WARMTEPOMPEN
Install Magazine 941 – juni 2017
Warmtenetten van de vijfde generatie
Innoverende toepassingen in Leuven
De Jansensiussite is een ontwikkeling van een voormalige parking van de universitaire ziekenhuizen in hartje Leuven.
Warmtenetten genieten van een hernieuwde belangstelling, omwille van een aantal technische ontwikkelingen. Aan de verbruikerskant is de warmtebehoefte van een moderne woning zo sterk gedaald, dat men zich kan afvragen of het nog zinvol is om telkens een individuele gasketel te plaatsen. Aan de aanbodkant bieden warmtenetten de mogelijkheid om gebruik te maken van hernieuwbare energie of restwarmte. Dergelijke systemen kunnen nu volstaan met veel lagere temperaturen dan de traditionele heetwaternetten. De volgende stap is om de warmtenetten interactief te maken, zodat gebruikers er zowel warmte als koude aan kunnen onttrekken. In het Janseniushof in Leuven wordt een pilootproject met deze techniek gerealiseerd.
Van Hertogensite tot Janseniushof
Dit project is verbonden met een ander plan voor stadsvernieuwing, namelijk de Hertogensite. Dat is de renovatie van de voormalige ziekenhuiscampus St.-Rafaël – St.-Pieter in hartje Leuven. Over een oppervlakte van 6,8 ha realiseert projectontwikkelaar Resiterra een duurzaam multifunctioneel wijkproject, een combinatie van nieuwbouw en renovatie. Bouwheer Resiterra hechtte veel belang aan duurzaamheid. Daarom werd besloten om gebruik te maken van hernieuwbare energiebronnen gecombineerd met twee energiesystemen: een lage-temperatuursysteem met koude-warmte opslag in watervoerende lagen (KWO) voor de nieuwe gebouwen (warmtebehoefte < 25 kWh/m2 per jaar) en een verwarmingsnet op hogere temperaturen (90/70°C) voor de bestaande gebouwen (warmtebehoefte < 70 kWh/m2 per jaar). Het energieconcept werd concreet uitgewerkt door ingenieurs- en adviesbureau Ingenium.
Vooraleer dit concept echter op grote schaal werd toegepast in de Hertogensite, zal het eerst in een kleiner nabijgelegen project in de praktijk gebracht worden: het Janseniushof. Zo kan men al ervaring opdoen met een realisatie op kleinere schaal. Het Janseniushof beslaat 2,5 ha en is de herontwikkeling van de voormalige parking van de ziekenhuiscampus. Het project omvat 206 wooneenheden, in 4 bouwfases. De laatste twee dienden daarbij als pilootproject voor het KWO-systeem. Het gaat om 77 nieuwbouwappartementen, 13 eengezinswoningen en 13 assistentiewoningen. Voor het uitvoeringsontwerp en de technische realisatie werkte Ingenium hier samen met geothermiespecialist IFTech.
Vijfde generatie warmtenet
De woningen worden aangesloten op een warmtenet van de vijfde generatie. De warmtenetten die nu doorgaans worden toegepast, rekent men tot de derde of vierde generatie: ze werken aan vergelijkbare temperaturen als installaties voor woningverwarming, met vertrektemperaturen van 90-70°C. Warmtenetten van de vijfde generatie werken echter aan regimes voor lage-temperatuurverwarming, met een vertrektemperatuur van 40°C op lager. Naargelang de toepassing kan het warmtenet dan direct een afgiftesysteem op lage temperatuur bevoorraden, zoals vloerverwarming. Men kan ook de primaire temperatuur verhogen door middel van een decentrale warmtepomp. Deze aanpak heeft het voordeel dat er veel meer uiteenlopende types warmtebronnen op lage temperatuur op het warmtenet kunnen geschakeld worden, bijvoorbeeld zonnecollectoren, de condensor en intercooler van WKK-installaties of restwarmte.
Voor het Jansensiushof koos Ingenium voor een variant: het warmtenet is direct verbonden met de boringen voor de KWO en fungeert als warmtebron voor de warmtepompen in de woningen. Hierdoor verkrijgt met een extra functie: het net kan namelijk ook gebruikt worden voor koelen. In de zomer hebben de woningen de mogelijkheid tot vrije koeling via het vloerverwarmingsysteem. Dat zorgt voor een aangenaam binnenklimaat, en heeft het bijkomende voordeel dat de bron opnieuw kan worden opgeladen. De nabijgelegen rivier Dijle biedt nog een extra mogelijkheid om de bron te regenereren. Mocht de brontemperatuur aan het eind van het verwarmingsseizoen te laag dalen, dan kan men in de zomer warmte onttrekken aan de Dijle om de warme bron weer op te laden. Zomers rivierwater aan 20°C is daar ideaal voor. Door warmte te onttrekken aan het oppervlaktewater, mildert men plaatselijk het hitte-eilandeffect van steden.
In verwarming heeft de KWO-kring een aanvoertemperatuur van 14°C en een afvoertemperatuur van 8°C. Dat heeft het voordeel dat er bij het transport nauwelijks warmteverliezen naar de bodem zijn, zodat isolatie van de ingegraven leidingen achterwege kan blijven. Dat bespaart heel wat tijd en moeite.
Slimme warmtepompsystemen
Om het water van de primaire kring op de gebruikstemperatuur te brengen, worden water-water warmtepompen toegepast. Dat staat garant voor een hoog rendement. Naargelang het type woning koos Ingenium voor verschillende configuraties. De appartementen en assistentiewoningen zijn voorzien van een centrale stookplaats, waar de warmtepomp het water op 40 °C brengt, voldoende voor de vloerverwarming. Voor sanitair warm water heeft elk appartement een buffervat met een kleine boosterwarmtepomp van Alpha-Innotec. Standaard zorgt dat toestel voor SWW aan 55°C, maar hogere temperaturen zijn mogelijk in functie van comfortwensen of legionellabestrijding. Op die manier reduceert men de circulatieverliezen. Bovendien kan men soepel inspelen op een wisselende SWW-vraag.
De grondgebonden woningen daarentegen hebben elk hun eigen combiwarmtepomp die zowel instaat voor verwarming als voor SWW. Om organisatorische en praktische redenen is een centrale stookplaats hier minder aangewezen.
In de zomer wordt de circulatie omgekeerd, en koelt het water van de primaire kring de bouwmassa via de vloerverwarming. Er is wel een aparte bypass voorzien voor de badkamers, omdat bewoners daar natuurlijk weinig gesteld zijn op koeling. In koelbedrijf wordt het water opgepompt aan 9°C en weer teruggevoerd aan 16°C. Zoals gezegd kan de terugvoertemperatuur nog verhoogd worden door gebruik te maken van de Dijle als warmtebron.
Organisatie en kostenverdeling
Een innoverende techniek als KWO met een lage-temperatuur energienet kan alleen maar succesvol doorbreken mits een bijpassend economisch model. Een dergelijk systeem overstijgt het beheer van een traditionele vereniging van mede-eigenaars, en vereist eigenlijk een energiebeheerder. Deze rol wordt opgenomen door IF Tech. Dit bedrijf staat in voor het detailontwerp, de uitvoering, het beheer en de facturatie. Daarnaast zorgt IF Tech ook voor de financiering van het energiesysteem. Het functioneert dus als een ESCO.
De eindklanten betalen een vaste bijdrage voor de exploitatie van de KWO-installatie. De verdeling van de individuele kosten hangt af van de configuratie. In de woningen, die hun eigen warmtepompinstallatie hebben, gaat alles gewoon via de elektriciteitsfactuur. De appartementen, daarentegen, betalen een deel in het verbruik van de centrale warmtepomp, terwijl het verbruik van de boosterpomp voor eigen rekening komt. Belangrijk daarbij is dat het “niet meer dan anders” principe gehanteerd wordt, met andere woorden, de verwarmingskosten mogen niet hoger zijn dan bij een traditioneel systeem. Het kostenmodel werd door juridisch adviseur Fieldfisher omgezet in een leveringscontract.
De mogelijkheid voor koeling wordt daarbij uitgespeeld als een meerwaarde en commerciële troef. Het koelverbruik wordt namelijk niet apart aangerekend, maar aangeboden al extra comfort. Dat is ook technisch zinvol. Voor een gebalanceerde werking van het systeem is het immers voordelig dat er zoveel mogelijk gekoeld wordt, zodat de warmtebron optimaal regenereert. Door de koeling gratis te houden, moedigt men de bewoners aan om die functie te gebruiken.
All electric
Het KWO-systeem telt drie doubletten met telkens twee boorputten (als warme en koude bron). De bronnen zijn redundant uitgevoerd (n+1). Er is immers geen backup op gas of een andere stooktechniek voorzien. Dat was een bewuste keuze van Ingenium. De optie om volledig elektrisch te gaan, houdt misschien een risico in wat de ontwikkeling van de energieprijzen betreft. Anderzijds is het studiebureau ervan overtuigd dat een volledig warmtepompaangedreven water-water systeem de meeste ecologische voordelen biedt.
Het energienet bevoorraadt vier stookplaatsen:
- Gebouw 3A (16 appartementen) met 2 warmtepompen van 41 kW elk, aangevuld door boosterwarmtepompen voor SWW in de individuele appartementen.
- Gebouw 3B (60 appartementen) met 2 warmtepompen van 158 kW elk, eveneens aangevuld met boosterwarmtepompen voor SWW.
- Gebouw 4A (13 woningen) met 13 individuele combiwarmtepompen van 8,9 kW elk, met een elektrische backup.
- Gebouw 4B (13 assistentiewoningen) met een warmtepomp van 85 kW, aangevuld met boosterwarmtepompen.
De keuze voor een dubbele warmtepomp in de centrale stookplaatsen was enerzijds ingegeven door dezelfde zorg voor bedrijfszekerheid als voor de KWO-bronnen. Zoals gezegd is er geen bijkomende backupketel en dan is het veiliger om het vermogen over twee toestellen te spreiden. De tweede reden had te maken met een energiezuinige werking. Een goed deellastrendement is belangrijk voor het jaarrendement. De warmtebehoefte wordt immers bepaald voor de meest ongunstige omstandigheden, wat betekent dat de installatie het grootste deel van de tijd in deellast werkt. Doorgaans zal men dus kunnen volstaan met slechts één warmtepomp, die dan aan een hoog rendement kan werken.
Door Alex Baumans
Er is een verschillend hydraulisch concept voor de appartementen en de woningen: de appartementen zijn aangesloten op een lage-temperatuur warmtenet met een individuele booster voor SWW, terwijl de woningen hun eigen warmtepomp hebben voor verwarming en SWW.
