WARMTEPOMPEN
Install Magazine 1002 – februari 2025

Seizoenswarmte-opslag in de praktijk

Ervaringen van het hoofdkantoor BNP Paribas Fortis in Brussel

Het principe achter thermische seizoensopslag is erg eenvoudig: gebouwen hebben een koelvraag in de zomer en een warmtevraag in de winter. Als men de overtollige warmte in de zomer kan opslaan om ermee in de winter te verwarmen, resulteert dat in een zeer energiezuinige manier om thermisch comfort te verzekeren. Doorgaans gebeurt de opslag door middel van boringen, hetzij met een gesloten systeem in een BEO, hetzij met een open systeem met een aquifer. In het nieuwe hoofdkantoor van BNP Paribas Fortis in Brussel wordt echter een andere techniek toegepast, namelijk grootschalige ondergrondse watertanks.

Energiezuinige bouw op een bestaande site

Het nieuwe gebouw kwam in de plaats van de voormalige hoofdzetel bij het Centraal Station in Brussel. Toen de plannen werden opgesteld, stond men voor een uitdaging. Het was de bedoeling om een energiezuinig gebouw neer te zetten, maar de gangbare systemen waren moeilijk toepasbaar. Het perceel zat ingeklemd tussen de omliggende gebouwen en bood weinig mogelijkheden tot boringen, ook al omdat de bank de oppervlakte voor 100% wilde gebruiken. Lucht-water systemen op het dak bleken evenmin een haalbare kaart. Het ruimtebeslag op de bovenste verdiepingen en het dak zou erg groot zijn. Als men die zou volstoppen met technieken, bleef er geen plaats over voor een groendak.

Het bestaande gebouw beschikte wel over diepe kelders. Die waren gebouwd als parkeergarages, maar door de veranderende mobiliteitspatronen en de opkomst van telewerk waren ze overbodig geworden. Zo ontstond het idee om die ruimte te benutten voor ondergrondse tanks, die dan als warmtebuffer konden dienen. Functioneel zijn deze tanks vergelijkbaar met een BEO-veld, behalve dat het opslagvolume zich in het gebouw zelf bevindt, en niet in de bodem. Bovendien zijn reservoirs meer flexibel in gebruik dan een BEO-veld.

Meer dan 14.000 m³opslag

Er werden vier tanks aangelegd voor een totaal van meer dan 14.000 m³: twee van ongeveer 4.500 m³ elk, een van 3.300 m³en een van 1.900 m³. Het volume en de indeling werden gekozen in functie van de bedrijfszekerheid: mocht er iets gebeuren met een tank, dan kunnen de andere overnemen. Door de verdeling over vier aparte tanks is het ook onwaarschijnlijk dat alle tanks tegelijk zouden uitvallen. Alle oppervlakken van de reservoirs die niet in direct contact staan met de bodem, werden zorgvuldig geïsoleerd en het geheel werd waterdicht gemaakt met opgespoten EPDM. De tanks werden niet helemaal tot boven gevuld en zijn bovenaan open. Zo blijft er een kleine luchtlaag om de expansie op te vangen. Een gesloten expansiesysteem voor een dergelijk volume is immers ondoenbaar. De watertemperatuur schommelt tussen 10°C en 40°C. Zo kan men in totaal ongeveer 450 MWh stockeren.

Voor het vullen van de reservoirs had de bank een meevaller: op het perceel bevindt zich namelijk een bron. Men had de vergunning van Leefmilieu Brussel om 96 m³/dag op te pompen, en de reservoirs werden aan dat tempo gevuld, wat ongeveer 150 dagen in beslag nam. Gezien het water niet in contact komt met licht, is er weinig risico op bacteriegroei. Om elke besmetting uit te sluiten is het reservoircircuit door middel van warmtewisselaars gescheiden van de verwarmingscircuits. Er is ook een bijvulling voorzien om eventuele verdampingsverliezen te compenseren. Het water bevindt zich echter in een gesloten ruimte waarvan de lucht niet ververst wordt, zodat er tot nu toe geen merkbare verliezen zijn opgetreden.

Free Cooling & Heating

De reservoirs regelen de temperatuur van het gebouw op twee manieren. Als de reservoirtemperatuur geschikt is om als aanvoertemperatuur te dienen, worden de verbruikers via warmtewisselaars met het reservoircircuit verbonden, zonder dat er een warmtepomp wordt tussen geschakeld. Op die manier kan men maximaal free heating/free cooling benutten. Er zijn twee types verbruikers: de temperatuurregeling van de kantoren gebeurt met klimaatplafonds (in totaal 38.000 m2), en daarnaast zijn er de warmtewisselaars in de luchtbehandelingskasten voor het ventilatiesysteem. Er is ook een kleine productie van SWW, maar die wordt verzorgd door aparte CO2-warmtepompen die eveneens hun warmte onttrekken aan de reservoirs. De klimaatplafonds werken in verwarming aan een regime van 32/26°C. Dat valt binnen het temperatuurbereik van de reservoirs en biedt dus mooie kansen voor free heating. De luchtbehandelingskasten zijn ontworpen voor een toevoertemperatuur van 48°C. Hier is dus meer ondersteuning van de warmtepompen nodig.

Volstaat de temperatuur van de reservoirs niet, dan worden de warmtepompen ingeschakeld. Het gebouw is uitgerust met vier Mitsubishi Electric turbocore water-water warmtepompen, met HFO R1234ze als koudemiddel: een van 550 kW, een van 690 kW en twee van 1100 kW. Om piekvraag af te dekken, zijn er nog twee Mitsubishi Climaveneta omkeerbare luchtgekoelde chillers, eveneens op R1234ze. Het systeem is voorzien om tegelijk te kunnen verwarmen en koelen. De bankmedewerkers hebben de mogelijkheid om de lokale insteltemperatuur te wijzigen, en kunnen zowel warmte als koude vragen. Bij gelijktijdige warmte- en koudevraag maximaliseert de sturing de warmterecuperatie. Het ideale geval dat de warmtevraag precies even groot is als de koudevraag, komt in de praktijk zelden voor. De overtollige warmte of koude wordt dan opgeslagen in de reservoirs.

Het is de bedoeling om de reservoirtemperatuur aan het einde van de zomer op 40°C te brengen. Een hogere temperatuur is nefast voor de werking van de warmtepompen. Als er toch nog een koelvraag zou zijn als temperatuurslimiet van de reservoirs bereikt is, dan wordt een dry cooler ingeschakeld, zodat de temperatuur van de reservoir niet verder stijgt. Omgekeerd wordt het reservoir in de winter ontladen tot een temperatuur van 10°C, ideaal om het zomerseizoen te starten met free cooling.

En de praktijk?

Nu het gebouw in gebruik genomen is, blijkt de installatie perfect in staat om het gewenste comfort te leveren. Een van de lessen is dat deze opstelling overgedimensioneerd is ten opzichte van de werkelijke noden. Daar zijn verschillende redenen voor. Om te beginnen dateert het ontwerp van voor de coronacrisis, toen er nog nauwelijks sprake was van telewerk. Ondertussen is telewerk een integraal deel van het beleid van de bank, wat zijn weerslag heeft op de bezettingsgraad. Verder ging men oorspronkelijk uit van een centrale serverruimte. Ook daar is van afgestapt; de bank heeft nu een aparte datacenter op afstand, wat de koelvraag een stuk kleiner maakt. Dergelijke ontwikkelingen waren moeilijk te voorzien op het ogenblik van het ontwerp.

Verder werd er bij de dimensionering een aanzienlijke graad van redundantie ingebouwd. Het gaat tenslotte om het hoofdkantoor van een belangrijke financiële instelling. Er moet een zekere reserve voorhanden zijn om eventuele defecten of andere onvoorziene omstandigheden aan te kunnen.

Tenslotte gaat het om een performant gebouw. Het is gebouwd volgens de passiefhuisstandaard, dus de warmteverliezen zijn erg laag. Vanaf een buitentemperatuur van 9°C is er al meer koelvraag dan warmtevraag. Er is weinig verwarming nodig, en dankzij het lage regime van de klimaatplafonds kan een flink deel daarvan gedekt worden door free heating, direct vanuit de reservoirs. Ook de warmtevraag van de luchtbehandelingskasten is beperkt, omdat ze voorzien van een erg efficiënte warmteterugwinning door middel van een warmtewiel. Ook bij koudere buitentemperaturen hebben ze nauwelijks bijverwarming nodig.

De lage warmteverliezen betekenen ook dat het traditionele concept van reservevermogen voor opwarming achterhaald is. Als iedereen naar huis vertrekt op vrijdagavond en de installatie op laagstand gaat, is het gebouw op maandagmorgen amper afgekoeld. Dat heeft ook zijn gevolgen voor de sturing van de installatie. De warmtepompen zijn namelijk voorzien van turbocore compressoren. Deze techniek is onderhoudsvriendelijk en geluidsarm, maar dergelijke warmtepompen starten op een piekvermogen. In dit gebouw blijkt dat vaak te groot te zijn, zodat men een aangepaste sturing moest ontwikkelen om die pieken op te vangen.

Bekroond ontwerp

Bij het ontwerp was het de bedoeling om de ecologische voetafdruk zo klein mogelijk te houden. De nieuwbouw moest zeven keer minder energie verbruiken dan het vorige hoofdkwartier. Er zijn dan ook tal van groene technieken toegepast, zoals 5.500 m² groendak, 460 PV-panelen met een vermogen van 184 kWp, en een maximaal hergebruik van regenwater.

Gezien de prestaties is dan ook niet verwonderlijk dat het gebouw verschillende erkenningen in de wacht heeft gesleept. Zoals gezegd, voldoet het aan de passiefhuisstandaard en is conform de BREEAM Excellent norm. Recent kwam daar nog een certificering bij, namelijk WELL Gold. Het WELL label kent een groeiende belangstelling in België; dit gebouw is een van de eerste dat WELL-gecertificeerd is. Om dat te halen, moet men voldoen aan strenge prestatie-eisen. In tegenstelling tot andere labels gaat WELL niet uit van ontwerpwaarden en simulaties, maar is gebaseerd op metingen in de praktijk van onder meer thermisch comfort en luchtkwaliteit. Deze certificering is het beste bewijs dat het gebouw zijn beloftes waarmaakt.

Door Alex Baumans

Illustratie: BNP Paribas Fortis