Bepalen temperatuur bodem voor ontwerp

Doel

Het vermogen van een bodemenergiesysteem wordt mede bepaald door de temperatuur die uit de bodem, en dus uit het grondwater, kan worden onttrokken. Een bodemenergiesysteem welk warmte moet leveren (meestal met een [1] warmtepomp) heeft een hoger rendement wanneer water kan worden opgepompt van 20°C dan water van 8°C. Daarnaast is van belang hoe groot het temperatuurverschil kan zijn tussen onttrekken en infiltreren. Dit laatste wordt duidelijk via de formule voor het berekenen van het vermogen:

Vermogen: P = q . cW* . ΔT

            kW = m3/h . 1,16 kWh/(m3K) . K

P = vermogen

q = debiet in m3 per uur

cW = warmtecapaciteit van water

ΔT = temperatuurverschil tussen onttrekken en infiltreren

Waarom

Bij een goed ontwerp is berekend welk vermogen nodig is om het gebouw (de afnemer van warmte of koude) te verwarmen of te koelen. Hierop moet het bronsysteem worden ontworpen. Wanneer de natuurlijke grondwatertemperatuur al op 15°C zit is er weinig energie in het water om te koelen. Er zal dan relatief heel veel water moeten worden verpompt om de afnemer van koude van voldoende energie te kunnen voorzien. Er moet in dat geval een bron met een grotere capaciteit worden ontworpen dan wanneer de grondwatertemperatuur 8°C is.
Daarnaast is ook het type bodemenergiesysteem van belang. We onderscheiden hierin de volgende types:

OPEN WKO-SYSTEMEN

Open WKO-systemen bestaan uit bronnen waarmee grondwater wordt onttrokken en terug in de bodem wordt gebacht. Het principe bij open systemen is dat energie in de vorm van warmte en koude wordt opgeslagen in een ondergrondse watervoerende laag. In de zomer wordt een gebouw gekoeld met koude welke is opgeslagen in de winter en in de winter wordt het gebouw verwarmd met warmte welke in de zomer is opgeslagen.

Gesloten WKO-systemen

Gesloten WKO-systemen, ook wel bodemwarmtewisselaars (BWW) genoemd, bestaan uit flexibele kunststof lussen in de bodem veelal gevuld met een glycol/water mengsel waarmee warmte en koude aan de bodem wordt onttrokken. Er wordt geen grondwater onttrokken. De gemeente is hiervoor bevoegd gezag.

Middelhoge- en hogetemperatuuropslag (MTO/HTO)
In de industrie en de glastuinbouw komt op grote schaal warmte vrij die niet wordt gebruikt. Vanwege toenemende energieprijzen, duurzaamheidsdoelstellingen en daaraan gekoppelde regelgeving is er toenemende interesse om deze restwarmte opnieuw en dus duurzaam in te zetten, zowel voor eigen gebruik als voor levering aan anderen. Omdat het moment van vraag en aanbod vaak niet op elkaar aansluiten, is voor de bedrijfszekerheid van restwarmtelevering opslag nodig. Het ondergronds bufferen van warmte met behulp van middelhoge- (30-60 ºC) of hoge temperatuur (60-95 ºC) opslagsystemen (MTO/HTO) kan hierbij uitkomst bieden. Ook de warmte van zonnecollectoren kan op deze manier worden opgeslagen voor later gebruik.

Ondiepe geothermie (OGT)

In de provincie Utrecht ligt de natuurlijke bodemtemperatuur op een diepte van 500 meter tussen 25 en 30 ºC. Bij ondiepe geothermie (OGT) wordt gebruik gemaakt van deze hogere bodemtemperatuur door grondwater te onttrekken op grotere diepte dan gebruikelijk is voor WKO, globaal dieper dan 250 m onder maaiveld. Dit warme water wordt ingezet voor verwarming. Het belangrijkste voordeel van OGT is dat geen bron van (rest)warmte nodig is, zoals bij MTO/HTO, en dat deze techniek op kleinere schaal toepasbaar is dan diepe geothermie. OGT is in Nederland nog niet in praktijk gebracht, maar er is wel veel interesse vanuit de glastuinbouwsector.

Diepe geothermie

Voor geothermiewinning wordt grondwater opgepompt, meestal tussen 1,5 en 5 kilometer diepte. Dit water heeft een temperatuur van 45 0C tot meer dan 120 0C. Het warme water wordt opgepompt en geeft zijn thermische energie af via een warmtewisselaar. Bij voldoende hoge temperatuur (water afkomstig van nog grotere diepte) kan geothermie ook worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit.

Vergunningen

Voor een open WKO-systeem, (middel-)hogetemperatuuropslag en ondiepe geothermie heeft u een vergunning nodig van de provincie. De gemeente is bevoegd gezag voor gesloten WKO/systemen. Voor diepe geothermie (dieper dan 500 m onder maaiveld) is de rijksoverheid bevoegd gezag.

De provincie is op grond van de Waterwet bevoegd gezag voor de vergunningverlening voor WKO systemen. Op basis van voorwaarden wordt een vergunningaanvraag getoetst en behandeld. Daarnaast vindt bij een vergunningaanvraag de gebruikelijke beoordeling plaats of andere belangen (zoals die van de natuur en andere grondwateronttrekkers) geschaad worden door de voorgenomen activiteit. Het schaden van andere belangen is niet toegestaan, in sommige gevallen kan gewerkt worden met mitigerende maatregelen of compensatie.

Keuzemogelijkheden

De robuustheid van het bodemenergiesysteem kan mede worden bepaald door de temperatuur van het grondwater welk opgepompt wordt voor koeling of verwarming.

Het temperatuurverschil tussen de natuurlijke grondwatertemperatuur en de ontwerp-onttrekkingstemperatuur van de koude- en warmebron is onderverdeeld in de volgende aspecten:

A B C
Ontwerptemperatuur koudebron – grondwater 6°C 9°C 12°C
Ontwerptemperatuur warmebron – grondwater 18°C 15°C 12°C

Tabel 1: Robuustheid ontwerptemperaturen grondwater.

Informatiebronnen

Sidebar