Duurzaam koelen met oppervlaktewater

Expertartikelen | 442 keer bekeken
Duurzaam koelen met oppervlaktewater

Oppervlaktewater is in de winter ijskoud. Wat als we deze koude in de zomer zouden kunnen inzetten voor het koelen van gebouwen of processen? Hiermee kan meer dan de helft van de landelijke koudevraag van woningen en kantoorgebouwen in Nederland worden gedekt, zo blijkt uit onderzoek.

Tekst: Barry Scholten

Om een beeld te krijgen van de mogelijkheden van thermische (koude en warmte) energie uit oppervlaktewater hebben de waterschappen en Rijkswaterstaat in 2016 een potentiekaart opgesteld. Deze kaart laat zien waar het economisch interessant is om koude en warmte uit oppervlaktewater te winnen. Om een project economisch haalbaar te maken moeten waterlopen en plassen in de nabijheid liggen van een warmte en/of koudevraag en moet de bodem geschikt zijn voor warmte/koude opslag (WKO). Door de huidige thermische vraag in de bebouwde omgeving (huidige vraag 7 PJ koude en 350 PJ warmte voor kantoren en huizen, 2016) uit de warmteatlas te combineren met de kaart van Nederlandse oppervlaktewateren is deze potentiekaart gemaakt.

Wat is rendabel?
De conclusie uit dit onderzoek: als al het oppervlaktewater van Nederland gebruikt zou worden (3 graden afkoelen in de zomer en 3 graden opwarmen in de winter)is het aanbod aan warmte en koude uit oppervlaktewater vele malen groter dan de huidige vraag. Echter, alleen daar waar energievraag en oppervlaktewater samenkomen is het economisch gezien mogelijk om een project rendabel te maken. Wanneer dit wordt meegenomen en alleen het economisch winbare potentieel wordt berekend kan 54% (3,7 PJ) van de landelijke koudevraag worden geleverd en 12% (42 PJ) van de landelijke warmtevraag.

Potentiekaart
De potentiekaart is gebaseerd op de kennis die is opgebouwd bij de realisatie en exploitatie van tientallen reeds gerealiseerde projecten. Energie uit oppervlaktewater is namelijk niet nieuw en wordt voornamelijk toegepast als regeneratie voor WKO-systemen. Maar de werkelijke potentie is groter als water als de primaire energiebron wordt genomen en de WKO als buffer voor de momenten dat het water niet de juiste temperatuur heeft om efficiënt mee te koelen of te verwarmen. Hiermee kan oppervlaktewater een belangrijke rol hebben in de energietransitie als duurzaam en gasloos alternatief.

Haagse Hogeschool
Een mooi voorbeeld van energie uit oppervlaktewater is de recent in bedrijf gesteld koude-installatie bij de Haagse Hogeschool in Den Haag. De school heeft een aansluiting op het warmtenet van Eneco. De benodigde koeling werd oorspronkelijk opgewekt met traditionele koelmachines met een relatief hoog stroomverbruik. Bij de renovatie en uitbreiding van de klimaatinstallatie ontstond de wens voor extra koeling en bleek de elektriciteitsaansluiting niet voldoende capaciteit te hebben voor het aansluiten van extra koelmachines. Toen is gekozen om de koeling duurzaam te gaan inrichten met WKO en oppervlaktewater uit de naastgelegen Laakhaven als primaire bron van koude. Hiermee kan meer koude worden geleverd binnen de capaciteit van de huidige elektrische aansluiting en zal uiteindelijk circa 70% minder energie worden verbruikt voor de koeling ten opzichte van traditionele koelers (COP 17 t.o.v. COP 5). 

Aansluiting gebouwen
De eerste uitdaging was om alle verschillende bouwdelen van de Haagse Hogeschool aan te kunnen sluiten. Hiervoor is een uitpandig distributienet aangelegd waarop ook de drie doubletten (drie koudebronnen en drie warmtebronnen) zijn aangesloten. Dit distributienet bestaat uit één koudeleiding en één warmteleiding die via een thermisch gelaagd buffervat hydraulisch met elkaar zijn gekoppeld. Hiermee kan bij een kleine vraag eerst koude worden geleverd vanuit de buffer, voordat de relatief grote bronpompen worden aangezet. Dit voorkomt veel pendelgedrag in de ‘tussenseizoenen’ voorjaar en najaar. In de verschillende bouwdelen zijn afleversets geplaatst waarmee de koude uit de koude leiding van het distributienet kan worden afgenomen. 

Thermisch smart grid
Het is ook mogelijk om in de toekomst extra afleversets te plaatsen die warmte kunnen onttrekken aan het distributienet om warmtepompen aan te drijven, zodat een thermisch smart grid ontstaat. Hiermee is gekozen voor een flexibel en toekomstbestendige oplossing. Ook is door deze configuratie de aanleg van veel inpandig leidingwerk voorkomen. Dat is een groot voordeel bij bestaande gebouwen waar beperkt ruimte beschikbaar is voor extra installatiewerk. 

Warmte-uitwisseling
De energie-uitwisseling vindt plaats in de afgiftesets via warmtewisselaars aan circuits van de luchtbehandelingskasten. Door de warmtewisselaars is het met grondwater gevulde distributienet en het water in de gebouwinstallaties hydraulisch van elkaar gescheiden. Op het distributienet is ook het ‘Energie uit OppervlakteWater’-systeem (EOW) aangesloten via een warmtewisselaar. Als de watertemperatuur voldoende koud is (<10°C) onttrekt deze EOW water uit de naastgelegen Laakhaven en geeft deze koude af aan het distributienet. Deze koude zal het buffervat vullen en kan direct worden afgenomen door de verschillende bouwdelen. 

Koelen in zomer
Als de watertemperatuur lager wordt dan 7 °C zal de koude ook worden ingezet om de WKO te laden. Hierbij wordt het grondwater van 12 °C afgekoeld naar minimaal 5 °C, dat als voorwaarde staat vermeld in de vergunning. Deze koude kan vervolgens in de zomermaanden weer worden opgepompt als temperatuur van het oppervlaktewater weer boven de 10°C stijgt. Hiermee is er geen warmtelozing in het oppervlaktewater en levert de installatie een optimale temperatuur in de zomer als de koelbehoefte het grootst is. 

Installatie in kelder
Het oppervlaktewatersysteem, grondwatersysteem en distributienet zijn ontworpen door IF Technology Arnhem in samenwerking met Deerns Rijswijk die verantwoordelijk is voor de gebouwzijdige installaties. Door gebruik te maken van speciale filters en een waterbehandeling wordt voorkomen dat het EOW-systeem verstopt raakt door algen en wordt ook voorkomen dat het systeem vissen oppompt. Door de installatie buiten het gebouw in een kelder te plaatsen wordt ruimte bespaard en zullen de pompen minder energie verbruiken om het oppervlaktewater uit de Laakhaven te pompen.  

Over de auteur: Barry Scholten is business developer energie en waterbeheer bij IF Technology, een adviesbureau in Arnhem dat zich richt op energiewinning uit de ondergrond en het oppervlaktewater.

Foto: De Haagse Hogeschool wordt gekoeld met water uit de Laakhaven (IF Technology)

Redactie Ensoc, 22-mei-17





Meld je aan voor de nieuwsbrief

Meld jezelf nu aan voor de Ensoc nieuwsbrief en ontvang het laatste nieuws, trends en aanbiedingen.

Reacties (1)

Reageren
  • P. Lomito
    23.05.2017 - 18:16 uur | P. Lomito

    Volgens mij wordt het oppervlaktewater in de zomer opgewarmd (lozen warmte uit gebouwen) en in de winter afgekoeld (onttrekken warmte voor verwarming gebouwen). Het probleem is dat het lozen van warmte in de zomer tot vissterfte kan leiden, vergelijk het lozen van koelwater door energiecentrales op rivieren in de zomer.
    En ook hier wordt de verspilling verduurzaamd. Woningen hoeven geen koelingsbehoefte te hebben als de woning goed is toegerust, d.w.z. voorzien van gevels/daken met een hoge weerstand tegen warmtedoorslag, buitenzonwering, energiezuinige verlichting/koelkast, balansventilatie met bypass op de WTW en zomernachtventilatie. Zolang gebouwen niet uitgerust zijn met deze efficiënte maatregelen is het weinig zinvol om te investeren in WKO en warmte in/uit oppervlaktewater.

    De Trias Energetica wijst de weg.