeving van de stad verbinden met de gebouwen in de stad. In dit project worden enkele openstaande onderzoeksvragen met betrekking tot de uitrol- en planningsfase van dergelijke netwerken behandeld. Bijzondere aandacht wordt hierbij besteed aan de robuustheid van de planning aangezien de omstandigheden gaandeweg veranderen, zowel met betrekking tot vraag, aanbod als met betrekking tot infrastructurele beperkingen en kansen. Op korte termijn zal een hoge-temperatuurnet gekoppeld aan een hogetemperatuur industriële afvalwarmtecentrale mogelijks de grootste impact hebben in een historische stad als Antwerpen, op langere termijn kunnen echter lage-temperatuurnetten interessanter worden om tot een mature verwarmingsmarkt te komen waarbij meerdere warmteleveranciers kunnen deelnemen en om een hogere algehele efficiëntie te bereiken. Naast het onderzoek naar planning, is de ambitie van dit project het overbruggen van de kloof tussen praktijk en academisch onderzoek, ter ondersteuning van beleid en uitrol van toekomstbestendige stadsverwarmingsnetwerken. Deze leerstoel wordt gefinancierd door Fluvius en de stad Antwerpen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

• Energie en Materialen in Infrastructuur en Gebouwen

Project type(s)

• Onderzoeksproject
• Onderwijsproject

Abstract

Om in de toekomst efficiënte en duurzame systemen voor gebouwkoeling te kunnen realiseren, heeft de installatiesector nood aan concrete handvaten. Koeling 2.0 zal hier een antwoord op bieden door praktische richtlijnen en gebruiks-vriendelijke hulpmiddelen aan te bieden voor selectie en dimensionering van de afgifte-, de distributie-, en de opwekkingscomponenten van koelinstallaties. De focus ligt hierbij op systemen met een centrale opwekking en (ijs)water als distributiemedium.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

• Energie en Materialen in Infrastructuur en Gebouwen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In een duurzame energievoorziening bieden warmtenetten antwoorden op vragen naar flexibiliteit, energie-efficiëntie en luchtkwaliteit. Afleversets of Heat Interface Units (HIUs) spelen hierbij een sleutelrol en zijn ervoor verantwoordelijk om de lokale comforteisen te matchen met een performant en efficiënt werkend warmtenet. Er is daarom nood aan een kwaliteitsprotocol en bijhorende testinfrastructuur om dergelijke units te testen en te evalueren met oog op gerichte verbeteringen. (Inter)nationaal zijn er reeds enkele protocollen ontwikkeld, maar deze zijn vaak beperkt tot specifieke type afleversets en al helemaal niet voorzien om nieuwe functionaliteiten te testen. Het doel van dit project is om onze testinfrastructuur zodanig op te schalen en aan te passen naar een niveau dat we contractonderzoek ook vlot kunnen organiseren, rekening houdend met de dynamiek van de bedrijfswereld die een stuk sneller is dan de academische. Bijkomende randvoorwaarde is dat het ons onderzoek niet hypothekeert waarbij we nieuwe type afleversets en functionaliteiten onderzoeken, zodat we de markt een stap voor kunnen blijven. Hiervoor zijn vooral enkele gericht investeringen nodig om testcapaciteit te ontdubbelen en meetinrichtingen te automatiseren, alsook de nodige koppelingen om lokale boostersystemen en koelfunctionaliteit te testen. Bijkomend is een gerichte vorming en ontwikkeling in PLC-programmatie nodig om enkele processen te automatiseren en kosten-efficiënter te maken met oog op contractonderzoek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project worden de onderzoeksresultaten inzake dimensionering van productie SWW vertaald op maat van specifieke producten, rekening houden met positie van warmtewisselaar, opslagmethode. Daarnaast wordt de methodiek ontwikkeld in het voorloper-project vertaald naar andere domeinen, zoals de zorg- en hotelsector.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

• Energie en Materialen in Infrastructuur en Gebouwen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Wereldwijd staan we voor grote uitdagingen op het vlak van waterstress en -zekerheid door meer frequente en ernstige droogte in combinatie met een toenemende vraag naar water vanuit de maatschappij. Industriële activiteiten spelen een kernrol bij deze maatschappelijke watervraag, en zijn tegelijkertijd de eersten die impact ondervinden van tekorten. In Vlaanderen bijvoorbeeld is een kwart van de bruto toegevoegde waarde afkomstig van industriële activiteiten, maar tegelijk is de regio enorm kwetsbaar inzake waterbeschikbaarheid omdat 40-80% van de huidige waterbronnen volledig benut worden. De industrie is ook de eerste partij die haar rechten om te produceren verliest bij extreme droogte, wat nefast is voor haar economisch rendement. De industrie heeft al haar bezorgdheid hierover geuit, maar geeft toe niet voorbereid te zijn voor effectieve problemen. Industriële watergebruik is complex naar kwantiteit, kwaliteit en dynamiek toe, wat het moeilijk maakt om opportuniteiten bloot te leggen zonder de hulp van holistische computationele hulpmiddelen. Industriële sites bieden weliswaar heel wat mogelijkheden naar efficiënt watergebruik en industriële ecologie toe, gezien de individuele activiteiten dicht bij elkaar gelocaliseerd zijn en diverse karakteristieken naar vraag en aanbod toe vertonen. Het efficiënt beheren van water met een focus op het gebruik van 'alternatieve waterbronnen' zoals gezuiverd afvalwater en regenwater is dus zeer belangrijk om een duurzame groei van de Vlaamse economie te ondersteunen. De Blue Deal van de Vlaamse regering maakt van alternatieve waterbronnen een speerpunt, wat de urgentie van deze uitdaging benadrukt. Het doel van de Water Reuse and Exchange Advanced Computational Tool (WaterREACT) is modelcode te prototyperen dat zorgt voor een minimale watervraag van industriële zones naar externe, 'conventionele' bronnen, i.e. kraantjes-, oppervlakte- en grondwater. WaterREACT mikt er zo op bedrijven te helpen om te plannen rond circulair watergebruik en regenwatergebruik op industriële sites. In het bijzonder richt het modelalgoritme er op computatiegebaseerde input te leveren voor beslissing, door scenario's door te rekenen die wateruitwisseling o.b.v. alternatieve bronnen tussen bedrijven optimaliseren, en afhankelijkheid van conventionele bronnen minimaliseren. Overeenkomsten tussen vraag naar en aanbod van water zullen gevonden worden gebaseerd op de hoeveelheid, kwaliteit en temporaliteit van de stromen. Bijkomend wordt er rekening gehouden met de nabijheid van aanbod- en vraagpunten, samen met de behandelingsopties om de kwaliteit te verbeteren. De uitwisseling van water kan worden gesimuleerd tussen twee of meerdere bedrijven. Om beslissing te ondersteunen, zullen indicatoren berekend zoals de waterrobuustheid, kost en milieu-impact van de verschillende scenario's. In het beginstadium van het project zullen de verwachtingen van de eindgebruikers en klanten in kaart gebracht worden, en gebruikt worden om het minimum viable product en de valorizatietrajecten te definiëren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Spiller Marc
• Co-promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Aangezien mensen het grootste deel van hun tijd in binnenruimten doorbrengen, is het voor hun welzijn en productiviteit van cruciaal belang dat zij kunnen beschikken over een comfortabele en schone omgeving. Dit kan worden bereikt door de implementatie van slimme ventilatie ontwerpen die in staat zijn om zichzelf voortdurend aan te passen, afhankelijk van de dynamisch veranderende binnen / buitencondities, om een goede IAQ te bieden met een minimum aan energieverbruik, ongemak en lawaai. De huidige praktijken op het gebied van ventilatieontwerp worden gestuurd door minimumvereisten voor IAQ, energieverbruik en investeringskosten, waardoor ze conservatief en inefficiënt zijn. Momenteel bestaat er geen methode die toelaat om het meest optimale systeem en ruimte-indeling te selecteren op basis van een samenhangend geheel van indicatoren (IEQ, energieverbruik, comfort, veerkracht, LCCs...). Het project "Towards Smart Ventilation in Mid-sized Buildments", gefinancierd door VLAIO, wil aan deze behoeften voldoen door een prestatiegerichte methode te ontwikkelen die het ontwerp van slimme ventilatiesystemen als een geheel benadert, gestuurd door prestatiebeoordeling en optimalisatie gedurende de hele levenscyclus van het systeem. Het project heeft ook tot doel de energie-efficiëntie van gebouwen en hun systemen te verbeteren, een koolstofvrij gebouwenpark in de EU tot stand te brengen en zo een stap vooruit te zetten naar een klimaatneutraal Europa tegen 2050.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

• Energie en Materialen in Infrastructuur en Gebouwen

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Energie-efficiëntie in de bebouwde omgeving speelt een sleutelrol in de transitie naar een duurzame klimaatneutrale toekomst. Meer bepaald, moeten hernieuwbare energiebronnen en industriële afvalwarmte worden geïntegreerd in de huidige energiedistributiesystemen. Deze integratie wordt vergemakkelijkt door zogenaamde thermische netten, d.w.z. grote systemen op gebouw- of wijkniveau die bestaan uit warmte- (en/of koude-) bronnen en afnemers, die via distributieleidingen met elkaar zijn verbonden. De regeling en het beheer van warmtenetten worden gekenmerkt door een zeer complexe dynamica om twee redenen. Ten eerste moeten -analoog aan het elektriciteitsnet- de intermitterende productie en vraag op elkaar worden afgestemd om het thermisch en sanitair comfort van de eindgebruikers te garanderen. Ten tweede vereist elk type van thermische belasting (ruimteverwarming, koeling en sanitair warm water) een verschillend temperatuurniveau. Deze temperatuurniveaus beïnvloeden zowel de distributieverliezen als de productie-efficiëntie. Momenteel worden thermische netten geregeld met statische en vooral lineaire rule-based fuzzy-logics-regelstructuren. Door de eenvoud en compactheid van de linguïstische benadering van dit soort regelaars kunnen volgende problemen (zoals het volgen van een setpunt voor verwarming en koeling etc.) met succes worden opgelost. Hoewel deze oplossingen perfect passen bij specifieke industriële toepassingen, leveren ze geen enkele bijdrage aan de energiebesparing van complexe thermische netten. Het potentieel van deze netten kan dus niet volledig worden benut met een conventionele aanpak. Primitieve, rule-based manieren van aanpak kunnen de afstemming tussen productie en vraag, of de temperatuur-setpunten immers niet volledig optimaliseren. Kortom, ze zijn ontworpen met het oog op betrouwbaarheid, niet met het oog op een optimaal rendement. Het optimaliseren van de regeldynamica voor complexe systemen is in tal van domeinen met industriële toepassingen aangepakt: automotive, avionica, procesindustrie, enz. Al deze subsystemen hebben echter meestal een vast dynamisch gedrag en aanzienlijk minder onzekerheden die ernstige gevolgen kunnen hebben voor het beoogde doel. Dit betekent dat een data-gebaseerd algoritme de voorafgaande verwerking van input-output gegevens kan stoppen na het voorstellen van een optimale oplossing onder strikte aannames en beperkingen. Omgevingen zoals thermische netten daarentegen bevatten een hoge niet-lineariteit, hoge complexiteit en transiënte parameters. Ze vereisen daarom ook nieuwe oplossingen en trends om het potentieel van data-gebaseerde regelmethodologieën te kunnen benutten. Ondanks de voordelen en de maturiteit ervan, hebben data-gebaseerde benaderingen zich immers niet aangepast en zijn ze niet doorgedrongen in thermische netten (of thermische systemen in het algemeen). De reden hiervoor is een gebrek aan een bestaand kader voor hun implementatie en onvoldoende gebundelde multidisciplinaire expertise in zowel HVAC en thermische systemen als in artificiële intelligentie (AI).

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan
• Co-promotor: Hellinckx Peter
• Co-promotor: Van Riet Freek

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In opdracht van en in samenwerking met WTCB worden nieuwe richtlijnen opgesteld voor sanitair warm waterinstallaties, inzake dimensionering. In dit project worden de inzichten verkregen uit de projecten voor de residentiële sector vertaald naar andere, met oog op aanpassen van de bestaande normen en standaarden. HIervoor voeren onder andere we insitu meetcampagnes uit in hotels om deze vraag,

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In een duurzame energievoorziening bieden warmtenetten antwoorden op de vragen naar flexibiliteit, energie-efficiëntie en luchtkwaliteit. Ook in kleinschalig gebouwgebonden netten, de combilus, zijn deze voordelen aanwezig; zo bewees voorgaand onderzoek (VIS Instal 2020). Bovendien zijn er nieuwe warmtenet-concepten inzake koeling en boostersystemen in volle ontwikkeling, maar missen zij het kader en ondersteunen, opdat beleid en industrie dit ook naar de markt kan vertalen. Dit is dan ook de aanleiding voor dit TETRA-project. Het doel van dit project is een code van goede praktijk te ontwikkelen voor collectieve warmtevoorziening met technisch water (combilus of warmtenet), met volgende speerpunten: • Op maat van de installateur: ontwerprichtlijnen- en tools voor combilus en centrale warmte- en koudeproductie, vertaald vanuit recent wetenschappelijk onderzoek. • Voor fabrikanten en groothandel: kwaliteitskader voor afleversets in al zijn vormen, rekening houdend met toekomstige noden, hierbij verder bouwend op de al ontwikkelde testen. • Initiëren en faciliteren van valorisatietrajecten inzake optimalisatie van operationele efficiëntie door kwaliteitsbewaking en smart metering.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Ook al daalt de energiebehoefte in gebouwen sterk en zal deze nog verder moeten dalen, toch wint een correcte berekening van het vereiste te installeren vermogen aan belang. Innovatieve technieken vereisen veelal een grotere investering, waardoor een correcte dimensionering nodig is om te kunnen concurreren met klassieke technieken. Door de introductie van allerhande informatica-oplossingen kunnen er slimme oplossingen worden geïntroduceerd, die enerzijds een betere regeling van het gebouwcomfort toelaten (juiste vermogen en temperatuurregime op elk moment, resulterend in een verbeterd rendement) en die anderzijds toelaten om in te spelen om netvereisten (Smart Grids, zowel elektrisch als warmte) omdat ook daar de variabele beschikbaarheid van voldoende vermogen een kost met zich meebrengt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Audenaert Amaryllis
• Co-promotor: Verbeke Stijn
• Co-promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Bij de ontwikkeling van het wetenschapspark te Niel, wil provincie Antwerpen onderzoeken hoe men deze met oog op duurzaamheid best kan uitbaten, faciliteren. Zo zijn er kleiputten aanwezig op de site die mogelijk in een afstandsverwarming of koelnetwerk ingeschakeld kunnen worden. Om de haalbaarheid hiervan na te gaan worden de verwarmings- en koelbehoeften van toekomstige kantoorgebouwen ingeschat en een indicatie van de thermische opslagcapaciteit bepaald.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Beleidsondersteunend onderzoek in het kader van de wetgeving aangaande energieprestaties in gebouwen en binnenklimaat. In samenwerking met een consortium van universiteiten, wetenschappelijke instellingen en studiebureaus worden adviezen geleverd aan de 3 gewesten. De opdracht gebeurt in nauwe samenwerking en onderaanneming van Thomas More Kempen met wie EMIB hier de krachten bundelt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project wil een doorbraak realiseren in de realisatie van energieperformante installaties voor sanitair water (koud en warm water) en verwarming (centrale verwarming). Daartoe wordt een methode ontwikkeld voor de integrale aanpak van ontwerp en uitvoering van deze installaties, zowel in nieuwbouw als in de renovatie van woongebouwen. Een optimaal ontwerp omvat conceptkeuze en dimensionering, rekening houdend met volgende parameters: energie, comfort, hygiënische waterkwaliteit en totaalkost.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De hoofddoelstelling van het project is het ter beschikking stellen van onderbouwde hulpmiddelen en kennis voor het ontwerp, de dimensionering en de realisatie van economisch en energetisch optimale micro-WKKtoepassingen, zodat micro-WKK's succesvol de Vlaamse markt kunnen bereiken. Concreet zal in samenwerking met de sector een reeks veldtesten uitgevoerd worden, waarbij reele installaties in detail bemeterd worden. De resultaten daarvan zullen vertaald worden naar een code van goede praktijk.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject