Open en gesloten WKO systemen Open systemen Een kenmerk van open systemen is dat er grondwater onttrokken en geïnfiltreerd wordt. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen doubletsystemen, monobronsystemen en doorstroomsystemen. Doubletsystemen Bij doubletsystemen wordt gebruik gemaakt van één of meerdere combinaties van een warme en een koude bron. Een systeem dat uit één doublet bestaat, werkt met een combinatie van één koude en één warme bron. Door middel van de bronnen kan water uit en in de bodem worden gebracht. De bronnen staan met leidingen in verbinding met het gebouwencircuit. De bronnen hebben filters die in zogenaamde watervoerende pakketten geplaatst worden. Een watervoerend pakket is een zandig deel van de ondergrond, waarin grondwaterstroming plaatsvindt. Het grondwater kan door de filters uit en in de bodem stromen (opgepompt en geïnfiltreerd worden). Afhankelijk van het seizoen waarin begonnen wordt, wordt koude of warmte in de bodem geladen. Wordt in de zomer begonnen, dan zal het systeem op koelen ingesteld staan en zal er opgewarmd water via de warme bron in de ondergrond gebracht worden. In de ondergrond ontstaat ter plaatse van de warme bron een ondergrondse warmwaterbel die in omvang groeit zolang er bovengronds gekoeld wordt (en er warmte van het gebouw aan het koelwater wordt afgestaan). Bij de wisseling van het stookseizoen wordt de stromingsrichting van het grondwatersysteem omgedraaid. In de winter is de stromingsrichting van het grondwater in het grondwatercircuit daarom tegengesteld aan de zomersituatie. De in de ondergrond gevormde warmwaterbel wordt nu opgepompt en het warme water wordt gebruikt voor bovengrondse verwarming. Dit water staat warmte af en krijgt daardoor een lagere temperatuur. Het afgekoelde water wordt vervolgens met behulp van de koudebron in de ondergrond gebracht. Deze koudebel groeit zolang er bovengronds verwarmd wordt. De energie wordt via warmtewisselaars afgestaan aan het gebouwcircuit. De koude en warme bronnen mogen elkaar niet thermisch beïnvloeden en daardoor is een bepaalde minimale afstand tussen de bronnen vereist.
Het grondwater heeft van nature een temperatuur van ongeveer 10 tot 13 oC. Deze temperatuur loopt langzaam op met toenemende diepte. De gebruikelijke temperatuurrange bij systemen voor opslag van energie in de bodem is minimaal 5 oC en maximaal 25 oC. Belangrijk is dat er balans bestaat in de energiestromen: over een bepaalde periode bezien dient er evenveel warmte als koude in de bodem gebracht te worden. Een indicatie voor het vermogen per put is 50 kW tot 5 MW. Afhankelijk van het debiet is er binnen het kader van de Waterwet een meldingsplicht of vergunningsplicht van toepassing. Om een vergunning te krijgen moet eerst een procedure doorlopen worden die een aantal maanden duurt. Hier dient bij de projectplanning rekening mee gehouden te worden. Belangrijke toepassingsgebieden van doubletsystemen zijn: Woningbouw; Utiliteitsbouw (kantoren, scholen, ziekenhuizen enz); Bedrijventerreinen; Industrie; Collectieve ontwerpen en collectieve systemen Voordelen - Door de mogelijke grote vermogens ook geschikt voor grote ruimtes, kantoren en bijvoorbeeld ziekenhuizen; - Mits goed ontworpen en geëxploiteerd een robuust systeem met een relatief hoog rendement (hoger dan monobronnen en doorstroomsystemen); - Het oppompen en retourneren in het zelfde watervoerende pakket heeft een significant effect op het verziltingrisico t.o.v. doorstroomsystemen; - Bodemopbouw is wat minder bepalend voor het rendement dan bij monobronnen; - Geschikt voor de levering van koude en warmte; - Warmte en koude stroomt niet af zoals bij doorstroomsystemen (duurzamer beheer van de ondergrond mogelijk) Nadelen - Voor het plaatsen van de doubletten is ruimte nodig (meer dan bij monobronnen) om onderlinge thermische beïnvloeding van bronnen te voorkomen. Monobronsystemen Bij een monobron zijn de koude bron en warme bron in één boorgat geplaatst. Hierbij wordt in de ondergrond de warmte boven de koude opgeslagen. Dit systeem kan alleen goed werken indien er twee watervoerende pakketten aanwezig zijn die van elkaar gescheiden worden door een slecht doorlatende laag (bijvoorbeeld een kleilaag). Het filter van de warme bron wordt dan in het bovenste watervoerende pakket geplaatst en het filter van de koude bron in het daaronder gelegen watervoerende pakket. Indien de slecht doorlatende laag voldoende dik is en over een voldoende groot oppervlak voorkomt, zal de onderlinge beïnvloeding van de energiebellen minimaal zijn. De monobron staat met leidingen in verbinding met het gebouwencircuit. De energie wordt via warmtewisselaars afgestaan aan het gebouwcircuit. De werking is in principe het zelfde als bij doubletsystemen. In de zomer wordt het gebouw gekoeld en wordt opgewarmd water via het bovenste pompfilter in de ondergrond gebracht. Dit opgepompte water is afkomstig uit het diepere watervoerende pakket en wordt met het koude filter opgepompt. Gedurende het zomerseizoen groeit de warme bel in volume. In de winter is behoefte aan verwarming en kan de gevormde warme bel benut worden. Met behulp van het ondiepste filter wordt warm water opgepompt waarmee bovengronds verwarmd kan worden. Het water staat energie af en daalt in temperatuur. Dit afgekoelde water wordt vervolgens in het diepere watervoerende pakket geretourneerd. De gebruikelijke temperatuurrange bij systemen voor opslag van energie in de bodem is vergelijkbaar met die van doubletsystemen en is minimaal 5 oC en maximaal 25 oC. Belangrijk is dat er balans bestaat in de energiestromen: over een bepaalde periode bezien dient er evenveel warmte als koude in de bodem gebracht te worden. Een indicatie voor het vermogen per bron is 50 tot 400 kW, maar 1.000 tot 1.200 kW komt ook voor.
Afhankelijk van het debiet is er binnen het kader van de Waterwet een meldingsplicht of vergunningsplicht van toepassing. Om een vergunning te krijgen moet eerst een procedure doorlopen worden die een aantal maanden duurt. Hier dient bij de projectplanning rekening mee gehouden te worden. Belangrijke toepassingsgebieden van monobronsystemen zijn: Woningbouw; Utiliteitsbouw (kantoren, scholen, ziekenhuizen enz); Bedrijventerreinen Voordelen - Relatief goedkoop t.o.v. doubletsystemen; - Vraagt minder ruimte en minder leidingwerk en kan daardoor ingezet worden op locaties met beperkt beschikbare ruimte; - Geschikt voor de levering van koude en warmte. Nadelen - Bodemopbouw is sterk bepalend voor de mogelijkheden en het rendement; - Doordat er maar gebruik gemaakt wordt van één bronlocatie zal door de invloed van de natuurlijke grondwaterstroming meer energie afstromen en verloren gaan dan bij doubletsystemen; - Door grotere afstroming van energie minder geschikt voor collectieve ontwerpen en collectieve systemen; - Er kan verzilting van ondiep zoet grondwater optreden door het oppompen van dieper brak tot zout grondwater; - Beperkte capaciteit t.o.v. doubletsystemen Doorstroomsystemen Doorstroomsystemen worden ook recirculatiesystemen genoemd. Bij deze systemen stroomt het opgepompte grondwater, in tegenstelling tot bijvoorbeeld bij de doubletsystemen, in één richting. De natuurlijke grondwatertemperatuur van ongeveer 10 tot 13 oC wordt gebruikt om in de zomer te koelen en in de winter te verwarmen. Het grondwater wordt op een plaats opgepompt en op een andere plaats weer in de bodem geretourneerd. Doorstroomsystemen kunnen als doublet of als monobron uitgevoerd worden. De gebruikte temperatuurranges zijn vergelijkbaar met die van doubletsystemen. In de winter en de zomer stroomt respectievelijk een koude en een warme bel af met de natuurlijke grondwaterstroming. Belangrijk is dat er balans bestaat in de energiestromen: over een bepaalde periode bezien dient er evenveel warmte als koude in de bodem gebracht te worden. Een indicatie voor het vermogen per bron is 50 tot 400 kW. Afhankelijk van het debiet is er binnen het kader van de Waterwet een meldingsplicht of vergunningsplicht van toepassing. Om een vergunning te krijgen moet eerst een procedure doorlopen worden die een aantal maanden duurt. Hier dient bij de projectplanning rekening mee gehouden te worden.’ Belangrijke toepassingsgebieden van doorstroomsystemen zijn: Woningbouw; Utiliteitsbouw (kantoren, scholen, ziekenhuizen enz); Bedrijventerreinen
Voordelen - Relatief goedkoop t.o.v. doubletsystemen i.v.m. eenvoudigere putconstructie; - Geschikt voor de levering van koude en warmte Nadelen - Bij één bron wordt alleen onttrokken of alleen geretourneerd. Hierdoor zijn de hydrologische effecten en het risico op verzilting (upconing) relatief groter; - Er stroomt telkens koude en warmte af, hierdoor gaat energie verloren en is het beheer van de ondergrond minder duurzaam mogelijk; - Door afstroming van energie minder geschikt voor collectieve ontwerpen en collectieve systemen
Gesloten systemen Een kenmerk van gesloten systemen is dat er geen grondwater onttrokken en geretourneerd wordt. Deze gesloten systemen worden ook wel bodemwarmtewisselaars genoemd. Doordat er geen grondwater wordt ontrokken en geretourneerd is de Waterwet niet van toepassing. Bodemwarmtewisselaars Bodemwarmtewisselaars kunnen horizontaal en verticaal gerealiseerd worden. Bij beide systemen worden lussen in de ondergrond gebracht, die gevuld worden met een vloeistof die energie kan opnemen en afstaan. Deze vloeistof kan glycol, water of zelfs bietensap zijn. De lussen worden in combinatie met een warmtepomp gebruikt. De ondiepere systemen kunnen met behulp van een sondeertechniek aangebracht worden, de diepere systemen met een boortechniek. Deze systemen worden tot maximaal 150 meter diepte gerealiseerd. De keuze voor horizontaal of verticaal hangt sterk af van onder andere de energiebehoefte, de opbouw van de ondergrond en de beschikbare ruimte. De ondergrond waarin de lussen geplaatst worden, moet in ieder geval zand en water bevatten en zo min mogelijk klei. Onder goede omstandigheden zijn er vermogens van ongeveer 50 watt per meter lus te bereiken.
Belangrijke toepassingsgebieden van bodemwarmtewisselaars zijn: Woningbouw (kleinschalige projecten); Utiliteitsbouw (kleinschalige projecten); Bedrijventerreinen (kleinschalige projecten)
Voordelen - Relatief goedkoop; - Geen Waterwetvergunning nodig - Geschikt voor de levering van koude en warmte (systeem lijkt wat minder geschikt voor koudelevering) Nadelen - Bodemopbouw is sterk bepalend voor de mogelijkheden; - Voor een bepaald vermogen zijn vrij veel meters lus nodig, er dient dan ook vrij veel geboord of gesondeerd te worden; - Sterke grondwaterstroming kan het energetisch rendement verlagen; - Over het algemeen een lager energetisch rendement dan andere systemen; - Variatie in de temperatuur; - Voor grote projecten minder geschikt Energiepalen Dit zijn heipalen die voorzien zijn van kunststoflussen waarin zich een vloeistof bevind die energie kan opnemen en afstaan. In die zin zijn zij vergelijkbaar met bodemwarmtewisselaars. Belangrijke toepassingsgebieden van energiepalen zijn: Nieuwbouw Woningen (kleinschalige projecten); Nieuwbouw utiliteitsbouw (kleinschalige projecten); Nieuwbouw bedrijventerreinen (kleinschalige projecten) Voordelen - Relatief goedkoop; - Geen Waterwetvergunning nodig Nadelen - Door een maximale lengte zijn er meer palen nodig t.o.v. het aantal lussen bij verticale bodemwarmtewisselaars; - Bodemopbouw is sterk bepalend voor de mogelijkheden; - Relatief laag vermogen van ongeveer 5 watt per meter lus; - Slechte bereikbaarheid bij lekkages; - Eigenlijk alleen voor nieuwbouw
