Introducite. De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

Introducite De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

I


I

De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal Hoe kan een opblaasbare tennishal ’s winters duurzaam verwarmd worden? Paulien Hoogvorst 1709666 Scriptie Vrije Universiteit, Faculteit der Exacte Wetenschappen Studierichting Science, Business & Innovation De Boelelaan 1085 1081 HV Amsterdam Partners for Innovation Cruquiusweg 20 1019 AT Amsterdam

Introducite

8-12-2010, Amsterdam

De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

II


III

0.1 Voorwoord Ter afsluiting van de studie Science, Business and Innovation (SBI) wordt een afstudeeropdracht uitgevoerd. Deze opdracht is een combinatie van wetenschappelijk onderzoek en het schrijven van een bachelorscriptie waarin de drie kerngebieden van de studie, science, business en innovation, aan bod komen. Gedurende mijn stage heb ik bij Partners for Innovation (PfI) onderzoek gedaan naar het duurzaam verwarmen van een opblaasbare tennishal. PfI is een consultancy bureau op het gebied van duurzame innovatie, duurzame energie en klimaat. Dit onderzoek past dus goed binnen het bedrijf. Naast de beschikbare kennis in mijn stagebedrijf kon ik mijn kennis over innovatie en technologische ontwikkelingen goed gebruiken. Duurzaamheid is een belangrijk en onmisbaar onderdeel van de maatschappij. Er is steeds meer bekend over zaken die het milieu kunnen beïnvloeden en om deze dingen te verbeteren staat innovatie in het middelpunt. Naast de technische en innovatieve aspecten van dit onderzoek, heb ik ook gekeken naar de financiële consequenties van een duurzaam verwarmingssysteem. Bijna de helft van de energie die in Europa wordt verbruikt is bestemd voor verwarming. Klaarblijkelijk kan veel milieuwinst behaald worden in het verduurzamen van de verwarmingssystemen. Er wordt veel geïnvesteerd in het duurzaam maken van de maatschappij, er zijn EU doelstellingen geformuleerd en de het opslaan van energie gebeurt steeds beter en effectiever. Nederland kan in Europa goed meekomen als het gaat om duurzaam verwarmen, maar koploper zijn we nog niet. Er is dus ruimte voor verbetering.

Introducite

Daarom wordt het verduurzamen van verwarming nu in de praktijk toegepast door een onderzoek uit te voeren voor Tennisclub Elzenhagen. De opblaasbare tennishal moet in de winter efficiënter en duurzamer verwarmd worden. Er zijn voldoende mogelijkheden om op een duurzame wijze te verwarmen en uit de mogelijkheden wordt de beste gekozen voor deze situatie.


IV


V

0.2 Dankwoord Graag wil ik de volgende mensen bedanken voor hun tijd, begeleiding en advies.

Introducite

Peter van Hoorn (VU), Emiel Hanekamp (PfI), Bart Bossink (VU), Jeanine Eeftinck Schattenkerk (VU), Peter Karsch (PfI), Ander Paz (PfI), Siem Haffmans (PfI), Peter Vissers (PfI), Ines Buskermolen (VU), Franka van Breemen (VU), Rogier Savelsberg (VU), Robbert Verweij (TU Delft), Vincent de Haan (UvA), Tom de Haan (VU), Richelle Werners (HvA), Kees van Vloten (TCE), Paul van der Wilt (Columbia University), Wim Dijkman (Gemeente A‘dam), Stef Aerts (VU), Frans Heinis (BAM infra), Rob ter Steeg (TNO), Marco Bakker (ECN), Ernst-Jan Bakker (ECN), Robert van de Broek (Duratherm BV.)


VI


VII

0.3 Samenvatting In Nederland wordt steeds meer aandacht besteed aan het efficiënt en duurzaam gebruik van energie. Dit wordt geconcretiseerd in dit onderzoek voor Tennisclub Elzenhagen. In de winter wordt een opblaasbare tennishal over twee tennisbanen gezet en deze hal moet worden verwarmd. Er wordt gezocht naar een methode met een hoger technisch en economisch rendement dan het conventionele gasverbrandingssysteem. Om dit te doen is gestart met het onderzoeken van de verschillende methoden van verwarming. In twee selectierondes zijn de verwarmingsmethoden bestudeerd en aan een aantal criteria onderworpen. De beste technische opties zijn vervolgens bekeken vanuit een financieel perspectief. Ten slotte zijn de mogelijke effecten op het milieu bekeken. De resultaten van deze ‗onderzoeken‘ zijn samengevat in een Multi Criteria Decision Analysis (MCDA). Het systeem dat het best wordt geacht voor dit project is grondgekoppelde warmte overdracht. Dit systeem werkt met behulp van een ondergronds buizenstelsel waar buitenlucht doorheen wordt geleid. De lucht wordt verwarmd doordat het de temperatuur aanneemt van de bodem. Vervolgens wordt de lucht op de gewenste verwarmingstemperatuur gebracht door middel van een warmtepomp. De financiële effecten van dit systeem zijn te overzien, de terugverdientijd (TVT) ligt tussen de zeven en tien jaar. Ook milieutechnisch gezien is dit verwarmingssysteem niet van invloed op de omgeving. Er zijn mogelijkheden om dit concept verder te vermarkten, mits rekening gehouden wordt met de specifieke omstandigheden van de tennisbaan. De fabrikant van de tennishal, Polyned, heeft aangegeven geïnteresseerd te zijn in een alternatieve verwarmingsmethode voor de hal. Er zijn twee aanbevelingen aan TC Elzenhagen na afronding van dit onderzoek:

Introducite

1. Voer een haalbaarheidsstudie uit om te onderzoeken of deze methode ook daadwerkelijk toepasbaar is in deze omgeving en onder deze omstandigheden. 2. Probeer een echte hal neer te zetten, die is veel beter te isoleren. Een belangrijk onderdeel van duurzaam bouwen is de Trias Energetica; zoals besproken in paragraaf 5.5. In gesprekken met deskundigen kwam telkens naar voren dat de duurzaamheid van het systeem sterk verbeterd zou kunnen worden wanneer een vaste hal wordt gebruikt. De gemeente zou kunnen overwegen de bouw van een vaste tennishal toe te staan.


VIII

Hoofdstuk: Inhoudsopgave De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

1

1 Inhoudsopgave 2

Inleiding ......................................................................................................................................... 4

3

Vraagstelling en hypothese ........................................................................................................... 6

4

Bespreking van de literatuur ....................................................................................................... 8

5

Theorie ......................................................................................................................................... 10

6

5.1

Randvoorwaarden ................................................................................................................. 10

5.2

Convergeren/divergeren ........................................................................................................ 10

5.3

Multi criteria decision analysis ............................................................................................. 11

5.4

Cascade model ...................................................................................................................... 12

5.5

Trias Energetica .................................................................................................................... 13

5.6

Terugverdientijd (TVT) ........................................................................................................ 14

5.7

Mogelijkheden voor vermarkten concept.............................................................................. 14

5.8

Milieubelasting ..................................................................................................................... 14

5.9

Duurzame Energie Technologieën ........................................................................................ 15

Analyse ......................................................................................................................................... 24 6.1

Eerste Technische Selectie .................................................................................................... 24

6.2

Tweede Technische Selectie ................................................................................................. 25

6.3

Financiële Aspecten .............................................................................................................. 27

6.4

Milieubelasting van de systemen .......................................................................................... 28

6.5

Multi Criteria Decision Analysis .......................................................................................... 28

6.6

Vermarktingsmogelijkheden ................................................................................................. 29

7

Discussie ....................................................................................................................................... 30

8

Conclusies en aanbevelingen ...................................................................................................... 32

9

Literatuur .................................................................................................................................... 34

Hoofdstuk: Inhoudsopgave

10 Bijlagen ........................................................................................................................................ 36


2

Hoofdstuk: Inhoudsopgave De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

3

2 Inleiding Tennisclub Elzenhagen (TC Elzenhagen) gaat verhuizen naar een nieuw aan te leggen tennispark in het Vliegenbos in Amsterdam Noord. Daar wordt, naast tennisbanen, ook een clubhuis aangelegd door de gemeente. De gemeente streeft ernaar haar gebouwen zo duurzaam mogelijk van energie te voorzien. In dit geval heeft de gemeente W/E Adviseurs opdracht gegeven de mogelijkheden voor het clubhuis te onderzoeken. De voorgedragen plannen van W/E Adviseurs zijn gecontroleerd en aangevuld door Oranjewoud. Dit proces vond tegelijkertijd plaats met dit onderzoek en is voornamelijk gericht op het clubhuis. Na een gesprek tussen het stadsdeel, Partners for Innovation en TC Elzenhagen, heeft de gemeente ook aan W/E Adviseurs opdracht gegeven te kijken naar de mogelijkheden voor de opblaasbare tennishal. De uitkomst van beide rapporten is meegenomen in dit onderzoek. In Bijlage 10.1 is een stakeholder overzicht weergegeven. TC Elzenhagen maakt ‘s winters al jaren gebruik van een opblaasbare tennishal voor onder andere toernooien en tennislessen. Op het nieuwe park willen ze weer een opblaasbare hal gaan gebruiken. De gewenste temperatuur in de hal is ongeveer 15°C. Het opwarmen van de hal moet zorgen voor een aangenaam speelklimaat en voorkomen dat de hal instort onder het gewicht van de (mogelijke) sneeuw. De hal wordt normaalgesproken overeind gehouden door middel van overdruk, dat wordt gerealiseerd door gebruik te maken van luchtventilatoren. De huidige hal is meer dan 20 jaar oud en werd tot een aantal jaar geleden verwarmd met behulp van infrarood panelen. Deze installatie is inmiddels stuk gegaan en zou bij aanschaf van een nieuwe hal vervangen moeten worden door het (standaard-) verwarmingssysteem dat werkt met behulp van gasverbranding. De exploitatiekosten van het (standaard-) verwarmingssysteem van de hal zijn erg hoog; deze kunnen oplopen tot 12.000 euro per jaar. Tevens is ruimteverwarming van 15°C verzorgen inefficiënt wanneer dat gebeurt met een hoogenergetisch product zoals gas. Tot nu toe is er onvoldoende onderzoek gedaan naar de mogelijkheden om de opblaasbare tennishal efficiënter en duurzamer te verwarmen. Het doel van dit onderzoek is een advies uitbrengen aan TC Elzenhagen over de kosten en baten, en het energieverbruik van de alternatieven voor het verwarmen van de opblaasbare tennishal. Dit leidde tot de volgende hoofdvraag met bijbehorende deelvragen: 1. Op welke innovatieve wijze kan een opblaasbare tennishal verwarmd worden met een beter technisch en economisch rendement ten opzichte van de situatie met het gasverbrandingssysteem? a. In hoeverre is het mogelijk de opblaasbare tennishal op een duurzame manier te verwarmen terwijl in dezelfde energiebehoefte wordt voorzien?

c. Op welke wijze kan het ontwikkelde duurzaam verwarmingsconcept verder vermarkt worden en aangeboden aan andere partijen?


Hoofdstuk: Inleiding

b. Wat zijn de financiële effecten van de mogelijkheden om de tennishal te verwarmen? Hierbij valt te denken aan: energiekosten, uitstoot en kosten/baten analyse.

4

Hoofdstuk: Inleiding De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

5

3 Vraagstelling en hypothese Op welke innovatieve wijze kan een opblaasbare tennishal verwarmd worden met een beter technisch en economisch rendement ten opzichte van de situatie met het gasverbrandindingssysteem? De opblaasbare tennishal van TC Elzenhagen moet verwarmd worden. Bij de nieuwe standaard installatie zou gebruik gemaakt moeten gaan worden van een gasverbrandingssysteem. De stookkosten voor dat verwarmingssysteem kunnen hoog oplopen en om dat te voorkomen wordt in dit onderzoek naar een goed alternatief gezocht. (S) In hoeverre is het mogelijk de opblaasbare tennishal op een duurzame manier te verwarmen terwijl in dezelfde energiebehoefte wordt voorzien wanneer gebruik gemaakt wordt van gasverbranding? Om een goed alternatief te vinden, moeten eerst de technische mogelijkheden onderzocht worden. Vervolgens wordt gekeken of de mogelijkheden technisch gezien toepasbaar zijn in deze situatie.

(B) Wat zijn de financiële effecten van de mogelijkheden om de tennishal te verwarmen? Hierbij valt te denken aan: energiekosten, uitstoot, financieel model van de vereniging en kosten/baten analyse. Na de technische selectie wordt gekeken naar de financiële consequenties van de verschillende concepten, die zijn overgebleven na de technische haalbaarheidsstudies. (I) Op welke wijze kan het ontwikkelde concept voor TC Elzenhagen vermarkt worden en aangeboden worden aan andere partijen?

Hoofdstuk: Vraagstelling en hypothese

Als er een concept uit het onderzoek komt, wordt gekeken of dit concept ook bij andere tennisverenigingen toegepast kan worden.


6

Hoofdstuk: Vraagstelling en hypothese De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

7

4 Bespreking van de literatuur Onderzoek wordt volgens Walliman (2005, in Saunders, 2009) gekarakteriseerd door drie kenmerken: -

Systematisch data verzamelen Systematische interpretatie van data Het doel moet dingen uitvinden zijn

Het systematisch verzamelen en interpreteren van data wil zeggen dat er logische onderlinge relaties moeten zijn en dat het onderzoek niet alleen is gebaseerd op overtuigingen van de onderzoeker (Gauri and Gronhaug, 2005 in Saunders, 2009). Er zijn veel verschillende redenen om een onderzoek uit te voeren; om de beweegredenen te verklaren en om het onderzoek te verantwoorden. Dit wordt beschreven in een methodologie. Hierin wordt het doel van het onderzoek beschreven en op welke wijze de onderzoeksvragen worden beantwoord. Het doel van het onderzoek is geformuleerd: er moet een duurzame oplossing gevonden worden om de opblaasbare tennishal van TC Elzenhagen te verwarmen. Vervolgens is een voorbereidend onderzoek uitgevoerd, waarbij experts en relevante literatuur, zoals kranten en tijdschriften zijn geraadpleegd.

Saunders et al (2009) beschrijven de inductieve benadering van de kwalitatieve data; hiermee bedoelen zij dat de data wordt verzameld en bestudeerd. Vanuit de data wordt een pad getrokken om de volgende stappen te zetten. In dit proces start je niet met een theoretisch model, gaandeweg worden de relaties tussen de verschillende data verzamelingen gelegd en worden extra vragen ontwikkeld. De theorie wordt gedurende het proces gevormd. Om deze methode te laten slagen moet er wel een doel zijn van het onderzoek (Yin, 2003 in Saunders 2009 p. 490). De bronnen die geraadpleegd worden, zijn verschillend van aard en er wordt gebruik gemaakt van zowel inductieve als deductieve methoden. Enerzijds moet de geformuleerde theorie worden getoetst (deductief) en anderzijds moet gekeken worden of er reeds een overeenkomstig model bestaat (inductief).


Hoofdstuk: Bespreking van de literatuur

Na afronding van het formuleren van de doelstelling is gestart met het eigenlijke onderzoek; dat is uitgevoerd als een explorative action research onderzoek (Lewin, 1946 in Saunders et al., 2009 p149). Deze vorm van onderzoek houdt in dat er gezocht wordt naar een oplossing en niet naar een allesomvattende theorie. Wel zijn er meerdere theorieën gebruikt als ondersteuning van het onderzoek. Deze theorieën worden besproken in hoofdstuk 0. Deze vorm van onderzoek is vooral toepasbaar op onderzoeken met een ‗hoe‘ vraagstelling. Tijdens het onderzoek wordt veelvuldig gebruik gemaakt van de expertise van deskundigen op verschillende relevante gebieden. Het is een iteratief proces, er vindt achtereenvolgens een diagnose, een planning, een actie en een evaluatie plaats. Tijdens de evaluatie wordt duidelijk verwoord waarom bepaalde keuzes zijn gemaakt. Uiteindelijk moeten er ook implicaties zijn buiten dit specifieke traject. Dit is de wetenschappelijke kant van het ‗toegepaste‘ onderzoek (Eden en Haxman, 1996 in Saunders, 2009).

8

Hoofdstuk: Bespreking van de literatuur De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

9

5 Theorie In dit hoofdstuk worden de verschillende theorieën beschreven die als leidraad hebben gediend voor dit onderzoek. Ook wordt de theorie achter de verschillende vormen van duurzame verwarming toegelicht. De theorieën fungeren als ondersteuning van het onderzoek, zodat de explorative action research op een gestructureerde en systematische wijze plaatsvindt. De beschrijvingen van de verschillende vormen van duurzaam verwarmen dienen als informatiebron voor de analyse in dit verslag. Verwarmingsmethoden zijn er in overvloed, daarom is het belangrijk dat ze duidelijk worden benoemd en uitgelegd en een goede basis vormen voor de analyse.

5.1 Randvoorwaarden Aan het ontwikkelen van dit nieuwe verwarmingsconcept zijn een aantal randvoorwaarden, wensen en eisen verbonden. Met name de haleigenschappen vormen een belangrijke randvoorwaarde voor de verwarmingsmethoden. De haleigenschappen worden beschreven in bijlage 10.3. Ook de tennisclub heeft een aantal wensen en eisen, zoals de gewenste temperatuur en de exploitatiekosten. Het is de wens van de tennisclub dat de hal geplaatst wordt. Zij zijn de eindgebruiker van de hal (bijlage 10.2.3). De gemeente is opdrachtgever van de bouw van het tennispark en is gebonden aan de voorwaarden die gesteld zijn aan het grondgebruik. Niet meer dan 1,5% van de grond mag bebouwd worden. Dat is één van de redenen dat er geen vaste tennishal gebouwd wordt, maar een opblaasbare (bijlage 10.2.7).

5.2 Convergeren/divergeren De theorie van convergeren en divergeren komt uit de creatieve sector en is beschreven door Timmers en van der Waals (2009). Bij het ontwerpen van een nieuw product of concept zijn altijd een aantal randvoorwaarden en een aantal wensen bekend, zoals beschreven in paragraaf 0. Om uiteindelijk een goed concept te presenteren is het belangrijk dat er een creatief denkproces vooraf gaat aan de structurering, om die reden wordt gebruikt gemaakt van deze methode. In Figuur 1 is grafisch weergegeven wat dit model inhoudt. Met divergeren wordt breed nadenken, ideeën genereren en informatie zoeken bedoeld om een antwoord te vinden op je probleemstelling. Het belangrijkste in deze fase is de kwantiteit van de ideeën. Er wordt nog geen oordeel gegeven over de haalbaarheid of toepasbaarheid van de ideeën.

Hoofdstuk: Theorie

De volgende fase in het proces is convergeren, hier worden de ideeën beoordeeld en wordt kritisch gekeken naar de specifieke wensen en eisen van de opdrachtgever. Uiteindelijk vallen er veel concepten af en moeten de concepten die wel goedgekeurd zijn verder worden onderzocht. Op die manier ontstaat het gehele proces van divergeren en convergeren steeds opnieuw. Daarom wordt deze methode ook wel de wybertjesmethode genoemd, omdat de vorm die telkens ontstaat, lijkt op een wybertje.


10

Figuur 1, Convergeren / divergeren naar Timmers en Van der Waals

Dit model biedt op een duidelijke manier overzicht in de verschillende mogelijkheden en de aan te houden handelswijze om tot een beslissing te kunnen komen. Tijdens dit onderzoeksproces zijn fase 1 en fase 2 doorlopen. Om beslissingen te kunnen nemen in de convergerende fases is telkens gebruik gemaakt van een multi criteria decision analysis, zoals besproken wordt in paragraaf 5.3.

5.3 Multi criteria decision analysis

Figuur 2, Multi Criteria Analyse


Hoofdstuk: Theorie

Wang et al. (2009) hebben een overzicht gemaakt van bestaande multi-criteria decision analysis (MCDA) methodes die de afgelopen jaren populairder zijn geworden om beslissingen te nemen in complexe situaties met duurzame energie. Het gunstige aan dit overzicht is dat de verschillende dimensies van duurzaamheid worden behandeld, zoals in Figuur 2 is weergegeven.

11

Normaal gesproken wordt gebruik gemaakt van ‗rational decision making‘ (RDM), maar hoe complexer de interacties worden, hoe lastiger het is om overzicht te bewaren. Om het beslissingsproces toch duidelijk te maken, kan gebruik gemaakt worden van een multi criteria decision analysis (MCDA). Het is een middel voor evaluatie en werkt beslissingsondersteunend bij complexe problemen met een hoge mate van onzekerheid, tegenstrijdige doelstellingen, verschillende vormen van informatie en data, interesse vanuit verschillende vakgebieden en lastige verhoudingen tussen eenheden uit de wetenschappelijke en de socio-economische systemen. Traditioneel werd alleen rekening gehouden met de meest efficiënte optie tegen de laagste kosten, maar de omslag in de jaren ‘80 naar milieubewuster leven, heeft ervoor gezorgd dat MCDA nu wordt toegepast in veel verschillende gebieden. De eerste stap in een MCDA is het vaststellen van de verschillende alternatieven en bepalen welke criteria belangrijk zijn in de specifieke situatie. De criteria zijn onderverdeeld in vier groepen: de technische, de economische, de milieu en de sociale aspecten. Uit deze aspecten worden de specifieke criteria geselecteerd die belangrijk zijn in het desbetreffende beslissingsmoment. Vervolgens kan de zwaarte van de gebruikte criteria worden bepaald en gekoppeld worden aan de waardes van de alternatieven. Uiteindelijk wordt de totale waarde berekend en worden de mogelijkheden naar uitkomst gerangschikt in de volgorde met het meest gunstige alternatief bovenaan. In de eerste fase van het convergeren/divergeren model waren er een aantal concepten over om de tweede fase mee te starten. Na de tweede fase blijft er één concept over.

5.4 Cascade model

In Figuur 3 is een voorbeeld weergegeven van de kwaliteitsniveaus van verschillende energiedragers.


Hoofdstuk: Theorie

Voor de verwarming van de hal is slechts een lage temperatuur nodig, maar bij de verbranding van een brandstof komt een veel hogere temperatuur vrij. Om uit te leggen waarom dat niet wenselijk is, wordt het begrip exergie uitgelegd (Derksen, 2008; Wang et al., 2009; Dincer en Rosen, 2005). Exergie is een term uit de thermodynamica en drukt de kwaliteit van energie uit. Tijdens een proces verandert de energie van vorm, maar de totale hoeveelheid energie blijft behouden, zoals de Eerste hoofdwet van de thermodynamica beschrijft. Maar tijdens het proces gaat de kwaliteit van de energie wel gedeeltelijk verloren. Dit wordt verklaard door de onomkeerbaarheid van een proces als gevolg van de toename in entropie (tweede wet van de thermodynamica). Exergie wordt altijd vernietigd wanneer een proces een temperatuurswijziging ondergaat. Exergie is de energie die beschikbaar is om te gebruiken. Dat de kwaliteit verloren gaat, kan het best worden uitgelegd met behulp van de ecopyramide (Derksen, 2008); die stelt dat het gebruik van biomassa moet worden geoptimaliseerd. Dat wordt verduidelijkt wanneer een piramide wordt voorgesteld; de stoffen met de hoogste exergie staan bovenaan. Verder naar beneden wordt de exergie omgezet in entropie en neemt de bruikbaarheid van de energie af, omdat de warmte niet kan worden opgevangen en niet voldoende kan worden omgezet in bruikbare energie.

12

Figuur 3, Exergie

Dit model is relevant voor de conceptkeuze, omdat in dit onderzoek de mogelijkheden worden bekeken voor een duurzame en efficiëntie methode van verwarming. De duurzaamheid van het concept is veel lager wanneer sprake is van een laag kwaliteitsniveau van de energie. De concepten zijn hier in de eerste technische selectie op getest.

5.5 Trias Energetica De Trias Energetica wordt tegenwoordig door deskundigen als startpunt gebruikt wanneer er duurzaam gebouwd moet worden. Helaas is het in dit onderzoek niet mogelijk gebleken om aan al deze onderdelen van de theorie te voldoen. Dit heeft te maken met het bouwmateriaal van de hal, dat een lage isolatiewaarde heeft. De vraag kan dus niet beperkt worden door maatregelen te treffen met betrekking tot de isolatie van de hal. Waar in dit onderzoek wel rekening mee kan worden gehouden is het gebruik maken van een zo duurzaam mogelijk concept en de eventueel benodigde fossiele brandstoffen op een efficiënte wijze te verkrijgen. Trias Energetica is onstaan uit de Trias Energica, een concept dat is ontwikkeld door E. H. Lysen (1996). Hierin wordt beschreven dat er een integrale aanpak zou moeten zijn voor alle hernieuwbare vormen van energie bestaande uit: (1) Energie efficiëntie (2) Hernieuwbare energiebronnen (3) Schoon gebruik van fossiele brandstoffen Vervolgens is door de TU Delft (Duijvestein, 1996) een bijpassende strategie ontwikkeld en is het concept herbenoemd tot Trias Energetica bestaande uit de volgende stappen: (1) Beperking van de energievraag (2) Zoveel mogelijk gebruik maken van duurzame energie (3) Efficiënt gebruik maken van fossiele brandstoffen

Hoofdstuk: Theorie

In Figuur 4 is te zien hoe deze drie onderwerpen zich tot elkaar verhouden. In het ideale geval wordt eerst voorzien in het bovenste gedeelte van de piramide en zodra dat is gebeurd, kan het niveau daaronder worden bekeken. Wanneer deze drie niveaus allemaal worden toegepast, is er sprake van een geïntegreerde aanpak voor duurzaam bouwen.


13

Beperk vraag Gebruik duurzame energie Fossiel efficiënt gebruiken Figuur 4, Trias Energetica

Omdat in hier niet voldaan kan worden aan het eerste criterium, wordt er alleen rekening gehouden met de twee andere criteria.

5.6 Terugverdientijd (TVT) Om de financiering van het gehele concept te berekenen wordt de terugverdientijd bepaald. De terugverdientijd wordt op eenvoudige wijze bepaald. Dat wil zeggen dat de exploitatiekosten en de investeringskosten worden vergeleken met de exploitatiekosten en de investeringskosten van het referentiesysteem. De TVT wordt berekend door de begininvestering te delen door de exploitatiekosten van het referentiemodel minus de jaarlijkse kosten van het nieuwe systeem. Een voordeel van deze eenvoudige berekenmethode is dat het gemakkelijk is uit te voeren en ook gemakkelijk is te vergelijken met de andere systemen. Nadelen van deze methode zijn dat er geen rekening gehouden wordt met stijgende prijzen voor energie en dat de tijdswaarde en de levensduur van het project niet in de berekening worden meegenomen. Het stijgen van de energieprijzen is vooral gunstig voor de terugverdientijden van de duurzame concepten, aangezien er veel minder fossiele brandstoffen worden gebruikt dan in het referentiesysteem.

Het ontwikkelde concept kan mogelijk verder vermarkt worden. Dat is niet het hoofddoel, maar het zou wel een gunstige ontwikkeling zijn op de lange termijn. Baines et al (2009) beschrijven dat met deze technologie geopereerd wordt in een nichemarkt en dat er sprake is van een vorm van productontwikkeling. De productontwikkeling vindt niet plaats in de technische kant van de hal, maar alleen in de verwarmingsmogelijkheid van de hal. De mogelijkheid wordt geboden om te kiezen voor een ander systeem dan het gasverbrandingssysteem. Dit wordt door Baines et al (2009) ook wel horizontale diversificatie genoemd; opereren op dezelfde markt, bij dezelfde soort klant, maar met een vernieuwend product(onderdeel). Er is op het gebied van de opblaasbare hallen geen noemenswaardige concurrentie, maar er moet wel rekening gehouden worden met een samenwerking met de aanbieder van het verwarmingsconcept. Dit kan als een joint venture worden benaderd of als een officieel samenwerkingsverband. Dit is afhankelijk van het concept en de wensen van de betrokken partijen (Baines et al, 2009).

5.8 Milieubelasting Het verwarmingssysteem kan mogelijk schadelijke gassen, zoals CO2 of NOx, uitstoten, veel grondoppervlak nodig hebben om operationeel te zijn, geluidsoverlast veroorzaken of aan


Hoofdstuk: Theorie

5.7 Mogelijkheden voor vermarkten concept

14

verschillende milieuwetten moeten voldoen. Met deze factoren wordt rekening gehouden door het op te nemen in de analyse en de MCDA.

5.9 Duurzame Energie Technologieën In deze paragraaf worden de verschillende concepten behandeld die in dit onderzoek zijn gebruikt. Ook wordt aandacht geschonken aan de terminologie die regelmatig terugkomt in de verwarmingsconcepten. 5.9.1 Terminologie Wanneer over de bodem wordt gesproken, wordt een diepte van 150 meter onder de grond bedoeld. Gebruik van het woord ‗aarde‘ is in deze context onjuist, omdat men spreekt van aardwarmte wanneer daadwerkelijk warmte aan diepere lagen in de aarde wordt onttrokken. De tweede wet van de thermodynamica (Atkins, 2010), stelt dat ‗warmte niet spontaan van een koud naar een warm object kan stromen’. Dat gebeurt alleen als er extra energie aan het proces wordt toegevoegd. COP wordt gebruikt om de efficiëntie van een warmtepomp aan te duiden en staat voor coefficient of performance. Een COP waarde van 1 staat voor een efficiëntie van 100%. 5.9.2 Lage temperatuur verwarming (LTV) LTV is een methode voor het verwarmen met een lagere aanvoertemperatuur dan de gebruikelijke 90°C of 70°C. De gewenste comforttemperatuur van 20°C is ook gemakkelijk te bereiken met een lagere aanvoertemperatuur van bijvoorbeeld 40°C. Dit principe wordt tegenwoordig vaker toegepast en wordt lage temperatuurverwarming genoemd. De warmte kan op vijf verschillende manieren gedistribueerd worden; via vloerverwarming, wandverwarming, lage temperatuur-radiatoren, lage temperatuurconvectoren en lage temperatuurluchtverwarming (Agentschap NL, 2010). Voor dit onderzoek zijn alleen de vloer- en luchtverwarming relevant, gezien de praktische beperkingen van de hal voor de andere drie mogelijkheden. 5.9.2.1 Vloerverwarming Bij vloerverwarming wordt gebruik gemaakt van een buizenstelsel onder de grond. Door de buizen wordt warm water geleid dat zorgt voor ruimteverwarming. Aan de onderkant van het buizenstelsel wordt een isolerende laag aangebracht, zodat de warmte alleen de ruimte instroomt die verwarmd moet worden.

Hoofdstuk: Theorie

5.9.2.2 Luchtverwarming Luchtverwarmingssystemen maken gebruik van de lucht als transportmiddel. De warmte kan door de ventilator worden verspreid (zoals ook gebeurt wanneer gebruik gemaakt wordt van het conventionele verwarmingssysteem). In het geval van indirect gestookte luchtverwarmingssystemen, waarbij water wordt gebruikt als verwarmingsmiddel, kan gebruik gemaakt worden van een aangepaste warmtewisselaar.


15

5.9.3 PV-cellen PV panelen kunnen duurzaam energie opwekken en die energie vervolgens gebruiken om een verwarmingsinstallatie aan te sturen. PV panelen zijn nu nog erg duur, maar de opbrengst en de subsidies zijn gunstig (Agentschap NL, 2010). Mogelijkheden om ze plaatsen is praktisch gezien lastig in verband met het materiaal van de halhuid. Ze kunnen mogelijk gebruikt worden in combinatie met een verwarmingssysteem. 5.9.4 Windturbines. Met behulp van windturbines kan duurzaam energie opgewekt worden om een verwarmingsinstallatie aan te sturen. Een grote windturbine wordt niet geplaatst in de bebouwde omgeving (Rijksbeleid, VROM), in deze situatie moet gekeken worden naar een kleine windturbine. Voor een kleine windturbine zijn geen subsidie mogelijkheden en deze geeft alleen voordeel als er veel wind staat. De gemiddelde kosten voor een kleine windmolen liggen tussen de 25 en de 35 cent per kWh (VROM, 2010). 5.9.5 De warmtedeken Een warmtedeken kan dienen als lokale verwarming om instorting door overbelasting van sneeuw te voorkomen. De warmtedeken zal over de hele halhuid moeten worden geplaatst. Er is gekeken naar verschillende materialen die kunnen voldoen als warmtegeleidend materiaal in de deken. Een conventionele warmtedeken werkt met behulp van infrarood. Er is niet bekend wat voor effect infraroodstraling heeft op polyester wanneer het aan elkaar wordt gekoppeld. Er is onderzocht of er mogelijkheden zijn om de dekens met gel of water te vullen. Warmte kan op die manier misschien door de deken gepompt worden. Er zijn verschillende soorten gels, maar eigenlijk zijn ze geen van allen een goede warmtedrager. Organogel is bij een bepaalde temperatuur vloeibaar (Oh et al, 2010), maar niet in het desbetreffende temperatuurgebied van dit onderzoek. Vervolgens zou er gekeken moeten worden naar een manier om de gels rond te pompen in de deken. Het is onbekend of de warmtedekens voor voldoende verwarming kunnen zorgen in de tennishal.

5.9.7 Lampen en terrasverwarming. Lampen zijn nodig om de banen ‘s avonds te verlichten. Voor verlichting overdag zijn er in de halhuid kleine licht doorlatende stukken in de halhuid. De lampen kunnen gecombineerd worden met verwarmingselementen (zoals in terrasverwarmers), zodat ze ervoor kunnen zorgen dat de sneeuw smelt op het dak van de hal. De lampen zelf wekken geen energie op, er is een externe bron nodig voor duurzame elektriciteit. Ook is het zo dat wanneer er overdag geen verlichting nodig is, toch verwarmd moet worden en de lampen moeten worden ontstoken. Dat is, in die situatie, energieverspilling. 5.9.8 Een zoutopslagsysteem Een zoutopslagsysteem is waar warm water voor de korte termijn kan worden opgeslagen. Dit systeem is nog in de ontwikkelingsfase en is nu nog niet rendabel (Agenschap NL, 2010).


Hoofdstuk: Theorie

5.9.6 Verwarmingslint Verwarmingslinten kunnen het dak mogelijk verwarmen. Het zijn snoeren die worden gebruikt om te voorkomen dat waterleidingen bevriezen. Ze kunnen aan elkaar worden gekoppeld en opgehangen worden aan de stalen constructie. Om te onderzoeken of het goed blijft hangen, is gekeken naar de windbelasting van de tent (Uematsu et al, 1997). De verwarmingslinten zijn verbonden aan een sensor en gaan aan als de temperatuur beneden een bepaald niveau daalt. Het is onduidelijk waaraan ze bevestigd moeten worden. Ze werken op elektriciteit, er zal een andere duurzame bron gevonden moeten worden.

16

5.9.9 Stadsverwarming en blokverwarming Twee methoden die worden toegepast wanneer sprake is van een grote schaal. Er wordt gewerkt met een grote bron of restwarmte van industrie die meerdere locaties of huizen tegelijkertijd kan verwarmen. Het oppervlak van de tennisbanen is te klein voor een aparte aardwarmtebron en de energievraag is te laag. Zoals het er nu uitziet, is er in 2013 de mogelijkheid om aan te sluiten op de stadsverwarming die wordt aangelegd in Amsterdam Noord (W/E adviseurs, 2010). 5.9.10 Een warmtepomp De warmtepomp is een belangrijk onderdeel voor duurzame verwarming. In principe kan een warmtepomp alleen gebruikt worden in combinatie met elektriciteit. In Figuur 5 is een warmtepomp schematisch weergegeven. De lucht wordt aangezogen en vervolgens verwarmd door middel van compressie. Uiteindelijk wordt de warme lucht afgestaan aan de ruimte. De reden dat deze mogelijkheid niet afzonderlijk wordt bestudeerd is de grote ΔT. De kosten voor het verwarmen met behulp van een warmtepomp tot de gewenste temperatuur zijn hoger dan wanneer wordt gewerkt met voorverwarmde lucht. Het probleem verschuift van gasstookkosten naar elektriciteitskosten. De elektriciteit zou opgewekt kunnen worden met behulp van zonnepanelen of een windturbine, maar voor beiden is bij de tennishal geen ruimte en zijn er andere nadelen in verband met de investeringskosten. De elektriciteit kan ook ‗groen‘ worden ingekocht, maar dan blijven de elektriciteitskosten hoog en dat moet zoveel mogelijk voorkomen worden. Daarom wordt de warmtepomp alleen gebruikt in combinatie met andere warmte-opwekkende systemen.

Figuur 5, Warmtepomp

Hoofdstuk: Theorie

5.9.11 Warmtekrachtkoppeling (WKK) Een warmtekrachtkoppeling (WKK) drijft met behulp van één brandstof (meestal gas) een systeem aan dat zowel warmte als elektriciteit opwekt. In Figuur 6 is weergegeven hoe een WKK werkt. In principe is dit een duurzamere methode dan een gasverbrandingssysteem omdat er ook elektriciteit mee wordt gewonnen, terwijl in dit onderzoek gezocht wordt naar verwarming van de hal. Daarnaast wordt de lucht die door de installatie verwarmd moet worden, niet voorbehandeld; het gasverbruik blijft daardoor hoog en de exergie van dit model ook.


17

Figuur 6, WKK

5.9.12 Warmterecirculatie Warmterecirculatie houdt in dat je de (warme) binnenlucht terug naar binnen leidt. Er wordt een percentage buitenlucht met een hoeveelheid ‗voorverwarmde‘ binnenlucht gemengd, zodat de ΔT die overbrugd moet worden veel lager is in het totale proces en uiteindelijk minder energie kost. Zoals ook al uit de beschrijving van het proces blijkt, is dit een hulpmiddel voor andere concepten. Het is geen primaire verwarmer, maar een gebruiker van restwarmte. Aangezien er onderzoek wordt gedaan naar een primaire verwarmer, vervalt dit concept als hoofdverwarming, maar het kan wel gebruikt worden als ondersteuning van een hoofdverwarmingssysteem. 5.9.13 Houtverbrandingskachels Deze kunnen worden gebruikt in combinatie met duurzaam hout en/of pellets. De kachel verwarmd vervolgens water of lucht (afhankelijk van wat voor verwarming je wilt – via buizen of via de ventilator) en dat zorgt er voor dat de hal verwarmd wordt. Ook als het hout duurzaam wordt verkregen, is deze verwarmingsmethode niet goed. Zoals in 5.4 Cascade model is besproken, is in dat geval sprake van veel energieverlies in de vorm van exergie. Duurzaam verwarmen is meer dan alleen een duurzame bron gebruiken; de duurzame bron moet ook duurzaam benut worden en dat gebeurt (overduidelijk) niet als gebruik wordt gemaakt van een houtverbrandingskachel. Andere nadelen zijn dat het hout moet worden ingekocht, handmatig moet worden ingevoerd en dat de uitstoot van CO2 lokaal toeneemt. Er zijn ook automatische vulsystemen voor pellets, maar die zijn toegespitst op kleinschaligere kachels en hebben een capaciteit van circa 70 kg. Er wordt verder niet gekeken naar de houtverbrandingskachels, omdat het duurzaam gebruiken van de beschikbare biomassa minstens zo belangrijk is als het duurzaam winnen van deze grondstof (Derksen et al, 2008).

Alle WKO systemen zijn aangesloten op een warmtepomp, om te zorgen dat de gewenste temperatuur uiteindelijk behaald wordt. De werking van een warmtepomp wordt uitgelegd in 5.9.10. 5.9.14.1 WKO Open systeem Een open systeem wordt gekenmerkt door direct contact met het grondwater. Het systeem kan op twee manieren geïmplementeerd worden. Met één bron; een monobronsysteem, of met meerdere


Hoofdstuk: Theorie

5.9.14 Warmte-Koude Opslag (WKO) WKO is een opslag voor langere tijd, meestal voor een seizoen; daarom wordt ook de term ‗seizoensopslag‘ gebruikt. In principe wordt bij de distributie gebruik gemaakt van de tweede wet van de thermodynamica (Atkins, 2010), die stelt dat warmte niet spontaan van een koud naar een warm object kan stromen. Het water dat door het systeem wordt geleid is warmer of kouder dan de omgeving. Al naar gelang de temperatuur van het water, neemt het water de warmte op of staat het de warmte af.

18

bronnen; een doubletsysteem. De systemen werken gedeeltelijk hetzelfde, in beide gevallen wordt gebruik gemaakt van de watervoerende laag in de bodem; de aquifer. Rondom de bronnen worden filters aangebracht die moeten voorkomen dat het verwarmde of gekoelde water mengt. Bij een doubletsysteem wordt gebruik gemaakt van twee putten, een voor de warme bron en een voor de koude bron. De bronnen moeten een bepaalde onderlinge afstand hebben in verband met het mengen van de koude met de warme bron, dit is afhankelijk van de bodem en wordt ter plekke bepaald. In de zomer wordt het grondwater vanuit de koude bron onttrokken en door het (opgewarmde) gebouw geleid om te zorgen voor koeling. Dit opgewarmde water wordt vervolgens opgeslagen in de warme bron. Bij wisseling van het stookseizoen wordt dit systeem omgedraaid en wordt het grondwater aan de warme bron onttrokken en door het gebouw geleid. Dit is te zien in Figuur 7. Gemiddeld wordt er voor een open bron WKO geboord tussen 30 en 150 meter, afhankelijk van de locatie van de aquifer in de bodem. De bodemsamenstelling is minder bepalend voor het rendement dan bij een monobronsysteem. Deze vorm van WKO is vooral geschikt voor gebouwen en faciliteiten met een grote warmtevraag; minimaal 100 kW. Een open doublet WKO systeem is in staat om maximaal 2300 kW te leveren (Tauw, Agentschap NL, Milieu Centraal, Duratherm BV., Stef Aerts (VU). Een monobronsysteem maakt slechts gebruik van één boorgat. De warme en koude bron zijn boven elkaar geplaatst. Normaliter is de warme bron boven de koude bron geplaatst en worden de bronnen van elkaar gescheiden door een kleilaag. Dit is weergegeven in Figuur 8. Afgezien van de opbouw van de bron, is het werkingsprincipe in overeenstemming met het doubletsysteem. Een voordeel van het monobronsysteem is dat het goedkoper is; er hoeft maar een put geboord te worden en er zijn minder leidingen nodig. Ook neemt een monobronsysteem minder ruimte in beslag. Daartegenover staat dat het doubletsysteem een groter vermogen kan leveren (Agentschap NL, Burgers Ergon, Milieu Centraal).

Figuur 8, Monobronsysteem

Hoofdstuk: Theorie

Figuur 7, Doubletsysteem


19

Bij een open systeem geldt een regeneratieplicht. Dat wil zeggen dat er netto jaarlijks net zo veel warmte aangeleverd moet worden, als er is afgevoerd. Dit staat beschreven in de waterwet (29 januari 2009). Om dit te bewerkstelligen zijn in sommige gevallen extra zonnecollectoren nodig om het tekort (dat ‘s winters is ontstaan) aan te vullen. 5.9.14.2 WKO Gesloten systeem Bij een gesloten systeem wordt geen grondwater geïnfiltreerd of geretourneerd. Het systeem maakt gebruik van sondes die gevuld zijn met een bepaalde vloeistof; meestal glycol (anti-vries), water of soms zelfs bietensap. Een andere naam voor gesloten systeem is bodemwarmtewisselaar. Een bodemwarmtewisselaar kan horizontaal en verticaal worden geplaatst. Er wordt in beide gevallen een lussenstelsel onder de grond geplaatst waardoor één van bovengenoemde vloeistoffen wordt geleid. Een horizontaal stelsel is weergegeven in Figuur 9. Het ligt gemiddeld 1,5 à 2 meter onder de grond en is aangesloten op een warmtepomp. Een verticaal systeem is weergegeven in Figuur 10 en ligt maximaal 150 meter diep in de bodem. Voor beide systemen is het belangrijk dat er zo min mogelijk klei in de bodem zit. Water- en zandlagen geleiden de warmte het beste. Bij een gesloten bronsysteem is het zo dat het antivriesmengsel de warmte transporteert van het warme medium naar het koude. Concluderend: als het buiten koud is, staat het antivriesmengsel warmte af in het gebouw en andersom ook: als het buiten warm is, wordt de warmte afgestaan aan het (relatief) koude antivriesmengsel (Agentschap NL, Milieu Centraal, Duratherm, GeoHolland bijlage 44).

Figuur 9, Gesloten bronsysteem horizontaal

Figuur 10, Gesloten bronsysteem verticaal

De keuze tussen een gesloten of een open systeem is uiteindelijk alleen afhankelijk van het benodigde vermogen en de omgevingsomstandigheden van het project. De kosten voor een open systeem zijn redelijk goed vooraf te bepalen wanneer het benodigde vermogen bekend is, maar de kosten voor een gesloten systeem zijn sterk afhankelijk van het aantal boringen dat verricht moet worden. Een kleine


Hoofdstuk: Theorie

De keuze voor een horizontaal of een verticaal systeem is sterk afhankelijk van de energiebehoefte, de bodemopbouw en de beschikbare ruimte. Dit wordt bepaald in een haalbaarheidsstudie. In Nederland wordt eigenlijk nooit een horizontaal systeem geplaatst, er is te weinig ruimte beschikbaar. Er geldt geen vergunningsplicht voor een gesloten bronsysteem en er is ook geen regeling voor de regeneratie van de bodem, omdat het grondwater niet wordt gebruikt in het systeem.

20

analyse is uitgevoerd door Duratherm BV.( zie bijlage 10.2.8), een bedrijf dat gespecialiseerd is WKO systemen. Hieruit volgde voor het benodigde vermogen van de tennishal van 250 kW in Amsterdam: Tabel 1, WKO systemen

WKO systeem/kenmerken

Kosten

Koude en warmtelevering

Efficiëntie

Betrouwbaar en veilig

Open – doublet

€ 150.000

zelfde

ja

Open – mono

€ 170.000

zelfde

ja

Gesloten horizontaal

onbekend

zelfde

ja

Gesloten - verticaal

onbekend

Regeneren, lukt altijd Regeneren, lukt altijd Wordt niet vaak uitgevoerd in Nederland Wordt berekend

zelfde

ja

Gezien het feit dat er voldoende ruimte beschikbaar is voor het aanleggen van een doublet systeem, is de WKO keuze uitgegaan naar het open doublet systeem. 5.9.15 Grondgekoppelde warmte overdracht (ground air heat exchangers) Florides en Kalogirou (2007) beschrijven een systeem dat met behulp van een horizontaal buizenstelsel onder de grond buitenlucht verwarmt. De aangezogen lucht wordt door het buizenstelsel geleid. Het buizenstelsel ligt ongeveer 2-3 meter onder de grond. De temperatuur onder de grond is gemiddeld 10 - 12 graden, in de zomer en in de winter. Er wordt gebruik gemaakt van een ‗luchtinlaat-toren‘, een toren die buiten op het terrein staat en lucht aanzuigt. Vervolgens wordt deze lucht door het ondergrondse buizenstelsel geleid. Dit buizenstelsel kan in verschillende vormen worden geïnstalleerd; rondom het gebouw, slingerend aan één zijde of roostervormig. De uiteindelijke keuze is afhankelijk van de wensen van de eindgebruiker, de beschikbare ruimte en het benodigde vermogen. Het aantal schimmels en bacteriën in het buizenstelsel kan met een factor 40 afnemen in vergelijking met normale ventilatie systemen. De temperatuur van de lucht wordt gelijk aan de temperatuur van de bodem. De ΔT wordt kleiner, en de kosten voor het verwarmen met behulp van een warmtepomp tot de gewenste temperatuur zijn veel lager dan wanneer wordt gewerkt met de buitenlucht.

5.9.16 Zonnecollectoren in combinatie met een opslag tank Zonnecollectoren verschillen van zonnecellen; ze zorgen voor verwarming en niet, zoals zonnecellen, voor elektriciteit. Door de zonnecollectoren wordt water geleid en dit water wordt opgeslagen (Bodman et al., 2005). Het opslaan van deze warmte kan momenteel op vier verschillende manieren, waarvan er twee in de experimentele fase zijn en één in de testfase. Aangezien hier gezocht wordt


Hoofdstuk: Theorie

Figuur 11, Grondgekoppelde warmte overdracht

21

naar een solide en betrouwbare manier van verwarming gaan we uit van de mogelijkheid die al op verschillende plaatsen wordt toegepast: sensible heat storage (SHS). Sensible heat storage maakt gebruik van de warmtecapaciteit van een stof. Als de warmte aan de stof wordt toegevoegd, neemt de temperatuur van de stof ook toe. In de meeste gevallen wordt gebruik gemaakt van water als opslagstof. Het water wordt opgeslagen in een opslagtank, zodat de warmte bewaard blijft en op een later tijdstip kan worden gebruikt. Momenteel wordt er nog veel onderzoek gedaan naar het optimaliseren van zo‘n opslagtank, nadat uit verschillende studies bleek dat er gaandeweg meer warmteverlies plaatsvindt rond het opslagvat. Aangezien er nog geen duidelijke gegevens zijn over een zo optimaal mogelijk systeem, wordt het Duitse Friedrichshafen (Bodman et al., 2005) als voorbeeld gebruikt om de technische aspecten van dit concept te bekijken. In Friedrichshafen wordt met behulp van zonnecollectoren op de daken van huizen in een woonwijk warmte opgeslagen in een groot opslagvat onder de grond. In de winter wordt deze opgeslagen warmte gebruikt voor (huis-)verwarming en verwarmd tapwater. Het geleverde vermogen en het formaat van de opslagtank zijn hoger dan benodigd voor onze situatie, maar de technologie is nagenoeg hetzelfde. De temperatuur van het opgeslagen water varieert van 40°C in de winter tot 80°C in de zomer. In het opslagvat wordt de warmte verdeeld. Het, relatief, koudere water bevindt zich onderin het opslagvat en het warme water zit bovenin het opslagvat. Voor de verwarming van de hal zijn deze temperaturen niet nodig, een temperatuur van 20°C is al voldoende.

Om een schatting te maken van de omvang van het benodigde opslagvat in de situatie voor het tennispark, laten we de zonnecollectoren eerst even buiten beschouwing. Het totaal geleverde vermogen door de (Duitse) tank van 12.000 m3 is 1439 kW. Om de tennishal te verwarmen is een vermogen nodig van 206 kW. Dat is een factor 0.145. Het benodigde opslagvermogen voor de tennishal is in dat geval 1.743 m3. De inhoud van de benodigde tank is veel kleiner. Voor een schatting van de afmetingen wordt uitgegaan van een cilinder, maar zoals op het plaatje te zien is, is het eerder appelvormig dan cilindervormig. De afmetingen waar van uitgegaan wordt zijn een diepte van 10 meter en een diameter van 14,5 meter. Zonnecollectoren zijn erg duur; ongeveer € 3400 per stuk (De Zonneboiler, 2010). Om het totale opslagvat te verwarmen, zijn ongeveer 40 zonnepanelen nodig. Deze moeten voldoende zonlicht ontvangen en moeten geregeld worden schoongemaakt.


Hoofdstuk: Theorie

Figuur 12, Zonnecollector met opslagtank

22

Hoofdstuk: Theorie De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

23

6 Analyse De opblaasbare tennishal van TC Elzenhagen moet in de winter verwarmd worden. Naast het verwarmen van de tennishal is het ook belangrijk dat de hal niet instort door gevallen sneeuw. In dit hoofdstuk wordt met behulp van de theorie naar oplossingen gezocht voor het onderzoek. De technische selectie vindt plaats aan de hand van het convergeren/divergeren model. Tijdens de eerste fase van dit model wordt een aantal verwarmingsmodellen bestudeerd; dit is het divergerende proces. Aan de hand van een aantal criteria die voortvloeien uit de randvoorwaarden, wordt een MCDA beschreven om te kunnen convergeren. Na afronding van de MCDA is een aantal modellen overgebleven en deze worden meegenomen naar de tweede technische selectie. Hier worden de mogelijkheden verder onderzocht en wordt wederom een MCDA uitgevoerd om te convergeren. De criteria in de tweede ronde zijn een combinatie van de randvoorwaarden, het cascade model en de Trias Energetica. Na afronding van de technische selectie, vindt de financiële selectie plaats. Hier wordt met behulp van de TVT bepaald wat de financiële consequenties zijn. Ten slotte wordt de milieubelasting van de systemen bepaald. Met alle beschikbare gegevens wordt een definitieve MCDA uitgevoerd en worden alle aspecten meegenomen in het definitieve beslissingsproces. Uiteindelijk worden ook de vermarktingskansen van deze methode belicht.

6.1 Eerste Technische Selectie Er is gezocht naar een systeem dat voldoet aan de criteria zoals beschreven in paragraaf 5.1. In Tabel 2 staan de verschillende onderzochte mogelijkheden. Al deze systemen zijn getest op duurzaamheid, toepasbaarheid, en de overige randvoorwaarden. Vervolgens is een eindoordeel geveld over het conceptsysteem. In bijlage 10.4 is het volledig ingevulde schema te vinden. Tabel 2, Eerste technische selectie

Toepasbaar

Eindoordeel

+ +++

Voldoet aan randvoorwaarden + -

+ ++

++

+

+

+ + + + ++

+ ++-

++-

+-

+

+-

+

+

+-

+

+-

-


+ -

Hoofdstuk: Analyse

WKO Warmtedeken Verwarmingslint Lampen- en terrasverwarming Houtverbrandingskachels Grondgekoppelde warmte overdracht Warmtepomp Warmterecirculatie Windturbines PV-cellen Zoutopslagsysteem Stads- en blokverwarming Zonnecollectoren met opslagtank WKK

Duurzaam

24

6.2 Tweede Technische Selectie Uit de eerste technische selectie zijn de volgende verwarmingssystemen overgebleven; PV-cellen, de warmtepomp, WKO, grondgekoppelde warmte overdracht en zonnecollectoren in combinatie met een opslagtank. In deze paragraaf wordt verder gewerkt met conceptsystemen; er wordt niet meer gekeken naar de afzonderlijke technologieën. 6.2.1 Distributie van de warmte Het verwarmen van de gehele tennishal kan op verschillende manieren plaatsvinden. De twee manieren die hier worden besproken zijn luchtverwarming en vloerverwarming. De reden hiervoor is dat beide lage temperatuur verwarming (LTV) kunnen bieden en er geen extra obstakels zijn in verband met de vorm van de hal. De efficiëntie van een luchtverwarmingssysteem is lager dan dat van een vloerverwarmingssysteem (De vloerverwarmer, 2010). Bij warmtetransport via de lucht is er meer warmteverlies in verband met het mengen van de koude en de warmte luchtstromen; de lucht draagt de warmte snel af. In vergelijking met water is het een slechtere energiedrager, omdat de warmte in water bij vloerverwarming een constante straling afgeeft (Agentschap NL). Luchttransport is ook duurder dan watertransport, omdat de temperatuur van de lucht hoger moet zijn om de hal te verwarmen; er is meer energie nodig om de lucht op de gewenste temperatuur te krijgen (Milieucentraal, 2010). De tent heeft een slechte isolatiewaarde, dus op welke wijze er ook verwarmd wordt, het gaat snel verloren. Concluderend uit bovenstaande gegevens, zou er gekozen moeten worden voor een vloerverwarmingssysteem, maar de uitgevoerde teststudies (W/E Adviseurs, 2010; Oranjewoud, 2010) wijzen uit dat vloerverwarming niet haalbaar is in dit concept. Het vermogen van de gasbrander in het conventionele systeem moet een vermogen leveren van 206 kW; dat is met behulp van alleen vloerverwarming niet te realiseren. De leidingen zouden in dat geval zeer dicht op elkaar moeten worden geplaatst, zodat het bijna niet realiseerbaar is. Ook is er een constante luchttoevoer van de ventilator, die (in ordegrootte) de lucht in de hal iedere 20 minuten ververst. De lucht in de hal heeft in dat geval bijna geen tijd om op te warmen. Kort samengevat is luchtverwarming de manier waarop de hal verwarmd gaat worden.

WKO luchtverwarming, grondgekoppelde warmte overdracht en zonnecollectoren met een opslagtank kunnen in de winter zorgen voor een verwarmde tennishal. Wanneer water gebruikt wordt als warmtedrager, wordt met behulp van een warmtewisselaar de warmte overgedragen aan de lucht.

6.2.2.1 WKO Open doublet luchtverwarming De efficiëntie van het WKO systeem is goed. Om te zorgen dat er ook daadwerkelijk warmte wordt afgevangen in de zomer, kan een buizenstelsel aangelegd worden onder het parkeerterrein.


Hoofdstuk: Analyse

6.2.2 Levering van de warmte De levering van de warmte kan verzorgd worden door één van de technologieën die is overgebleven uit de eerste technische selectie. Van de overgebleven technologieën is de warmtepomp een systeem dat als onderdeel van een ander verwarmingssysteem moet worden beschouwd. Het gebruik van een alleen een warmtepomp is mogelijk, maar kost veel energie. Als onderdeel van een ander verwarmingssysteem is haar bijdrage veel groter.

25

De efficiëntie van de warmtepomp wordt aangegeven met COP 4. Het systeem is erg betrouwbaar; er wordt gebruik gemaakt van de bestaande ventilator en de betrouwbaarheid en de veiligheid van het WKO systeem zijn goed. 6.2.2.2 Grondgekoppelde warmte overdracht De efficiëntie van het systeem is afhankelijk van de benodigde energie van de lucht-inlaat-toren en de warmtepomp samen. De efficiëntie van een warmtepomp is COP vier (4). De veiligheid van het systeem is onderzocht, voornamelijk de groei van bacteriën en schimmels in het buizenstelsel wordt teruggedrongen in vergelijking met een conventioneel ventilatiesysteem. Voor de gemeenschap is dit ook een veilig systeem, er wordt niks opgeslagen onder de grond en er kan ook geen schadelijke vloeistof ontsnappen. De betrouwbaarheid van het systeem om de gewenste luchtkwaliteit en temperatuur te leveren is erg hoog; dit blijkt uit het onderzoek van Wagner et al. (2000).

Hoofdstuk: Analyse

6.2.2.3 Zonnecollectoren in combinatie met een opslagtank De efficiëntie van het opslagvat is ongeveer 60%, gemeten over een periode van 10 jaar (1997-2007, Bodman et al., 2005). Afhankelijk van het rendement van de gebruikte zonnecollectoren (die zijn de afgelopen jaren verbeterd) is het rendement van het gehele proces te bepalen. (Aangenomen wordt dat de rendementsverhoging van de zonnecollectoren alleen van invloed is op de benodigde hoeveelheid zonnecollectoren, die wordt lager). De betrouwbaarheid van het systeem is moeilijk te bepalen, aangezien er in Friedrichshafen vaak en veel moet worden bijgestookt. Die mogelijkheid is in de tennishal niet goed in te bouwen en het systeem moet onafhankelijk kunnen opereren. De veiligheid van het systeem is, voor zover bekend, goed. In Friedrichshafen zijn bijna geen problemen bekend.


26

6.3 Financiële Aspecten De financiële aspecten van de verwarmingssystemen zijn berekend met behulp van de berekeningen die door Oranjewoud en W/E Adviseurs zijn gemaakt. Er is geen referentiesysteem, daarom is gebruik gemaakt van een prijsgebied, het geeft een spreiding weer van de kosten en de TVT. Tabel 3, Systeemkosten

Referentie

Systeemkosten

€ 9.000

WKO luchtverwarming (incl. WP) € 150.000 - €180.000

Aansluitkosten

€ 1.000

-

-

-

Totaal

€ 10.000

€ 150.000 - €180.000

€ 80.000 - € 100.000

€ 250.000 - € 350.000

1.

€ 140.000 - €170.000

€ 70.000 - € 90.000

€ 240.000 - € 340.000

Verschil met referentie

Grondgekoppelde warmte (incl. WP)

Zonnecollector met opslagtank

€ 80.000 - € 100.000

€250.000 - € 350.000

Tabel 4, Exploitatiekosten

Referentie

WKO luchtverwarming

Grondgekoppelde warmte


Brandstof- en elektriciteitskosten

€ 12.000

€ 2.000 - € 2.500

€ 1.750 - € 2.250

€ 800 - € 1.200

Onderhoud Totaal

€ 150 € 12.150

€ 100 - € 200 € 2.100 - € 2.700

€ 100 - € 200 € 1.850 - € 2.450

€ 200 - € 500 € 1.000- €1.700

Kosten per jaar Verschil met referentie Meerinvestering tov referentie Terugverdientijd (jaar)

Referentie WKO luchtverwarming € 12.150 € 2.100 - € 2.700 2. € 10.050 – € 9.450

Grondgekoppelde warmte € 1.850 - € 2.450 € 10.300 - 9700

Zonnecollector met opslagtank € 1.000- €1.700 € 11.150 – 10.450

3.

€ 140.000- €170.000

€ 70.000 - € 90.000

€ 240.000 - € 340.000

4.

14 - 18

7 – 9,5

21,5 – 32,5

In deze berekening van de terugverdientijd wordt geen rekening gehouden met de stijgende energieprijzen. Zoals te zien is in bovenstaande schema‘s, zijn de energiekosten van het referentiesysteem veruit het hoogst. De TVT‘s van de andere systemen, zullen alleen maar lager worden wanneer de energieprijzen toenemen.


Hoofdstuk: Analyse

Tabel 5, Terugverdientijd

27

De hoge TVT van het zonnecollector en opslagtank systeem kan verklaard worden door de hoge kosten van de zonnecollectoren.

6.4 Milieubelasting van de systemen De milieubelasting van de drie systemen is te bepalen aan de hand van de beschikbare gegevens. Het WKO systeem heeft geen uitstoot van schadelijke gassen, neemt voornamelijk ondergronds ruimte in beslag en zorgt niet voor geluidsoverlast. Wel moet voldaan worden aan de regeneratieplicht van de bodem. De grondgekoppelde warmte overdracht en de zonnecollector met opslagtank zorgen niet voor een schadelijke uitstoot, het systeem bevindt zich grotendeels onder de grond, er is geen geluidsoverlast en er is geen milieuwet waar aan voldaan moet worden. In deze analyse wordt ook verwezen naar de Trias Energetica; zoals beschreven in paragraaf 5.5. De eerste stap van dit model beschrijft het beperken van de energievraag. Zoals in dit onderzoek beschreven is, zijn er beperkende randvoorwaarden die het onmogelijk maken de energievraag te beperken. Het beperken van de energievraag zou de kosten en de energievraag sterk verlagen en de kosten op die manier ook drukken.

6.5 Multi Criteria Decision Analysis In onderstaand overzicht wordt weergegeven hoe de verwarmingssystemen op de criteria uit de MCDA scoren. Met behulp van +, +- en - worden de prestaties van de systemen weergegeven. Er is in het schema geen onderscheid gemaakt met verschillende weegmethodes. De criteria wegen even zwaar. Tabel 6, MCDA

Sociale aanvaardbaarheid

Milieubelasting

TVT

Jaarlijkse kosten

Investeringskosten

Betrouwbaarheid

Veiligheid

Efficiëntie +

+

-

+

+-

+-

+

Grondgekoppelde warmte overdracht

+

+

+

+-

+

+

+

+


+-

+

+-

-

+

-

+

+-

Hoofdstuk: Analyse

+ WKO Luchtverwarming


28

6.6 Vermarktingsmogelijkheden De fabrikant van de hal, Polyned, heeft interesse getoond in alternatieve verwarmingsmethoden voor de opblaasbare hal. Polyned is marktleider op het gebied van opblaasbare hallen, dus wanneer een alternatieve, duurzame verwarmingsmethode kan worden toegepast, is hij bereid mee te denken.

Hoofdstuk: Analyse

Een probleem bij het vermarkten van dit verwarmingssysteem is dat het bij voorkeur geïnstalleerd wordt tijdens de aanleg van een nieuw tennispark. Het aanleggen van dit systeem kan ook gebeuren als het tennispark al is aangelegd, maar dan moet ter plaatse gekeken worden wat de mogelijkheden zijn.


29

7 Discussie Dit onderzoek is uitgevoerd om de mogelijkheden voor een duurzaam verwarmingssyssteem voor een opblaasbare tennishal te analyseren. De validiteit van de gebruikte informatie is niet altijd te waarborgen, met name omdat bronnen tegenstrijdige informatie verschaffen. Veel kennis over verwarmingssystemen is namelijk beschikbaar bij installateurs, ingenieurs en andere uitvoerenden en niet in wetenschappelijke bronnen en bij onderzoeksinstellingen. Het onderzoek naar verwarmingssysteem berust in de beginfase wel op wetenschappelijke kennis, maar zodra het verwarmingssysteem wordt toegepast, wordt het systeem voor het specifieke project geoptimaliseerd door ingenieursbureaus. Dit maakt het lastig om de validiteit van sommige bronnen te bepalen. De technische informatie in dit verslag is grotendeels afkomstig van gebruikers van de systemen. Iedere situatie is anders, de bodem en de warmtevraag verschillen altijd, daarom is het belangrijk dat een haalbaarheidsstudie wordt uitgevoerd waarin uitgebreid onderzoek wordt gedaan naar de bodemopbouw, de benodigde hoeveelheid energie en de totale opbouw van een verwarmingssysteem. Dit onderzoek is uitgevoerd als een deskstudie, dat betekent dat er een aantal aannames zijn gedaan ten aanzien van de omgevingsomstandigheden die mogelijk niet met de werkelijkheid overeenkomen. Dit heeft tot gevolg gehad dat er een benadering van de financiën is gemaakt, er waren geen gegevens beschikbaar van een vergelijkbaar project.

Hoofdstuk: Discussie

In het systeem met de zonnecollector wordt het water verwarmd tot ongeveer 80°C, dat is niet nodig voor LTV.


30

Hoofdstuk: Discussie De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

31

8 Conclusies en aanbevelingen In dit onderzoek is gekeken naar de mogelijkheden voor duurzame verwarming van een opblaasbare tennishal. Om een beslissing te nemen is gebruik gemaakt van verschillende theorieën, en de definitieve beslissing is genomen in paragraaf 6.5 met behulp van een MCDA. Hierin worden de technische, financiële en milieucriteria meegewogen en de grondgekoppelde warmte overdracht komt als beste oplossing naar voren voor TC Elzenhagen. De efficiëntie van het systeem is goed, de TVT is in verhouding kort en ook de investeringskosten zijn in vergelijking met de andere systemen het laagst. Het is mogelijk dit concept verder te vermarkten bij andere opblaasbare tennishallen, mits rekening gehouden wordt met de specifieke omstandigheden van de desbetreffende baan. Er zijn twee aanbevelingen aan TC Elzenhagen na afronding van dit onderzoek:

Hoofdstuk: Conclusies en aanbevelingen

1. Voer een haalbaarheidsstudie uit om te onderzoeken of deze methode ook daadwerkelijk toepasbaar is in deze omgeving en onder deze omstandigheden. 2. Probeer een echte hal neer te zetten, die is veel beter te isoleren. Een belangrijk onderdeel van duurzaam bouwen is de Trias Energetica; zoals besproken in paragraaf 5.5. In gesprekken met deskundigen kwam telkens naar voren dat de duurzaamheid van het systeem sterk verbeterd zou kunnen worden wanneer een vaste hal wordt gebruikt. De gemeente zou kunnen overwegen de bouw van een vaste tennishal toe te staan.


32

Hoofdstuk: Conclusies en aanbevelingen De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

33

9 Literatuur Agentschap NL: LTV (http://www.senternovem.nl/ltv/introductie_ltv/index.asp) laagtemperatuur verwarming [24-11-2010] Agentschap NL: http://wwws.senternovem.nl/epn/maatregelen/verwarming/warmte-opslag Zoutopslagsysteem [13-09-2010] Atkins, P en de Paula, J. Atkins’ Physical Chemistry. 9th ed.; Oxford University Press: Oxford, 2010. Baines et al., Marketing, Oxford University Press, Oxford: 2008 Bodman et al., Solar unterstützte Nahwärme und Langzeit Wärmespeicher; Solar- und Wärmetechnik Stuttgart: Stuttgart, 2005. Building Future; samenwerking tussen ECN en TNO voor duurzaam bouwen. Beschikbaar op: http://www.buildingfuture.org/ Thema’s, componenten (thermische systemen) [18-10-2010] Derksen et al. De Ecopyramide – Biomassa beter benutten; InnovatieNetwerk: Utrecht, 2008; p5-11. Dincer, I. & M.A. Rosen (2005) Thermodynamic aspects of renewables and sustainable development, Renewable and Sustainable Energy Reviews, nr. 9, p. 169-189 [e-journal] Duijvesteijn, C.A.J. (1996) Trias Energetica (strategie), University of Technology Delft, Delft Timmers, J., van der Waals, M.; Het ontwerpproces in de praktijk; Pearson Education: Benelux, 2009; p 27-29. Florides, G en Kaligouros, S. Ground heat exchangers—A review of systems, models and applications, Renewable Energy 32 (2007) 2461–2478 [e-journal] Lysen, E.H., Solar Energy Strategies for Developing Countries; Eurosun Conference Freiburg, september 1996; p 1-2. Milieucentraal: LTV (http://www.milieucentraal.nl/pagina.aspx?onderwerp=Radiator%20of%20LTV#Voor-_en_nadelen) laagtemperatuur verwarming [24-11-2010]

Saunders et al., Research methods for business students, 5th ed., Pearson Education Limited, Edinburgh, 2009. Tauw: www.tauw.nl WKO [28-10-2010]


Hoofdstuk: Literatuur

Oh et al. (2010), Dispersion of single walled carbon nanotubes in organogels by incorporation into organogel fibers, Journal of Colloid and Interface Science xxx (2010) xxx–xxx [science direct]

34

Uematsu, Y. (1997), Wind loads and wind-induced dynamic behavior of a single-layer latticed dome, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 66 (1997) 227-248 [science direct] Wagner et al., Measurement, modeling and simulation of an earth-to-air heat exchanger in Marburg (Germany); ISES Europe Solar Congres, Copenhagen, Danmark, 2000. Wang et al. (2009), Review on multi-criteria decision analysis aid in sustainable energy decisionmaking; Renewable and Sustainable Energy Reviews [e-Journal] 13 (2009) 2263–2278.

Hoofdstuk: Literatuur

De zonneboiler: http://www.zonnepanelen-info.nl/zonneboiler/ zonnecollector [5-12-210]


35

10 Bijlagen 10.1

Stakeholders Project TC Elzenhagen ................................................................................ 37

10.2

Bijlagen interviews en gesprekken .................................................................................... 38

10.2.1

Interview met Stef Aerts ............................................................................................... 38

10.2.2

Interview Tom de Haan................................................................................................. 39

10.2.3

Informatie Kees van Vloten .......................................................................................... 40

10.2.4

Gesprek Peter Vissers (PfI) ........................................................................................... 41

10.2.5

Interview Rob ter Steeg (TNO) ..................................................................................... 42

10.2.6

Informatie Energiebeurs ................................................................................................ 44

10.2.7

Gesprek met Wim Dijkman, Kees van Vloten en Emiel............................................... 46

10.2.8

Interview Robert van de Broek (Duratherm BV) .......................................................... 46

10.3

Gegevens van de hal ............................................................................................................ 48

10.3.1

Informatie over hal ........................................................................................................ 48

10.3.2

Afmetingen ................................................................................................................... 49

Uitgewerkte tabellen ........................................................................................................... 52

10.5

Figurenlijst........................................................................................................................... 60

10.6

Tabellenlijst ......................................................................................................................... 60

Hoofdstuk: Bijlagen

10.4


36

10.1 Stakeholders Project TC Elzenhagen Het stadsdeel heeft opdracht gegeven voor de bouw van een nieuw tennispark. Op dit tennispark komen tennisbanen, een clubhuis en in de winter een opblaasbare tennishal te staan. Voor het ontwerp van het clubhuis heeft Oosterhuis een ontwerp gemaakt. De gemeente wil graag dat haar gebouwen klimaatneutraal zijn, of in ieder geval zo klimaatneutraal mogelijk. Om dat te realiseren is aan W/E adviseurs opdracht gegeven te kijken naar de verschillende manieren van duurzaam verwarmen voor het clubhuis. Dit advies is door Oranjewoud bekeken en nagerekend (second opinion). Naar aanleiding van het gesprek dat heeft plaatsgevonden tussen TC Elzenhagen, PfI en stadsdeel Amsterdam Noord, heeft W/E Adviseurs ook nog gekeken naar de mogelijkheden voor een combinatie tussen clubhuis en opblaasbare tennishal. De resultaten van de beide rapporten (Oranjewoud en W/E Adviseurs) zijn meegenomen in dit onderzoek.

Oranjewoud

W/E Adviseurs

Partners for Innovation

Oosterhuis, architect Opblaasbare tennishal

Clubhuis

Tennispark Stadsdeel A’dam NOORD ©PH 2010

Hoofdstuk:Bijlagen

OPDRACHTGEVER


37

10.2 Bijlagen interviews en gesprekken In deze bijlage vindt u de gesprekken en interviews die zijn afgenomen met een aantal deskundigen 10.2.1 Interview met Stef Aerts Stef is op de VU betrokken bij de dienst Arbo en Milieu en Werkplek en Milieu. In die functie kijkt hij onder andere naar de energiehuishouding. De VU maakt vooral gebruik van luchtbehandeling; de lucht wordt langs warm water geleid en vervolgens warmt de lucht op. Dit wordt met behulp van ventilatieroosters in de verschillende ruimtes verspreid. Vaak wordt er gebruik gemaakt van een gesloten systeem als er een huis/gebouw aan te pas komt. Het water in de grond is vies en het water dat circuleert in het huis is schoon. Er zijn veel verschillende dingen mogelijk, dus je moet goed kijken welke dingen de grootste prioriteit hebben. Kan het gekoppeld worden aan het clubhuis, zijn er andere bronnen in de buurt, is de bodem geschikt? WKO is een zeer betrouwbare manier van verwarmen. Het enige dat stuk zou kunnen gaan, zijn de leidingen onder de grond, maar die kunnen vervangen worden en dan werkt het systeem weer.\ Na het maken van een tekening op het bord, en de gewenste temperatuur van 15 graden, kwam Stef uit op vloerverwarming. De leidingen kunnen diep in de grond en de andere leidingen kunnen direct onder de oppervlakte van het tennisveld. Zo kan de in de zomer de warmte worden opgeslagen (want dan staat de tent er niet op en brandt de zon op het veld) en in de winter kan de warmte rondgepompt worden. Warme lucht stijgt op, dus de gewenste temperatuur is in ieder geval haalbaar. Mensen zijn overdag aan het bewegen en zij staan ook warmte af. De temperatuur van de hal kan dus zelfs iets hoger worden dan 15 graden. Dit betekent ook dat in de zomer het veld wordt gekoeld. Het koude water wordt door het veld gepompt om warmte af te vangen. Aandachtspunten -

Is er een warmtewisselaar nodig? Is er een combinatie mogelijk met het clubhuis? Is de bodem geschikt?

IF technology voert haalbaarheidsonderzoeken uit  misschien een keer contact mee opnemen. Hebben het in ieder geval voor de VU geregeld. Haitjema is het boorbedrijf  zij boren de gaten voor de WKO installatie.

Provincie NH heeft een website waarop je kunt zien of de mogelijkheid bestaat voor WKO en of er ook andere gebruikers zijn in de directe omgeving. De grond is geschikt en er zijn geen andere gebruikers in de omgevng.

Hoofdstuk:Bijlagen

ISA Sport in papendal is bekend met veldverwarming van sportvelden. Is een kennis van Stef Aerts en hij neemt contact op met hen.


38

10.2.2 Interview Tom de Haan Tom is ook student SBI en heeft in Amerika (bij Alliance) onderzoek gedaan naar de CO2 balans van houtpelletkachels en heeft zich vooral bezig gehouden met verwarming op huisniveau. Toch denkt hij dat dezelfde principes opgaan voor verwarming op grotere schaal. De belangrijkste conclusie van zijn onderzoek is dat hout een duurzame bron kan zijn, mits het hout duurzaam verbouwd wordt; dus dat er evenveel (of meer) bos wordt aangeplant dan er weggehaald wordt, met inachtneming van zaken als biodiversiteit, waterkwaliteit, uitputting van bodem e.d. De verbranding vindt plaats in een centrale kachel die het gehele gebouw verwarmd. De kachel heeft een constante toevoer van hout nodig, kan voor een tijdje worden geautomatiseerd, maar niet langer dan een aantal dagen. Er kan gestookt worden met houtblokken (direct van bomen) of met pellets. Pellets hebben de voorkeur omdat dat schoon en droog hout is. De verbranding verloopt dan beter. Hout is sowieso goedkoper dan olie/gas om te gebruiken als verwarming. Rendement van houtkachels wordt wel een beetje vreemd aangegeven; ze berekenen zowel de warmte in de kachel als de warmte die uiteindelijk in de ruimte terechtkomt. Het rendement ligt daardoor vaak rond de 90%, dus daar moet je wel even op letten. Verder is het belangrijk dat de CO2 neutraliteit wordt bekeken op macro-schaal. De CO2 wordt uitgestoten door de houtkachel in de nabijheid. Daardoor komt er meer CO2 in de lucht in de omgeving van de kachel. Om dit verbrandingsproces duurzaam te maken worden er nieuwe bomen aangeplant, maar dat gebeurt meestal niet in de directe (bebouwde) omgeving. Dus op een macro schaal is er duurzaamheid, maar op micro schaal is er (lokaa) wel meer CO2 uitstoot. In Scandinavië is er zelfs district heating met hout.

Hoofdstuk:Bijlagen

Tom had nog een tip voor een analyse systeem: MCA Multi criterial analysis. Wordt gebruikt in de Eforwood onderzoeken van de EU.


39

10.2.3 Informatie Kees van Vloten Bestuurslid bij TC Elzenhagen (technische commissie?). Heeft contact gehad met de leverancier van de opblaasbare tennishal. Oppervlakte van de hal is 36 x 36 m2. Hoogste punt is 9,20 meter. Materiaal is beetje onduidelijk, maar het is lichtdoorlatend plastic(?), bubbeltjesfolie en dan weer lichtdoorlatend plastic. Het geheel wordt omsloten door eens stalen constructie die vast zit in de grond. De isolatiewaarde van de halhuid is onbekend. De ventilator blaast buitenlucht de ballon is, en zorgt hierdoor voor overdruk. Eigenschappen van het ventilatiesysteem: Ventilatorcapaciteit: 14.400 m3/h Verwarmingscapaciteit: 209 kW/h Motorcapaciteit: 5,5 kW/220 V Noodventilator: 12.500 m3/h

ΔT = 20°C/hmax

Tennisvereniging is volledig financieel betrokken. Eenmalige bijdrage van stadsdeel van €150.000,-. Investering wordt gedaan door TC Elzenhagen, zij worden eigenaar van de tennishal en dragen ook alle lasten van energieverbruik ed.. Het stadsdeel is eigenaar van het tennispark en de kantine, daar wordt huur voor betaald. Baat bij lage energiekosten en liefst rond de 150.000 besteden aan het nieuwe systeem. De bijdrage van het stadsdeel heeft geen effect op de aanvraag van mogelijke subsidies van de rijksoverheid. De hal komt over twee tennisvelden te staan, banen zijn van smashcourt, soort gravel, maar met een kunstgras ondergrond zodat de banen ook ‘s winters goed te bespelen zijn. Volgens Kees is het niet nodig de hal te verwarmen voor sneeuw, en is de verwarming uitsluitend bedoeld voor een fijner speelgemak. Emiel heeft eerder gesproken met de leverancier van de tennishal en denkt dat het wel degelijk gaat om het voorkomen van instorting. Vraag dus voor de leverancier hoe dat zit!? Kees wil snel een afspraak met WE adviseurs, zij hebben een concept ontwikkeld voor het clubhuis en ook gekeken naar de hal, maar daar verder niet echt onderzoek naar gedaan. De contactpersoon bij het stadsdeel heet Dijkman. Graag snel een afspraak met WE, PfI en Stadsdeel om te praten over hal. Hij prefereert één bron boven twee aparte bronnen.

Hoofdstuk:Bijlagen

Hal wordt eigendom van de vereniging, dus zij hebben het laatste woord.


40

10.2.4 Gesprek Peter Vissers (PfI) Partner bij mijn stagebedrijf. In het bezit van een houtverbrandingskachel en heeft veel onderzoek gedaan voordat hij er een kocht. Houtverbrandingskachels: Rendement is erg hoog, specifiek getal is er niet. Ligt rond de 80-90%. Cijfers zouden kunnen worden opgevraagd in Zwitserland oid. Wel veel ruimte nodig om de hele installatie te kunnen plaatsen. Er zit ook een boilervat bij, waar het warme water in wordt opgeslagen. Tekeningen en schetsen staan op de computer in de map ―kachels‖ De werking staat daar ook bij aangegeven. Bij de verbranding ruik je het wel gewoon, maar de schadelijke stoffen worden afgevangen, dus er is bijna geen sprake van luchtvervuiling. De kachel kan ook worden aangedreven met behulp van een schroef. Dan wordt er ipv hout gestookt op pellets, dat zijn een soort houtkorrels die lijken op konijnenvoer (dit is waar Tom onderzoek naar heeft gedaan). Er zijn gegevens bekend over de prijs en de beschikbaarheid van hout en pellets, dus aan die informatie is te komen. Peter heeft zelf een kachel met een vermogen van 40 kW en daarbij heeft hij een boilervat van 1500 liter. De kachel doet er ongeveer 5 uur over om het hele vat te verwarmen. Het benodigde reservoir (boilervat) is afhankelijk van het vermogen van de kachel. De kachel van Peter staat ingesteld op een temperatuur van 72 graden Celsius. In de kachel vindt eigenlijk een dubbele verbranding plaats. Het hout wordt eigenlijk eerst verhit, dan verkoolt het enigszins en zijn de meeste gassen eruit (dit noemen ze ook wel vergassing) en vervolgens wordt het resthout ook nog een keer verbrand. Op deze manier wordt optimaal gebruik gemaakt van de aanwezige grondstoffen. De schadelijke stoffen die vrijkomen bij de verbranding worden afgevangen en de rest van lucht die in het systeem zat wordt weer naar buiten gebracht.

Hoofdstuk:Bijlagen

De lucht wordt door het systeem gevoerd, aangedreven door een elektrisch motortje. De lucht wordt uit buiten gehaald en daar uiteindelijk ook weer naartoe afgevoerd.


41

10.2.5 Interview Rob ter Steeg (TNO) Benaderd via de website van TNO. Hij heeft eerst een aantal vragen over mijn onderzoek. Wat de specificaties zijn van de hal en hoe de hal nu wordt verwarmd. Ik heb het hem uitgelegd en aan de hand daarvan geeft hij een aantal adviezen en tips. Warmtepompen zijn goed te gebruiken in dit soort situaties, maar dan moet je wel met een aantal dingen rekening houden: - Hoe hoger de afgiftetemperatuur; des te minder warmte kan er worden afgegeven voor een langere tijd. - 15°C is een aantrekkelijke temperatuur, kans dat je moet bijwarmen is klein. - Toepassen als een spiraal in het kanaal met toevoerlucht. Bij het laatste punt wordt bedoeld dat de warmte wordt afgegeven aan de lucht die de hal wordt ingeblazen om overdruk te creëren. De lucht gaat dan langs een verwarmingselement dat er voor zorgt dat warme lucht de hal wordt ingeblazen. Als je er voor kiest om gebruik te maken van aardwarmte, is het laten slaan van een bodemput erg duur. De warmte moet dan worden afgegeven aan lucht of water. Tevens is het belangrijk dat de warmte die je in de winter aan de bodem onttrekt, dat je die in de zomer weer aan moet vullen. Daar moeten wel berekeningen over worden gemaakt voordat je begint met bouwen, anders kan het zijn dat je niet uitkomt. De kans bestaat, met gebruik van een warmtepomp, dat als het erg vochtig is en de temperatuur is rond de 0°C de warmtepomp kan bevriezen en je systeem dus niet meer wordt verwarmd. Gebruik maken van oppervlakte water komt wel voor, maar TNO heeft weinig ervaring in projecten. Ook is het zo dat er een grote hoeveelheid water beschikbaar moet zijn (denk aan een meertje). Warmteterugwinning is een goed idee aantrekkelijke opie voor de reeds verwarmde lucht (2 luchtstromen die langs elkaar worden geleid). De luchtstromen komen met elkaar in contact en de warmte van de ene stroom, verwarmt de andere stroom. Dan heb je niet eens een extra bron nodig. Denk aan de Trias Energetica, eerst isoleren (terugwinnen) en daarna pas kijken naar duurzame vervangers. Want besparen is altijd beter dan vervangen.

Een bodembron kan warmte terugleveren aan de bodem als je die warmte ‘s zomers opvangt. Je kan dan op drie manieren verwarmen: 1.) Bodemverwarming (vloerverwarming) 2.) Lucht verwarmen (er is toch al een lucht installatie) 3.) Water verwarmen en dan op een andere manier de lucht verwarmen (dus eigenlijk luchverwarming met water als tussenstap). Voor de bron zijn twee mogelijkheden: 1.) Bodem (voldoende opp nodig en ‘s zomers afdoende warmte afvangen en het veld koelen) 2.) Lucht (warmte in zomer terugwinning is lastig) De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

Hoofdstuk:Bijlagen

Kan ook de temperatuur in de hal aanvullen met behulp van de warmtepomp (transmissie). De terugverdientijd is waarschijnlijk korter dan 15 jaar (dat is gemiddeld in een huishouden).

42

Je kan er naar kijken of je de hal goed kunt isoleren (belangrijk, sowieso denk aan Trias Energetica) Duurzame concepten: - Terugwinning ventilatielucht - Zon invangen (zodat je hopelijk minder hoeft bij te verwarmen) - Gas bijvullen is niet erg, je hebt weinig nodig en een nieuw ding implementeren is ook niet goed voor het milieu - Ventileren zonder terugwinning als je kans hebt op oververhitting Bodemput, warmte weer terug in de grond. Kijk naar asfalt collectoren  onder tennisbaan Bodem regeneren (duur) Kosten bodembron  verwarmingscapaciteit Zeer waarschijnlijk gebruik maken van een acquifer  twee putten een voor warm en een voor koud. Oppervlaktewater, controleren of het is toegestaan (gemeente) en of er voldoende water is. Document heet ISSO warmtepompen, publicatie 38.

Hoofdstuk:Bijlagen

Persoonlijke mening van Rob ter Steeg was dat het waarschijnlijk te duur is om een warmtepomp te installeren. Hij kon geen prijsschatting geven omdat er teveel onbekende factoren zijn. Moet je een bureau naar laten kijken.


43

10.2.6 Informatie Energiebeurs De Energiebeurs vond plaats in de Brabanthallen in Den Bosch op 12 oktober. Navos Klimaattechniek/Bioclina Hebben een systeem ontwikkeld met matten die bestaan uit capillaire buisjes. Deze matten kunnen gebruikt worden in de vloer, in de muur etc. Er wordt warm water door rond gepompt en dat zorgt voor de verwarming. Groot voordeel is dat de matten niet in, bijvoorbeeld beton, hoeven te worden gestort, maar gewoon direct onder de toplaag zijn aan te brengen. Triple Solar Combineren zonnepanelen met WKO en verwarmen op die manier huizen en tapwater. De combinatie met zonnepanelen is ontwikkeld toen bleek dat WKO na 2/3 slechte winters of zomers niet genoeg warmte/koude had opgeslagen om de boel te verwarmen/koelen. Nu er een koppeling wordt gemaakt met zonnepanelen is er in ieder geval genoeg warmte beschikbaar om te verwarmen in de winter (en het douchewater in de zomer). In plaats van WKO kan ook gekozen worden voor een buffervat, iets minder diep in de grond. Road Energy Systems/Ooms Avenhorn Haalt energie uit asfalt. Leggen in de toplaag een buizenstelsel aan waar water doorheen wordt gevoerd. Kan gekoppeld worden aan een gebouw (in woonwijken ed.) maar kan ook gebruikt worden om het asfalt te verwarmen of te verkoelen. Op die manier houdt de weg het langer vol, omdat de temperaturen veel dichter bij elkaar liggen. Het absorptievermogen van asfalt is erg groot, dus als er gravel wordt gebruikt, moet de berekening iets worden aangepast. Rekening houden met de ondergrond, dat je met vloerverwarming de onderkant isoleert, want anders sta je de warmte weer af aan de bodem. Geotherm Boren en installeren WKO systemen. Vonden het een interessant project, maar wilden eigenlijk alleen weten hoeveel vermogen ik nodig had, zodat ze een offerte konden maken. Wilde niks zeggen over kosten of diepte van de boring.

Auerhaan Klimaattechniek Bieden onder andere warmteterugwinunits aan. Nu blijkt dat dat in mijn geval niet mogelijk is. De temperatuur die in de hal bereikt wordt is niet hoog genoeg om de een goed rendement uit te halen. Hij raadde mij aan te kijken naar warmterecirculatie. Dat houdt in dat je de lucht van boven, binnen of buitenlangs, opnieuw naar binnen leidt en mengt met de buitenlucht. Vooral als het heel koud is, heeft dat een gunstig effect. Je mengt een percentage buitenlucht met een hoeveelheid ‗voorverwarmde‘ lucht van binnen en het temperatuursverschil dat overbrugd moet worden is veel lager en het totale proces kost dus minder energie. De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

Hoofdstuk:Bijlagen

Geo Holland BV Warmtepompen met schroef, die door de schroef ongeveer 4 keer meer vermogen kunnen leveren. Ze hoeven ook veel minder diep de grond in en de warmte wordt vooral binnen in de pomp gehouden en niet naar de bodem uitgestraald. Deze speciale pomp heet geokoax. http://www.geokoax.nl/techniek/dimensionering/. Ziet er mooi uit en maakt gebruik van een andere techniek dan de reguliere WKO‘ers. Altijd makkelijk om contact mee op de te nemen, ze hoeven namelijk niet zo diep te boren als voor reguliere warmtepompen.

44

Hoofdstuk:Bijlagen

ECN Gesproken met Marco Bakker en Niels (Sijpheer?). Vonden het een uitdagend project, maar zagen veel haken en ogen. Eerst kijken naar totaal energieverbruik en dam beslissen of het überhaupt wel rendabel is om aan de gang te blijven met een tent. Denk aan de Trias Energetica en bespaar zoveel mogelijk. Kijk of je een gebouw kunt maken met een open dak en zonnepanelen, zodat er in de zomer wel buiten getennist kan worden. Defensie heeft onlangs een systeem in gebruik genomen dat binnen 10 muinuten staat. Werkt mbv schalen die over elkaar heen geschoven worden en de buitenste schalen hebben zonnepanelen. Aangezien ik de tent moet gebruiken ivm weten regelgeving in de omgeving van de tennisbaan, zal het er op neer komen dat ik de energiekosten van de ventilator niet kwijt kan, maar wel het gasverbruik kan verlagen door gebruik te maken van een ander verwarmingssysteem. Warmterecirculatie lijkt me een goede oplossing, de gestookte warmte is dan niet helemaal verloren aan de slechte isolatie van de hal.


45

10.2.7 Gesprek met Wim Dijkman, Kees van Vloten en Emiel Wim Dijkman is Milieudeskundige Stadsdeel Amsterdam Noord, Kees van Vloten is vertegenwoordiger TC Elzenhagen. Gemeente Amsterdam streeft sinds 2008 naar klimaatneutraal bouwen. Vanaf 2015 is dat verplicht voor overheidsgebouwen. WE Adviseurs heeft opdracht gekregen te kijken naar duurzame mogelijkheden voor het te bouwen clubhuis. Zij hebben de mogelijkheden onderzocht en komen uit op twee mogelijkheden: 1. WKO in combinatie met een warmtepomp  kleine koude vraag in de zomer, bang voor bevriezing van de grond. 2. Biocentrale met houtkachel (pellets)  geen fossiele brandstoffen Vaste accommodatie voor de tennishal is afgezegd door de gemeente, in plaats daarvan is er een tegemoetkoming van 150.000 euro in de aanschafkosten van de tennishal. Er is een beperking van het bouwvolume, dat mag hoogstens 1,5 % van het totale grondoppervlak zijn. Momenteel is er geen verwarming, vroeger werd gebruik gemaakt van infrarood (stralingswarmte) maar dat werkte ook niet optimaal (en was niet duurzaam). De fabrikant van de hallen denkt totaal niet na over duurzaamheid, hij is marktleider in Europa. Heeft wel onderzoek gedaan naar het optimaliseren van de motor die gebruikt wordt door de ventilator. De ΔT is erg klein, dus met een hoogtemperatuur ga je iets verwarmen van de laagtemperatuur. De isolatiewaarde is laag, er komt mogelijk ook sneeuw te liggen, dus daar moet iets mee gedaan worden. Oranjewoud heeft gekeken naar het rapport van WE en een aantal berekeningen gemaakt. Als een second opinion. Houtkachel is energetisch niet rendabel, mogelijk wel een goed systeem met een automatisch vulsysteem. Architect weet pas een half jaar dat er duurzaam moet worden gebouwd. Plan is gemaakt voor ongeveer 10 jaar. Bereken de terugverdientijd  incl. referentie clubhuis

TC Elzenhagen wordt tegemoet gekomen door de gemeente om een opblaasbare tennishal aan te schaffen. De totale kosten incl. verwarmingssysteem zijn 150.000,-. De kosten excl. verwarmingssysteem zijn ongeveer 140.000,-. Deze 10.000,- kan gebruikt worden voor de investering in een ander verwarmingssysteem. 10.2.8 Interview Robert van de Broek (Duratherm BV) Duratherm BV legt de verschillende WKO systemen aan. Telefonisch gesprek ook de mogelijkheden en de beste optie voor TC Elzenhagen. De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

Hoofdstuk:Bijlagen

Er zijn in de berekeningen van Oranjewoud geen subsidies meegenomen.

46

Hoofdstuk:Bijlagen

Open bronsystemen zijn vaak geschikt voor (utiliteits-) gebouwen met een grote warmte en koude vraag. Ze vereisen meer voorbereidend werk dan een gesloten systeem, vooral door het uitvoeren van een haalbaarheidsstudie. Een horizontaal gesloten systeem wordt bijna nooit geplaatst, er is in Nederland eigenlijk altijd te weinig ruimte beschikbaar. Zelfde hoeveelheid benodigd als bij een verticaal systeem en dat wordt dan horizontaal geplaatst. De keuze tussen een gesloten of een open systeem is uiteindelijk alleen afhankelijk van het benodigde vermogen en de omgevingsomstandigheden. De kosten voor een open systeem zijn redelijk goed vooraf te bepalen, maar de kosten voor een gesloten systeem zijn sterk afhankelijk van het aantal boringen dat verricht moet worden. Het benodigde vermogen voor de tennishal is 250 kW. Hieruit volgt: 3. Open doublet systeem: 2 boringen, 26.000 m3 watersysteem, 150.000 euro 4. Open mono-systeem: 1 brede boring met meerdere buizen, 26.000 m3, 180.000 euro 5. Gesloten verticaal systeem: 72 boringen van 100 meter diep, 5 meter uit elkaar, nog duurder; niet bekend hoeveel. Ontzettend veel ruimte nodig voor de boringen en het is nog duurder ook.


47

10.3 Gegevens van de hal Hierin worden enkele gegevens van d hal beschreven en worden een aantal technische aspecten berekend. Deze informatie is gebruikt bij de formulering van de randvoorwaarden en als achtergrond informatie bij de technische selectie van de verwarmingsconcepten. 10.3.1 Informatie over hal De technische gegevens van de hal zijn verstrekt door Polyned, de leverancier van de hal, en zijn hieronder weergegeven. Een Poly-luchthal ontstaat door onder een speciaal materiaal (de halhuid), dat rondom de tennisbaan wordt gefixeerd, lucht te blazen. Hiervoor wordt een ventilatorunit toegepast, eventueel inclusief verwarmingsyteem. De lichte overdruk die ontstaat door het inblazen van lucht, geeft de typische bolling aan een Poly-luchthal. Daarnaast worden toegangsvoorzieningen geplaatst. Een halhuid bestaat uit een roestvast of gegalvaniseerd stalen net, een isolerende laag en een speciaal gecoat polyesterweefsel dat de huid water- en winddicht maakt. Iedere luchthal is uitgevoerd met een ventilator. Door de hoofdventilator wordt lucht onder de halhuid geblazen. Deze ventilator blijft in werking - ook als het staalkabelnet zijn ingebrachte vorm heeft aangenomen.

Hoofdstuk:Bijlagen

In het geval van calamiteiten schakelt automatisch een separate noodventilator in. De druk in de hal wordt bij veel wind automatisch verhoogd. Verwarming van een luchthal kan plaatsvinden met behulp van een systeem gebaseerd op gas, heet water/stoom of elektriciteit. Deze unit is voorzien van een direct gestookte gasbrander voor de verwarming van de hal. De ventilator is door middel van twee luchtkanalen met de hal verbonden. Het eerste kanaal blaast lucht in de hal. Het andere kanaal zuigt de lucht weer uit de hal. Deze retour-lucht gaat vervolgens langs een warmtewisselaar en wordt via het inblaaskanaal weer in de hal geblazen. Zo ontstaat een continue circulatie. De lekverliezen van de hal worden aangevuld met verse lucht van buiten.


48

10.3.2 Afmetingen De afmetingen van de hal zijn 36 bij 36 en op het hoogste punt 9,2 meter. De oppervlakte is dan gemakkelijk te berekenen: (lengte) x (breedte) = oppervlak (36) x (36) = 1296 m2 De inhoud van de hal is lastiger te bepalen omdat hij geen duidelijk geometrische vorm heeft. Om de inhoud te kunnen bepalen is een benadering gedaan die hieronder wordt beschreven. Allereerst is gekeken naar het zij-aanzicht van de hal. Omdat de hoogte van de hal bijna de helft is van de straal, wordt er in eerste instantie vanuit gegaan dat het oppervlak van het zijn-aanzicht in twee delen kan worden gesplitst, zoals weergegeven in onderstaande figuur. Het vierkante blok aan de onderkant noemen we A2, het bovenste gedeelte noemen we A1 en de totale oppervlakte noemen we Atot. A1 A2

Atot = ½ π (18)2 = 508.9 m2 De aanliggende lengte van A2 moet berekend worden met behulp van de sinus en de cosinus. De hoogte van de hal (en dus A1) is 9,2 meter, de gebruikte afmeting van de straal is 18 meter, dus de hoogte van A2 is 8,8 meter. Om de aanliggende zijde te berekenen moet gebruik gemaakt worden van de cosinus. Om de hoek te bepalen die nodig is voor die berekening maken we gebruik van de sinus: sin α = overeenstaande/schuine sin α = 8.8 / 18 α = 29.27 ° aanliggende zijde = schuine * cos α aanliggende = 18 * cos 29.27 aanliggende = 15.7 m

In dit geval is A1 = Atot – A2 A1= 508,9 m2 – 296.3 m2 A1 = 212.35 m2 De inhoud van de gehele hal is dan bij benadering: Itot = A1 * lengte van de hal Itot = 212.35 m2 * 36 m De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

Hoofdstuk:Bijlagen

De totale lengte van de A2 wordt dan 33.7 meter (gemiddelde 15,7 en 18). De oppervlakte van A2 is 8.8 m x 33.7 m = 296.6 m2

49

Itot = 7644.9 m3

Dit is een benadering; in werkelijkheid is de inhoud iets kleiner omdat de hal ook in de lengte afloopt. In deze berekening wordt uitgegaan van een constante hoogte van de hal, maar in werkelijkheid is die er dus niet. Inhoud Delft (Robbert) Bepalen oppervlakte xy-vlak

Bepalen functie lijn: x2/9 + y2/2,35 = 36 y2 = 2,35 *(-(x2/9) + 36) y = √(-0,2611x2 + 84,6) Bepalen oppervlakte onder lijn: y = ∫√(-0,2611x2 + 84,6) van -18 tot 18

Bepalen inhoud met yz-vlak


Hoofdstuk:Bijlagen

Oppervlakte onderlijn: 260,06792 m2

50

Bepalen functie lijn: x2/9 + y2/1878,75 = 36 y2 = 1878,75 *(-(x2/9) + 36) y = √(-208,75x2 + 67635) Bepalen oppervlakte onder lijn: y = ∫√(-208,75x2 + 67635)

van -18 tot 18

Hoofdstuk:Bijlagen

Inhoud hal: 7353,23 m3


51

10.4 Uitgewerkte tabellen

Hoofdstuk:Bijlagen

In dit hoofdstuk staan de tabellen die in het verslag zijn ingevuld met +, +- en – volledig ingevuld met tekst en uitleg.


52

Tabel 7, Eerste technische selectie uitgebreid

Duurzaam Ja; een gesloten systeem van WKO

Toepasbaarheid Goed; in combinatie met de bestaande ventilator.

WKO vloerverwarming

Ja; een open systeem van WKO

Goed; onder de tennisbaan, maakt gebruik van stralingswarmte

Warmtedeken

Nee; mogelijk koppelen aan duurzame elektriciteit (PV).

Voordelen 6. Duurzaam 7. Hoog rendement

10. Duurzaam 11. Hoog rendement 12. Netjes weggewerkt in de grond 13. Mogelijkheid tot uitbreiding andere banen en dan clubhuis verwarmen 14. Open systeem Mogelijk; hangt er 16. Plaatselijke van af welk materiaal verwarming van de hal (gel, water of 17. Sneeuw smelt infrarood)er wordt direct gebruikt en of het bevestigd kan worden aan het tentdoek.


Nadelen 8. Combineren met ventilator en die mogelijkheid is niet duidelijk. 9. Lucht verwarmen mbv water  gesloten systeem met warmtewisselaar 15. In de zomer worden de banen dan juist gekoeld.

18. Bevestiging van deken nog onduidelijk. 19. Weinig bekend over materiaal. Effect infrarood op polyester is onbekend 20. Duurzame component bijgezocht worden

Eindoordeel Meenemen naar de definitieve technische selectie

Meenemen naar de definitieve technische selectie

Verwerpen; teveel onduidelijkheden en methode zelf is niet duurzaam

Hoofdstuk:Bijlagen

Systeem WKO luchtverwarming

53

Verwarmingslint

Nee; elektriciteit zou duurzaam kunnen worden opgewekt

Afhankelijk van hoe het kan worden aangelegd.

21. Plaatselijke verwarming, maar onbekend of hele hal verwarmd kan worden.

22. Veel verwarmingslinten samenvoegen is lastig. 23. Duurzame component gezocht worden

Lampen- en terrasverwarming

Nee; elektriciteit zou duurzaam kunnen worden opgewekt.

Goed; kunnen overal geplaatst worden, zolang er wel 10 meter afstand is van de halwand

24. Goed richten op bepaalde punten. 25. Aan en uitzetten van installatie is geen probleem

26. Van zichzelf niet duurzaam, combinatie zoeken. 27. Verlichting is niet nodig overdag, dus is er teveel energie.

Houtverbrandingskachels

Ja; mits er nieuw hout wordt aangepland en er rekening wordt gehouden met de biodiversiteit etc.

Redelijk; de lucht 28. Duurzaam wordt verwarmd op materiaal een duurzame manier 29. Zitten in een en zo wordt de hal beboste omgeving verwarmd. Hout moet 30. Hoog rendement handmatig worden 31. Lucht en ingevoerd. waterverwarming mogelijk

Hoofdstuk:Bijlagen

32. Iemand moet de kachel vullen 33. Hout moet duurzaam zijn. 34. CO2 uitstoot is lokaal wel hoog. 35. Hoogtemperatuur verwarmen, terwijl we laagtemperatuur zoeken.

Verwerpen; geen duurzame methode en het samenvoegen van de linten kan lastig worden Verwerpen; het doel is verwarmen en dat gebeurt alleen in combinatie met verlichten en de methode zelf is niet duurzaam. Verwerpen; de methode is goed, alleen de wensen van de tennisbaan geven aan dat er niemand bereid is om continu hout toe te voeren.


54

Warmtepomp

Warmterecirculatie

Windturbines

Ja; lucht wordt aangezogen en door een ondergronds buizenstelsel geleid (10°C) en vervolgens mbv een warmtepomp verwarmd tot gewenste temp. Ja; mits de benodigde elektrische energie duurzaam wordt opgewekt. Nee; meer een aanvulling op de andere mogelijkheden om ΔT te verkleinen

Goed; buizen kunnen worden aangelegd onder de velden en mbv een warmtewisselaar wordt de warme lucht vermengd met de ventilatielucht.

36. Duurzaam 37. Luchtverwarmen en mengen met ventilatorlucht mbv warmtewisselaar.

38. Onduidelijk hoe de temperatuur van de grond over het hele jaar gezien gelijk blijft 39. Genoeg warmte voor benodigde warmte


Goed; de warmtepomp pompt warmte uit de bodem en leidt dat door een buizenstelsel.

40. Aan- en uitzetten 41. Lucht verwarmen en verspreiden mbv ventilator


Redelijk; de warme lucht binnen in de hal wordt teruggevoerd door een recirculatieunit zodat de nieuw aangevoerde lucht wordt voorverwarmd.

44. Kleinere Δ T; scheelt energie voor verwarmen tot gewenste temperatuur

42. Goed bestuderen of benodigde thermisch vermogen haalbaar is met dit systeem. 43. Duurzame bron vinden 45. Lastig toe te passen in de opblaasbare hal, er zijn zeer goede isolatiebuizen nodig om de warmte weer terug te leiden.

Ja

Lastig; een grote windturbine mag niet geplaatst worden en aan een kleine

46. Duurzame elektriciteit. Kan gebruikt worden om bv. De warmtepomp


47. Heel veel regels en mogelijk geluidsoverlast. 48. Kleine turbines

Verwerpen als potentiële kanshebber. Kan in een later stadium wel als hulpmiddel worden gebruikt. Kan op zichzelf niet voldoende warmte leveren. Verwerpen; teveel weten regelgeving, lastig te plaatsen

Hoofdstuk:Bijlagen

Aardwarmte

55

PV

Ja

Goed; mits een goede plek gevonden kan worden om ze te plaatsen. Levert veel elektriciteit op.

Zoutopslag

Redelijk; wordt gebruik gemaakt van faseverandering van zouten Ja; maken gebruik van restwarmte of een grote bron

Nee; nog in de experimentele fase, nu nog niet rendabel

Stads- en blokverwarming

Zonneboiler icm tank

Ja; door gebruik te maken van de

Nee; het oppervlak van de tennisbanen is te klein om in aanmerking te komen voor deze regeling. Ook zijn er geen gebouwen in de buurt waar de tennishal zich bij aan kan sluiten. Redelijk; onderzoeken hoe


aan te sturen

hebben ook veel lagere opbrengst dan grote turbines. 49. Geen subsidies oid. 54. Niet duidelijk waar ze geplaatst zouden moeten worden.

in bebouwde omgeving en laag rendement.

56. Nog niet toepasbaar, verkeerd nog in experimentele fase

Verwerpen; verkeerd nog in de experimentele fase

57. Goedkoop en duurzaam

58. Niet mogelijk in onze situatie

Verwerpen; niet toepasbaar in deze situatie

59. Geen rekening te houden met koelen

60. Waarschijnlijk een zeer grote tank nodig.

Meenemen naar de definitieve

50. Technologie wordt steeds goedkoper 51. Kan veel energie opwekken 52. Veel mogelijkheden; water verwarmen, mbv elektriciteit dingen aansturen 53. Subsidie regelingen 55. Warmte opslaan dat verkregen is mbv PV cellen


Hoofdstuk:Bijlagen

windturbine zitten ook veel voorwaarden.

56

groot de tank moet zijn en of deze geplaatst kan worden

Goed; bepalen welke brandstof het meest geschikt is

in de zomer, want dan wordt het water gewoon opgeslagen.

62. Duurzaam; warmte en elektriciteit in één. 63. Subsidies beschikbaar (in beperkte mate)

61. Onduidelijk waar de PV cellen geplaatst moeten worden.

technische selectie

64. Ook productie van elektriciteit, is eigenlijk geen onderdeel van de opdracht.


Hoofdstuk:Bijlagen

WKK (CHP)

zonneboiler wordt water verwarmd en opgeslagen in een ondergrondse tank Ja; mbv één brandstof wordt zowel warmte als elektriciteit opgewekt.


57

Tabel 8, Technische selectie

Veiligheid

Betrouwbaarhei d

Investeringskoste n

Goed; efficiëntie van WKO is goed. Verwarming via lucht iets minder, maar de enige manier waarop verwarmd kan worden.

WKO systeem is inmiddels vaak geplaatst, veilig systeem. Verwarmi ng van de lucht gebeurt nu ook -> veilig

Zeer betrouwbaar systeem.

130.000 – 180.000

Jaarlijks e kosten

TVT

Milieubelasting

14

Open bron, dus regeneratie is verplicht. Verder geen gevolgen voor het milieu. Geen geluidsoverlast

Sociale aanvaard baarheid Geen punt

Hoofdstuk:Bijlagen

WKO Luchtverwarming

Efficiëntie


58

Goede efficiëntie van de warmtepomp en weinig energieverlies rest van het systeem.


De efficiëntie van de zonnecollectoren is niet erg hoog, en ook de opslagtank heeft warmteverlies

Systeem is veilig, maakt gebruik van lucht als warmte overdrager . Verwarmi ng via de lucht is veilig. Zonnecoll ectoren zijn veilig en de opslagtank bevat slechts water. Lekken van tank is niet dramatisc h.

Zeer betrouwbaar systeem

Betrouwbaar systeem, maar in teststudie in Duitsland moest vaak en veel worden bijgestookt.

50.000 – 90.000

7

Geen verplichtingen en geen speciale vloeistoffen die de bodem kunnen vervuilen. Geen geluidsoverlast

Geen punt

35

De opslagtank zit onder de grond, systeem maakt geen geluid.

Geen punt

Hoofdstuk:Bijlagen

Grondgekoppelde warmte overdracht


59

10.5 Figurenlijst Figuur 2, Convergeren / divergeren naar Timmers en Van der Waals ................................................. 11 Figuur 1, Multi Criteria Analyse ........................................................................................................... 11 Figuur 3, Exergie .................................................................................................................................. 13 Figuur 4, Trias Energetica..................................................................................................................... 14 Figuur 5, Warmtepomp ......................................................................................................................... 17 Figuur 6, WKK ..................................................................................................................................... 18 Figuur 5, Doubletsysteem ..................................................................................................................... 19 Figuur 6, Monobronsysteem ................................................................................................................. 19 Figuur 8, Gesloten bronsysteem horizontaal......................................................................................... 20 Figuur 9, Gesloten bronsysteem verticaal ............................................................................................. 20 Figuur 10, Grondgekoppelde warmte overdracht ................................................................................. 21 Figuur 11, Zonnecollector met opslagtank ........................................................................................... 22

10.6 Tabellenlijst

Hoofdstuk:Bijlagen

Tabel 2, WKO systemen ....................................................................................................................... 21 Tabel 1, Eerste technische selectie ........................................................................................................ 24 Tabel 3, Systeemkosten ........................................................................................................................ 27 Tabel 4, Exploitatiekosten .................................................................................................................... 27 Tabel 5, Terugverdientijd...................................................................................................................... 27 Tabel 6, MCDA .................................................................................................................................... 28 Tabel 7, Eerste technische selectie uitgebreid ...................................................................................... 53 Tabel 8, Technische selectie ................................................................................................................. 58


60

Introducite. De duurzame toekomst van een verwarmde opblaasbare tennishal

Recommend Documents