Flexibiliteit met betrekking tot de energiebalans

Achtergrond en aanleiding

BB Zowel boven- als ondergronds (afstand tussen de bronnen, al dan niet toepassen van regeneratievoorzieningen, etc.).

Het niet goed in balans zijn van het bodemenergiesysteem kan leiden tot:

  1. Handhaving door het bevoegd gezag (boete? Maatregelen?).
  2. Ondergrondse thermische kortsluiting waarbij:
    1. of de temperatuur van de koude bron ongewenst oploopt en te hoog wordt om nog de gewenste hoeveelheid koude te leveren;
    2. of de temperatuur van de warmte bron ongewenst verlaagt en dusdanig laag wordt dat er geen koude geladen meer kan worden.

Het is dus van belang dat van tevoren vastgelegd wordt onder welke condities de energiebalans gehaald kan worden en wat daarbij de gevoeligheid is. Eigenlijk gaat het om de vraag welke mate van onbalans het bodemenergiesysteem ‘aan kan’ (welke regeneratievoorzieningen er in het ontwerp aanwezig zijn en welke capaciteit deze hebben).

Keuzemogelijkheden

Zoals in de vorige paragraaf toegelicht is dus met name een gevoeligheidsanalyse met betrekking tot de energievraag van het gebouw zinvol. Voor de eigenaar/gebruiker van een bodemenergiesysteem moet het uiteindelijk duidelijk zijn wat de uitgangspunten zijn met betrekking tot de bandbreedte van de energiebalans.

Als het gebruik van het gebouw onbekend is en daarmee de verwachte energievraag van het gebouw onzeker dient het ontwerp van het bodemenergiesysteem gebaseerd te worden op een gevoeligheidsanalyse waarmee de extremen bepaald kunnen worden met betrekking tot de energiebalans.

Op basis van de analyse kan voor het ontwerp van het bodemenergiesysteem een keuze gemaakt worden voor de bandbreedte van de hoeveelheid regeneratie waaronder het bodemenergiesysteem nog moet kunnen voldoen aan de energiebalans. Deze bandbreedte is afhankelijk van twee zaken:

  1. Wordt er uitgegaan van een afwijking van de ontwerp-energiegegevens voor:
    1. alleen warmtevraag;
    2. alleen koudevraag;
    3. zowel warmte als koude?
  2. De grootte van de afwijking:
    1. 25%
    2. 50

Afhankelijk van de specifieke situatie van een project en de zekerheid van de uitgangspunten dient de ontwerper hier in overleg met de opdrachtgever/eigenaar/gebruiker een keuze in te maken.
Hierbij kan de volgende ‘classificatie’ gebruikt worden:

  1. Energiebalans bij warmte- en koudevraag op basis van berekeningen.
  2. Energiebalans ook bij afwijking van +/- 25% van warmte- en koudevraag.
  3. Energiebalans ook bij afwijking van +/- 50% van warmte- en koudevraag.

Criteria bij keuze

De vraag is: wanneer kies je nu voor welke mogelijkheid? Deze vraag dient door de ontwerper beantwoord te worden en in overleg met de opdrachtgever vastgelegd worden en is met name afhankelijk van de zekerheid van de berekende energievraag. Als er onzekerheid is over één of meer van de volgende factoren dient er rekening gehouden te worden met afwijkende energievraag.

  1. Als er in het ontwerp geen apparatuurkoeling is meegerekend en er een redelijke kans is dat dit er wel bij komt, dient dit als variatie op de koudevraag meegerekend te worden.
  2. Als het gebruik en de functie van het gebouw nog onbekend is dient er rekening gehouden te worden met van het ontwerp afwijkende energievraag (zowel warmte als koude).
  3. Als er een grote kans is op grote delen leegstand in een gebouw.

Alternatief voor extra laden van warmte of koude

De hiervoor genoemde afweging gaat er vanuit dat de duurzame energieproducenten (WKO-installatie, warmtepomp) maximaal ingezet worden. De niet-duurzame opwekkers (koelmachine, ketel) worden pas ingezet als de WKO-installatie en de warmtepomp niet in staat zijn om de resterende vraag te leveren. Het gevolg hiervan is dat de bron maximaal ingezet wordt en er dus bij afwijkende energievraag ook een afwijkende energiebalans ontstaat. Een alternatief is om de inzet van de duurzame opwekkers aan te passen zodat deze minder koude of warmte onttrekken aan de bodem en daarmee voorkomen dat er een afwijkende energiebalans ontstaat. De energiebesparing zal hierdoor lager worden. Het verminderden van de inzet van de duurzame opwekkers is overigens alleen mogelijk als de niet-duurzame opwekkers in staat zijn de resterende warmte of koudevraag te leveren.

Het is overigens niet altijd wettelijk verplicht dat de WKO-installatie in balans moet zijn. Een koudeoverschot wordt vaak toegestaan. Dit betekent dat niet altijd een voorziening voor het laden van warmte vanuit de wetgeving gezien noodzakelijk is. Als een koudeoverschot toegestaan is en er voor gekozen wordt om geen voorziening voor het laden van warmte te realiseren, dient er echter wel rekening gehouden te worden met het koudeoverschot bij het bepalen van de locatie van en de afstand tussen de bronnen. Ten alle tijden dient voorkomen te worden dat er thermische kortsluiting ontstaat tussen de warme en de koude bron(nen).

Wat moet er dus gedaan worden?

  1. Gevoeligheidsanalyse van de energiebalans (doorrekenen van de energiebalans bij afwijkende jaarlijkse warmte- en koudevraag).
  2. Keuze maken bij welke mate van afwijking van warmte- en/of koudevraag het bodemenergiesysteem moet kunnen zorgen voor energiebalans.
  3. Keuze maken hoe het ontwerp de onbalans kan ‘opvangen’
    1. Maximale inzet duurzame opwekkers, regeneratievoorzieningen om de WKO-installatie in balans te houden;
    2. Beperken inzet van duurzame opwekkers om (teveel) onbalans te voorkomen;
    3. Onbalans toestaan, locatie en afstand tussen de bronnen is zodanig gekozen dat er geen nadelige gevolgen ontstaan voor de onttrekkingstemperaturen van de bronnen.
    4. Keuzes en mogelijke gevolgen daarvan communiceren en motiveren richting de eigenaar, exploitant en gebruiker van het bodemenergiesysteem.

Voorbeeld

Onderstaande tabel geeft een voorbeeld van een gevoeligheidsanalyse met betrekking tot de energiebalans. Hierbij is vooralsnog uitgegaan van het vaste uitgangspunt dat de bijdrage van de warmtepomp onafhankelijk is van de hoogte van de warmtevraag. In werkelijkheid (en bij een nadere theoretische beschouwing; zie Bepalingsmethode warmte- en koudevraag) is dit afhankelijk van het vraagpatroon en zal de bijdrage van de warmtepomp bij toenemende warmtevraag procentueel gezien kleiner worden. In het voorbeeld is echter (gemakshalve) bij al de combinaties van warmte- en koudevraag uitgegaan van een bijdrage van de warmtepomp van 80% en een COP van 4. Bij deze uitgangspunten bedraagt de hoeveelheid geladen koude door de warmtepomp 60% van de totale warmtevraag (warmtevraag * 80% * ((COP-1) / COP).
Het overzicht geeft bij al de combinaties van warmte- en koudevraag het koudeoverschot in de bodem (hoeveelheid geladen koude – de koudevraag). Een positief resultaat betekent dat er een overschot aan koude afgevoerd moet worden (ofwel: er moet warmte in de bodem geladen worden). Een negatief resultaat betekent dat er een koudetekort is (ofwel er moet aanvullende koude in de bodem geladen worden).

Tabel regeneratie.jpeg

Tabel 1: Resultaten gevoeligheidsanalyse met betrekking tot energiebalans.

Op basis van deze tabel kan in het betreffende voorbeeld een keuze gemaakt worden voor de bandbreedte. Onderstaande overzicht geeft de keuzemogelijkheden en de consequenties voor het ontwerp van het bodemenergiesysteem in het betreffende voorbeeld.

Alleen warmte varieren Alleen koude varieren Warmte en koude varieren
+/- 25% 0 – 150 MWh

(alleen voorziening voor warmte laden nodig)

19 – 131 MWh

(alleen voorziening voor warmte laden nodig)

-56 – 206 MWh

(voorziening voor zowel het laden van warmte als koude nodig)*)

+/- 50% -75 – 225 MWh

(voorziening voor zowel het laden van warmte als koude nodig)*)

-38 – 188 MWh

(voorziening voor zowel het laden van warmte als koude nodig)*)

-188 – 338 MWh

(voorziening voor zowel het laden van warmte als koude nodig)*)

Tabel 2: Regeneratiebehoefte afhankelijk van de toelaatbare afwijking warmte- en/of koudevraag ten opzichte van het ontwerp.

*) In het voorbeeld is duidelijk dat bepaalde keuzes verstrekkende gevolgen kunnen hebben voor het ontwerp van het bodemenergiesysteem. In bepaalde situaties zal gekozen moeten worden voor voorzieningen voor zowel koude laden als warmte laden. Het is hierbij uiteraard ook mogelijk om de inzet van de warmtepomp en de WKO-installatie te wijzigen zodat de balans op die manier tot stand komt. Ook hiervoor geldt dat het ontwerp hier wel in moeten kunnen voorzien (als warmtepomp minder bijdraagt vanwege de balans zal er een (piek)ketel moeten zijn die de nog benodigde warmte levert.

Informatiebron(nen)

Sidebar