Totstandkoming

Veel nieuwe innovaties en ontwikkelingen komen voort uit een probleem. Er is een bepaalde weerstand binnen een project, waardoor nieuwe invalshoeken aan het licht moeten komen en er out-of-the-box gedacht moet worden. Voor een project in Zandvoort was dit precies het geval. De opdrachtgever wilde uitgezocht hebben wat de mogelijkheden waren voor de aanleg van een bodemenergiesysteem. Hiervoor is door VHGM een vooronderzoek uitgevoerd naar de mogelijkheden voor een open of gesloten bodemenergiesysteem. Uit dit onderzoek kwam naar voren dat het project net binnen de grens van een drinkwaterbeschermingsgebied wordt ontwikkeld en er niet geboord mag worden.

 

Keuze systeemopzet

Mede doordat niet geboord mag worden binnen het plot van de ontwikkeling valt de aanleg van verticale bodemwarmtewisselaars af. Omdat het project net binnen de grens van het drinkwaterbeschermingsgebied ligt, is verder onderzocht of een bron buiten dit gebied geboord kan en mag worden. Bij voorkeur wordt in dit geval een monobron aangelegd, zodat maar 1 keer geboord hoeft te worden en aanzienlijk minder leidingwerk aangelegd hoeft te worden. Echter, de omvang van de energievraag zorgde voor een uitdaging. Het project vraagt om een bepaalde capaciteit welke een monobron in dit gebied niet kan leveren en waarbij het boren van een doublet te kostbaar is. Hieruit is het idee ontstaan om te onderzoeken of een monobron gerealiseerd kan worden, welke het gebouw kan voeden met gebruikmaking van veel minder grondwaterdebiet.

 

Inleiding

Tot een paar jaar geleden was het heel gebruikelijk om de basislast aan verwarming aan gebouwen/woningen te leveren met warmtepompsystemen met bodemenergie en de pieklast met conventionele gasketels. Hierbij werd vaak een warmtepompvermogen opgesteld van circa 40% waarmee gemiddeld ongeveer 96% van de verwarmingsenergie per jaar geleverd kon worden. Deze verhouding wordt aangeduid met de β -factor. In de voorschriften van ISSO 39 staat dit in tabel 17 grafisch weergegeven.

 

Probleemstelling

Met de wens van de maatschappij om te komen tot gasloze verwarmingsinstallatie ontstaat er een dilemma. De warmtepompen moeten in plaats van 40% à 100% vermogen leveren. Voordeel is dat grotere collectieve warmtepompen per kW steeds goedkoper zijn. Bij individuele warmtepompen zijn deze al uitgelegd op de maximale vermogensvraag.

Echter, met het vergroten van het warmtepompvermogen moet ook de broncapaciteit vergroot worden van 40% à 100%. Dit betekent dat het bronsysteem feitelijk 2,5x zo groot moet worden. Dit vertaalt zich globaal in een verdubbeling van de kosten van het grondwatersysteem. Dit dilemma vraagt om een technische oplossing.

 

Triplet bodemenergiesysteem

De oplossing voor dit dilemma is de vinding van het Triplet bodemenergiesysteem. Dit bodemenergiesysteem bestaat uit 3 bronnen: een warme, neutrale en koude bron(filter). Eerder is door KWR een artikel uitgebracht waarin een WKO-Triplet is bedacht. Deze opzet van KWR gaat uit van het opslaan van hoge temperaturen in de bodem zonder het gebruik van een warmtepomp en is daarom totaal verschillend van het systeem beschreven in dit artikel.

Het Triplet bodemenergiesysteem is in dit geval uitgewerkt als een monobronsysteem en heeft de volgende werking:

De neutrale en koude bron kunnen functioneren als standaard bodemenergiesysteem en zijn voornamelijk actief in de zomer en het tussenseizoen. In de winter wordt het Triplet bodemenergiesysteem gebruikt tijdens de hoge piekbehoefte door kortstondig warmte te leveren vanuit de warme bron. De temperatuur in deze bron varieert tussen de 18 en 25 °C en blijft daarmee binnen de vergunningseisen van de provincies. Eventueel kan ontheffing verkregen worden voor een infiltratietemperatuur van maximaal 30 °C. Op deze wijze kunnen hoge temperatuurverschillen (dT’s) bereikt worden, tot wel 20 °C, en blijven de risico’s beperkt. Bij lage grondwaterdebieten kan zodoende toch een hoog bodemvermogen geleverd worden.

De neutrale bron kan draaien met een veel lager debiet, omdat het piekvermogen niet geleverd hoeft te worden met deze bron. De warme bron kan ook met een lager debiet draaien, doordat een hoge dT met een laag debiet toch een hoog vermogen oplevert. Gemiddeld is dit hoge piekvermogen maar een beperkt aantal uren per jaar benodigd (afhankelijk van de jaarbelastingduurkromme).

 

Balans

Bij de aanleg van een bodemenergiesysteem op basis van warmte- en koude opslag (2 bronnen) met een thermische onbalans in de bodem biedt het toepassen van een Triplet bodemenergiesysteem nog meer voordelen. Dit vindt met name plaats bij een systeem met een koudeoverschot in de bodem. In dit geval raakt tegen het einde van het verwarmingsseizoen de warme bron uitgeput, waardoor gedraaid wordt op lage dT’s. In zo’n geval zou (zonder het Triplet systeem) alsnog met hoge debieten gedraaid moeten worden.

In tegenstelling tot het warmte- en koude opslagsysteem moet de bedrijfsvoering van het Triplet bodemenergiesysteem gericht zijn op het laden van de Triplet bron. Dit kan gedaan worden op basis van passieve koeling, maar het is nog beter als hier bijvoorbeeld een omkeerbare warmtepomp, PVT-systemen of aquathermie voor wordt ingezet.

Aan het einde van de winter kan de Triplet bron ontladen worden, waardoor deze warmte-energie benut wordt tijdens de piekvraag.

 

Voordelen

De voordelen bij toepassing van een Triplet bodemenergiesysteem bij gasloze warmtepompsystemen zijn:

  • Lagere investeringskosten, doordat kan worden volstaan met een monobron of 3 bronnen in plaats van een dubbel doublet;
  • Minder ruimtegebruik voor de plaatsing van de bronnen;
  • Redundantie bij een storing van de onderwaterpomp door levering van bodemwarmte uit 2 bronnen;
  • Benutting van hoge watertemperatuur uit actieve koeling / PVT-panelen / aquathermie.

 

Nadelen

Nadelen van een Triplet systeem zijn:

  • Bedrijfsvoering moet aangepast worden;
  • Bij frequent gebruik van de warme bron (bij storingen neutrale bron) kan deze uitgeput raken.

 

Wilt u meer informatie of heeft u een project waar u dit verder uitgezocht wilt hebben? Neem dan even contact met ons op of stuur een mail naar info@vhgm.nl