Toepassing open systemen

Wanneer levert warmte-/koudeopslag (WKO) rendement op?

De economische haalbaarheid van de warmte-/koudeopslag (WKO) is een belangrijk aandachtspunt.  De toepassing van WKO levert meer rendement op naarmate er meer koeling in een gebouw nodig is. Dit geldt met name voor gebouwen waarin niet alleen de ventilatielucht wordt gekoeld maar ook aanvullende koeling in de vertrekken nodig is (koelplafonds, inductie-units en dergelijke).  Gecombineerde koude- en warmteopslag maakt de rentabiliteit beter.

 

Minimale benodigde schaalgrootte voor WKO

Om WKO met resultaat in te zetten is een minimale capaciteit van 5 m³/h (monobron) nodig. Hiermee kan circa 50 kW koelvermogen worden geleverd. Dit kan worden gecombineerd met een elektrisch aangedreven warmtepomp met (eveneens) circa 50 kW verwarmingsvermogen. Dit correspondeert met een goed geïsoleerd kantoorgebouw van circa 1000 m² BVO. In combinatie met een warmtepomp die in de zomer ook voor koeling wordt ingezet (samen met het opslagsysteem), is het gezamenlijke koelvermogen circa 90 kW. Hiermee kan een kantoorgebouw van 1600 m² BVO worden gekoeld. Bij toepassing van thermisch geactiveerde vloeren met een bufferende werking is dit koelvermogen zelfs toereikend voor een gebouw van 2500 m². Voor verwarming is de warmtepomp alleen dan niet voldoende en zal ook een piekketel worden gebruikt.

Woningen
In woongebouwen met een collectief verwarmingssysteem wordt de warmtepomp veelal gecombineerd met een piekketel, mede met het oog op de warmtapwaterbereiding. Om te renderen moet voor woongebouwen een ondergrens van 30 appartementen worden aangehouden. Voor kleinschalige gebouwen kunnen monobronnen worden gebruikt, mits de bodem hiervoor geschikt is. Er hoeft maar één put geboord te worden. Daardoor is weinig leidingwerk nodig en blijft het ruimtebeslag ook beperkt. Als ondergrens kan men 50 kW koelvermogen aanhouden (5 m³/h monobron). Dit komt overeen met een gebouw van circa 1000 m² BVO. Boven de 500 kW zal in het algemeen een doublet nodig zijn die bestaat uit een warme en een koude bron.

Toepassing van WKO bij kleinschalige utiliteitsgebouwen

Een luchtbehandelingssysteem levert alleen voldoende koeling als er in de zomer slechts koeling voor de ventilatielucht nodig is (all-air systeem). De terugverdientijd is dan vijf à zeven jaar). Bij meer vraag naar koeling is een extra drycooler of een aangepast luchtbehandelingssysteem nodig waarmee ook buiten bedrijfstijd ‘s winters koude geladen kan worden. Dit geldt voor andere koelsystemen in het gebouw, zoals klimaatplafonds, computerruimten. De terugverdientijd is zes à twaalf jaar.

Rendabiliteit bij grotere utiliteitsgebouwen
Voor grotere kantoorgebouwen is de combinatie van WKO met een warmtepomp voor verwarmen/koelen, een piekketel en eventueel een drycooler in het algemeen de meest interessante optie. De drycooler is nodig om de energiebalans te bewaren. De terugverdientijd voor kantoorgebouwen van 3000 tot 10.000 m² is 5 à 8 jaar. Voor gebouwen van meer dan 10.000 m² is de terugverdientijd 3 tot 7 jaar. Dit zijn gemiddelden. Daarbij kan nog aangetekend worden dat voor steeds meer partijen WKO een standaardoptie wordt waarbij niet telkens opnieuw de haalbaarheid wordt onderzocht.

Toepassing in ziekenhuizen
Vrijwel alle ziekenhuizen hebben in meer of mindere mate koeling nodig. Deze behoefte is in de loop der tijd toegenomen. Ziekenhuizen kennen ook lange bedrijfstijden waardoor de jaarlijkse behoefte aan warmte en koude relatief groot is. Dit komt de rendabiliteit van WKO+WP ten goede.

Voor ziekenhuizen is het alternatief WKO+WP in het algemeen interessant als er sprake is van nieuwbouw of van uitbreiding. In die gevallen kunnen de gewenste temperaturen voor de verwarming van ruimtes nog vrij worden gekozen. In die situatie voldoen ze aan de randvoorwaarden van warmtepompen. In ziekenhuizen is ook meer warmte nodig voor de bereiding van warm tapwater en stoom. Deze warmte zal in het algemeen op een andere wijze worden opgewekt.

Energieopslag in datacentra

Voor datacentra is de leveringszekerheid van groot belang. Bij een falen zijn de gevolgen vaak groot. Om die reden is men afwachtend geweest om de techniek met energieopslag in de bodem toe te passen. De maatschappelijke druk, gepaard met de hoge energiekosten, brengt de branche ertoe alle mogelijkheden voor alternatieven goed te onderzoeken.

Bij de installatie van bodemenergiesystemen conform de geldende ontwerp- en kwaliteitsuitgangspunten is de techniek van energieopslag robuust. Voor de datacentra is het een groot voordeel dat voor koeling met energieopslag weinig energie maar vooral ook weinig elektrisch aansluitvermogen nodig is. Het systeem heeft ook geen ‘last’ van een hoge buitentemperatuur. Daarmee is minder noodstroomvermogen nodig en kunnen dure elektriciteitspieken worden voorkomen. Hierbij vrijkomend elektriciteitsvermogen kan dan gebruikt worden voor bijvoorbeeld renovatie, uitbreiding of voor verwarming van aangrenzende complexen of woningen.

 

Toepassing in de woningbouw

Warmte- en koudeopslag in de woningbouw is alleen zinvol bij voldoende schaalgrootte (indicatie: minimaal 100 woningen). In dat geval wordt een collectief grondwatersysteem gecombineerd met een centraal opgestelde warmtepomp, een piekketel en warmtedistributie of met individuele combiwarmtepompen in de woningen. In het laatste geval wordt dus de laagtemperatuur warmte (10 – 15 °C) gedistribueerd naar elke woning. Hiermee kan in de zomer ook gekoeld worden, wat het wooncomfort dan sterk bevordert. Vergeleken met een HR-ketel in de woning is WKO een kostbaar systeem. De koelfunctie maakt het systeem economisch wel aantrekkelijker, maar de terugverdientijden liggen in de range van 8 tot 15 jaar.

Toepassing in de glastuinbouw

De ontwikkeling van (semi-)gesloten kassen waarin een optimaal CO2-gehalte kan worden gehandhaafd om de groei te bevorderen, maakt koeling noodzakelijk. Hiervoor zijn systemen met WKO en warmtepompen een mooie oplossing. De overtollige warmte in de zomer wordt opgeslagen en in de winter opnieuw benut. De energiebalans van een kas slaat in de meeste gevallen echter door naar de warme zijde: er is op jaarbasis een warmteoverschot dat moet worden afgevoerd naar de atmosfeer of elders worden gebruikt als bron voor warmtepompen. Het is hier moeilijk om over terugverdientijden van alleen WKO te spreken omdat het om een totaalconcept van kas plus energiesysteem gaat. Uiteindelijk investeren tuinders in dergelijke kasconcepten omdat zij verwachten dat deze door hogere opbrengsten binnen circa 5 jaar worden terugverdiend.

 

Aanvullende informatie en handige links

Meer over gesloten systemen

Warmtepompen in de woningbouw: Dos-en-donts-warmtepompen-utiliteitsbouw
Deze informatie is gericht op ontwikkelaars maar is tevens een handige leidraad bij elk ontwikkeltraject van gesloten systemen. Op pagina 2 staat een figuur waarin is weergegeven dat de warmtepompen een los onderdeel van een totaalsysteem is. Dat geldt ook voor de lussen (bron van de warmte). Deze moeten wel op elkaar afgestemd worden.

Warmtepompen: Gids voor beslissers
Dit is een technisch document over de werking van warmtepompen. Vanuit het voorgaande document wordt ook verwezen naar deze gids.

RVO: Uniforme meetlat voor de warmtevoorziening in de woning- en utiliteitsbouw
Dit document vertelt meer over de gemiddelde energievraag van een woning. Op pagina 27 en 28 staan de energievragen van een standaard woning.

Algemene pagina’s over warmtepompen:

Warmtepomp-info
MilieuCentraal over warmtepompen

© 2018 BodemenergieNL