DOSSIER INNOVATIE | INNOVATION
Geothermie & beton Géothermie & béton
VOORUITZICHTEN OP EEN DUURZAAM PACT
LES PERSPECTIVES D’UN PACTE DURABLE
Volgens schattingen bedraagt
La géothermie est une pratique nettement sous-utilisée en
van de aarde tussen 4500°C en
Belgique. Il est pourtant évident que « l’exploitation de la
6500°C. Die enorme hitte komt
chaleur terrestre » offre un potentiel considérable. Selon les estimations, la température dans le noyau terrestre s’élève
de temperatuur in de kern
vrij uit het natuurlijk verval van radioactieve materialen.
à un niveau situé entre 4 500°C et 6 500°C. Cette chaleur
De warmte straalt ook uit
gigantesque est libérée par le dépérissement naturel de
naar het bovenste deel
matériaux radioactifs et rayonne vers la croûte terrestre.
van de aardkorst. Geothermie of aardwarmte-
En Belgique, indépendamment des saisons, à 10 mètre de profondeur il règne une température de 10 à 12°C. Ces conditions s’avèrent suffisantes pour extraire de façon durable de la chaleur de notre sous-sol. Le béton préfabriqué associé à la géothermie convient pour les applications les plus diverses. Les systèmes permettant d’exploiter la chaleur peuvent être classifiés sous deux catégories principales : les échangeurs de chaleur verticaux et les systèmes ouverts. Pour la première catégorie, on fore des
trous d’une profondeur moyenne de 100 mètres. Dans ces trous sont installés des échangeurs de chaleur dans lesquels circule un mélange d’eau et de glycol. Celui-ci absorbe la chaleur des couches profondes et la transporte vers la surface.
L’exploitation de la chaleur terrestre offre un potentiel considérable
ontginning is een praktijk die in België nog te weinig benut wordt, maar wel heel wat potentieel heeft.
Onafhankelijk van de seizoenen heerst er in België op 10 meter diepte een temperatuur van 10 à 12°C. Die voorwaarden zijn voldoende om op een duurzame manier warmte uit de ondergrond te halen. Prefab beton vormt een geschikte partner voor uiteenlopende toepassingen.
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De systemen om warmte te ontginnen vallen onder te verdelen in twee hoofdcategorieën: verticale warmtewisselaars en open systemen. Voor de eerste categorie worden gaten geboord van gemiddeld 100m diepte. Daarin worden warmtewisselaars geplaatst, waardoorheen een water-glycolmengsel stroomt. Dat neemt de warmte van de grondlagen op en brengt het naar de oppervlakte. Bij open systemen wordt grondwater opgepompt uit een put waaruit vervolgens warmte wordt onttrokken. Via een andere put wordt het afgekoelde water terug in de grond geïnjecteerd. Door in de winterperiode warmte te onttrekken voor de verwarming van een gebouw, daalt de bodemtemperatuur geleidelijk. Deze lagere
temperatuur kan men in de zomer benutten om het gebouw te koelen. Een cruciaal element in een geothermisch installatie is de warmtepomp. Zij onttrekt warmte aan de bodem (via het grondwater of het water-glycolmengsel dat door de warmtewisselaar stroomt) op een bepaalde temperatuur en geeft die warmte op een hogere temperatuur af aan het verwarmingssysteem (de ruimteverwarming en/of warm tapwater). De warmtepomp pompt dus als het ware dus warmte van een laag naar een hoog temperatuursniveau. Hiervoor heeft ze elektrische energie nodig. De hoeveelheid energie die een warmtepomp verbruikt, is afhankelijk van het
Dit artikel werd geschreven door Luc François. Hij is coördinator van het SmartGeothermproject van WTCB. Ziet u als onderneming mogelijkheden voor geothermie, dan begeleidt SmartGeotherm u graag. Om te weten in welke mate de ondergrond geschikt is voor ondiepe geothermie en welk type milieuvergunning u nodig hebt, heeft het WTCB ook een webtool ontwikkeld. Met een klik op de kaart of na ingave van een locatie is deze noodzakelijke informatie onmiddellijk beschikbaar. http://tool.smartgeotherm.be/alg
En matière de géothermie les possibilités d'innovation sont légion!
Dans le cas d’un système ouvert, on pompe de l’eau souterraine dans un puits pour en extraire la chaleur. L’eau ainsi refroidie est réinjectée dans le sol par un autre puits. En extrayant de la chaleur en hiver pour le chauffage d’un bâtiment, on fait chuter progressivement la température du sol. Cette température plus basse peut alors être utilisée en été pour refroidir le bâtiment. Un élément crucial d’une installation thermique est la pompe à chaleur. Elle extrait de la chaleur au sol (via les eaux souterraines ou le mélange d’eau et de glycol circulant dans l’échangeur de chaleur) à une température déterminée et délivre cette chaleur à une température accrue au système de chauffage (le chauffage du bâtiment et/ou l’eau chaude sanitaire). La pompe à chaleur pompe donc pour ainsi dire de la chaleur d’un faible niveau de température vers un niveau de température plus élevé. Pour ce faire, elle a besoin d’une énergie électrique.
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La quantité d’énergie que consomme une pompe à chaleur est fonction de la différence de température qu’elle doit compenser. Plus la température de la source de chaleur est élevée, moins elle consommera d’énergie et plus le rendement de la pompe à chaleur sera élevé. La température requise du côté du point de distribution joue également un rôle important. Les radiateurs et convecteurs classiques qui fonctionnent avec une température élevée sont dès lors moins intéressants que les systèmes à basse température comme un chauffage par le sol. Voilà pourquoi la géothermie est extrêmement appropriée pour l’activation du noyau de béton. Nous arrivons ici au rôle que peut jouer le béton. Surface de béton L’activation du noyau de béton diffère d’un système de chauffage par le plafond ou le sol dans ce sens que les canalisations de circulation d’eau ne sont pas intégrées à la couche supérieure de la construction, mais comme le laisse
Cet article a été rédigé par Luc François, coordinateur du projet Smart Geotherm du CSTC. Si vous percevez des possibilités pour la géothermie en tant qu’entreprise, les responsables du projet Smart Geotherm se feront un plaisir de vous accompagner. Le CSTC a également développé un outil web permettant de déterminer dans quelle mesure le sous-sol est approprié pour une géothermie à faible profondeur et précisant le type d’autorisation environnementale dont vous aurez besoin. Ces informations indispensables seront immédiatement disponibles en cliquant sur la carte ou en introduisant une localité. http://tool.smartgeotherm.be/alg
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Zeker is dat ‘aardwarmte-ontginning’ veel potentieel heeft
zijn daarom minder interessant dan lage temperatuurafgiftesystemen zoals vloerverwarming. Daarom is geothermie ook uiterst geschikt voor betonkernactivering. Op dat punt komen we bij de rol die beton kan spelen.
temperatuurverschil dat ze moet overbruggen. Hoe hoger de temperatuur van de warmtebron, hoe minder energie ze moet verbruiken en hoe hoger het rendement van de warmtepomp zal zijn. Ook de vereiste temperatuur aan de afgiftezijde, speelt een belangrijke rol. Klassieke radiatoren en convectoren die functioneren op een hoge temperatuur
Betonoppervlak Betonkernactivering verschilt van plafond- en vloerverwarming in die zin dat de watervoerende leidingen niet in de toplaag van de constructie zijn opgenomen maar, zoals de naam doet vermoeden, in de kern van het constructiedeel. Het leidingnetwerk is gekoppeld aan de warmteafgiftezijde van de
warmtepomp. Tijdens het stookseizoen warmt water met een temperatuur tussen de 25 en 30°C de vloerconstructie langzaam op. In de zomer stroomt water van 16 à 18°C door leidingen en koelt de vloer af. Het constructiedeel geeft zijn warmte of koude af wanneer er een temperatuurverschil ontstaat tussen de ruimte en het betonoppervlak. Hoe groter het temperatuurverschil, hoe groter het afgeleverde vermogen. Doordat de oppervlaktetemperaturen zo kort bij de comforttemperaturen liggen, wordt betonkernactivering als afgiftesysteem als zeer comfortabel
De Activ- vloer is een voorbeeld van betonkernactivering waarbij de watervoerende leidingen fabrieksmatig voorzien zijn in de breedplaatvloer. Dans le plancher Activ, un exemple d’activation du noyau de béton, les canalisations sont placées dans les prédalles en usine
supposer le nom, au noyau même de la construction. Le réseau de canalisations est couplé à la pompe à chaleur du côté de la distribution de chaleur. Pendant la saison de chauffe, l’eau circulant à une température située entre 25 et 30°C chauffe lentement le plancher. En été, c’est de l’eau entre 16 et 18°C qui circule dans les canalisations, refroidissant alors le plancher. La construction délivre sa chaleur ou sa fraicheur au moment où une différence de température est générée entre l’espace et la surface en béton. Plus la différence de température est importante, plus la puissance délivrée est élevée. Compte tenu du fait que les températures superficielles sont très proches des températures de confort, l’activation du noyau de béton est perçue comme étant un système particulièrement
confortable. L’activation du noyau de béton offre en outre un avantage complémentaire : grâce à l’inertie du système, la production de chaleur ou de froid par la pompe à chaleur s’opère principalement pendant les heures creuses à un tarif d’électricité plus intéressant. Construction passive Les combinaisons intéressantes avec la géothermie ne concernent par ailleurs pas les seuls éléments structurels faisant l’objet d’une activation thermique ; les éléments ‘passifs’ en béton peuvent également jouer un rôle utile dans la gestion énergétique d’un bâtiment. Ils peuvent en effet jouer un rôle de tampon, assurant le stockage temporaire de l’énergie thermique et son émission retardée.
Il est ainsi possible d’absorber la chaleur excessive pendant une journée d’été pour l’évacuer de nuit par le biais d’une ventilation nocturne. Ce phénomène se traduit par un glissement et un nivellement des pics de température. En hiver ou durant l’entre-saison, l’énergie du soleil bas peut être emmagasinée dans les parties de construction en béton pour être libérée le soir venu, permettant ainsi de raccourcir la durée des cycles de chauffage. Souterrain Ces dernières années, nous voyons émerger des applications intéressantes de la géothermie en combinaison avec du béton en surface. Dans ce cadre, nous pensons par exemple aux collecteurs routiers et aux poteaux énergétiques.
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ervaren. Een bijkomend voordeel van betonkernactivering is dat door de traagheid van het systeem, de aanmaak van warmte of koude door de warmtepomp hoofdzakelijk tijdens de daluren kan gebeuren aan een interessanter elektriciteitstarief. Passiefbouw Niet alleen thermisch geactiveerde structuurelementen zijn interessant in combinatie met geothermie, ook ‘passieve’ betonelementen kunnen een nuttige rol spelen in de energiehuishouding van een gebouw. Ze vormen immers een buffer waarbij de thermische energie tijdelijk kan worden opgeslagen en vertraagd kan worden afgegeven. Zo kan tijdens een zomerdag overtollige warmte worden opgenomen en ’s nachts terug worden afgevoerd door nachtventilatie. Dit fenomeen resulteert
in een verschuiving en afvlakking van de temperatuurpieken. Tijdens de winter of tussenseizoenen kan de energie van de laagstaande zon worden opgeslagen in de betonnen constructiedelen en ’s avonds worden vrijgegeven waardoor de verwarmingsduur tijdens die dagen kan worden ingekort. Ondergronds De laatste jaren komen nog interessante toepassingen van geothermie in combinatie met beton aan de oppervlakte. Daarbij denken we aan wegencollectoren en energiepalen. Energiepalen zijn betonnen funderingspalen waarin kunststofleidingen geïntegreerd zijn. Op deze wijze zijn ze dragend maar vervullen ze tegelijk de functie van een warmtewisselaar waardoor een economisch interessante oplossing
In zaken geothermie zijn de innovatiemogelijkheden legio!
ontstaat. In het Smartgeothermproject onderzoekt het WTCB het thermo-mechanisch gedrag van verschillende types in de grond-gevormde paalfunderingen op een proefsite van de firma WIG-palen te Oostende. Vandaag zijn er geen Belgische producenten die dit product in prefab beton aanleveren. Ook in andere geotechnische ondergrondse structuren kunnen warmtewisselaars worden voorzien om bodemenergie te onttrekken. Denken we hierbij aan tunnelelementen, kelderwanden, keerwanden, diepwanden, funderingsvloeren enz.
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In een wegdek of brugdek kunnen kunststofleidingen worden geplaatst. Ze krijgen hierdoor een dubbele functie. In de zomer capteren ze zonne-energie die via klassieke warmtewisselaars in boorgaten in de ondergrond wordt opgeslagen. In de winter wordt de thermische energie terug naar het wegdek of brugdek gevoerd om deze ijsvrij te houden zonder het schadelijke gebruik van dooizouten. In noordelijke landen wordt deze techniek van wegencollectoren gebruik om start- en landingsbanen van vliegvelden toegankelijk te houden. Geothermie als bron van duurzame energie heeft een toekomst in combinatie met prefab beton. Betonelementen en structuren doen dan dienst als warmtewisselaar, als afgiftesysteem, als thermische buffer of als collector. Er zullen in de toekomst zeker nog nieuwe ontwikkelingen komen. De innovatiemogelijkheden zijn immers legio! l De warmtepomp onttrekt warmte aan de bodem op een bepaalde temperatuur en geeft die warmte op een hogere temperatuur af aan het verwarmingssysteem. La pompe à chaleur extrait de la chaleur au sol à une température déterminée et délivre cette chaleur à une température accrue au système de chauffage.
Les poteaux énergétiques sont des poteaux de fondation en béton dans lesquels sont intégrées des canalisations en matière plastique. Ces poteaux sont ainsi porteurs, tout en remplissant une fonction d’échangeur de chaleur, donnant ainsi naissance à une solution économiquement intéressante. Dans le cadre du projet Smart Geotherm, le CSTC étudie le comportement thermomécanique de différents types de pieux de fondation sur un site d’essai de l’entreprise WIG à Ostende. Il n’existe à ce jour aucun producteur belge capable de fournir ce produit en béton préfabriqué. Des échangeurs de chaleur permettant d’extraire l’énergie du sol peuvent également être prévus dans d’autres structures géotechniques souterraines.
Nous pensons par exemples aux éléments d’un tunnel, aux parois d’une cave, aux murs de soutènement, aux murs emboués, aux planchers de fondations, etc. Des canalisations en matière plastique peuvent être intégrées à un revêtement routier ou un tablier de pont. Ceux-ci héritent ainsi d’une double fonction. En été, ils captent l’énergie solaire qui est stockée dans les trous de forage par le biais d’échangeurs de chaleur classiques. En hiver, l’énergie thermique est redirigée vers le revêtement routier ou le tablier du pont pour préserver celui-ci des effets du gel sans l’intervention nocive des sels d’épandage. Dans les pays septentrionaux, cette technique de collecteurs routiers est utilisée pour maintenir l’accessibilité
des pistes de décollage et d’atterrissage des aéroports. La géothermie en tant que source d’énergie durable et le béton préfabriqué ont un avenir commun. Les éléments et structures en béton font alors office d’échangeurs de chaleur, de systèmes de distribution, de tampons thermiques ou de collecteurs. De nouvelles évolutions s'ajouteront certainement à l’avenir. Les possibilités d’innovation sont en effet légion ! l
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