Duurzaam verwarmen zonder gas

In Nederland verwarmen wij onze woningen sinds de jaren 60 met behulp van gas. Op zich een eenvoudige en doelmatige warmtebron, maar de toegepaste gasketels zijn ver doorontwikkeld en kunnen eigenlijk niet verbeterd worden. Toch hebben we besloten op termijn van het gas af te gaan. deBron zal een van de mogelijkheden zijn om dat te realiseren.

deBron maakt gebruik van bestaande technieken waaronder de warmtepomp. Vrijwel iedereen heeft een warmtepomp in huis. De koelkast en de diepvries maken gebruik van een warmtepomp. Deze halen de warmte uit de kast en geven die met een radiator achter het toestel af aan de ruimte. De warmtepomp waar wij gebruik van maken doet hetzelfde; de warmte in de bodem wordt opgenomen en afgegeven aan het verwarmingssysteem, daardoor koelt de bodem af. Om te voorkomen dat er te weinig warmte overblijft wordt er warmte van de zon weer in de bodem gebracht. Dit heet regenereren.

In de grond wordt een ondiepe bron geboord, maximaal 30 meter diep met een diameter van 65 cm. In deze bron komt een warmtewisselaar, die energie uit de bodem kan halen. Deze energie gaat naar de warmtepomp, die water van 40 graden levert aan het verwarmingssysteem in huis. De benodigde stroom voor de warmtepomp kan opgewekt worden met zonnepanelen op het dak. De grond wordt geregenereerd door zonnewarmte. Deze wordt geoogst door thermische absorbers onder de zonnepanelen te plaatsen, zogenaamde solar-absorbers. Voor warm tapwater wordt er een boiler met elektrisch element gebruikt. Deze zorgt altijd voor voldoende tapwater van minimaal 55°C.

deBron is ook ontwikkeld om te vermijden dat er gegraven moet worden in gebieden met veel kabels en leidingen, met deBron hoeven geen straten opengebroken te worden.

Om het idee te testen en verder te ontwikkelen voor toepassing in onze bestaande woningen heeft TKI Urban Energy – een onderdeel van RVO een subsidie beschikbaar gesteld om wetenschappers en mensen van de praktijk samen te brengen. Hiervoor is consortium deBron opgericht. De resultaten worden op deze site beschikbaar gesteld.

Wat is deBron?

deBron is een mini Warmte en Koude Opslag ook wel WKO genoemd. Voor het benutten van bodemwarmte wordt voor grote gebouwen een normale WKO gebruikt: twee diepe putten op enige afstand van elkaar voor een warme en een koude bron. Water wordt dan van de ene put in de andere gestort nadat de warmte eruit gehaald is. Of koude, waarmee gebouwen gekoeld kunnen worden. DeBron is een ondiepe mini-WKO waarbij er via een warmtewisselaar aan de bodem warmte en koude wordt onttrokken en weer teruggevoerd. De gesloten wisselaars worden daarbij aangebracht tot een maximale diepte van 30 meter en zijn daarom ook toepasbaar in waterwingebieden.

Waar is deBron op gebaseerd?

deBron maakt gebruik van de warmtecapaciteit van grondwater en zand. Dit water bevindt zich in de bovenste lagen. Warmte van de zon bereikt het bodempakket tot ongeveer 50m. Deze warmte wordt benut om de installatie te voeden. Water heeft de grootste warmtecapaciteit van alle voor dit doel beschikbare materialen en heeft bovendien in vloeibare toestand een goede warmtegeleiding. Dit maakt water en dus ook grondwater geschikt als batterij van warmte.

Water en ook Grondwater heeft een bijzondere eigenschap. Door het af te koelen van bijvoorbeeld 11 °C naar 10 °C komt 4,7 J vrij. Als water van 0 °C wordt afgekoeld tot -0°C – het is dan nog vloeibaar- dan komen er 376 J vrij. Dit noemen we latente warmte. Het onttrekken van bodemwarmte is gebaat met een groot temperatuur verschil. Dan vloeit de bodemwarmte het snelst naar de warmtewisselaar. Maar we willen niet dat de warmtewisselaar bevriest. Want dan ontstaat door ijsvorming een isolator en kan de ‘warmte ‘ de wisselaar niet meer zo gemakkelijk bereiken. Deze latente warmte vormt een buffer in het systeem. Regeltechnisch wordt steeds gecontroleerd hoe het warmtegedrag in de bodem zich voltrekt en wordt bijgestuurd indien dat nodig is. Warmteabsorbers onder de panelen regenereren in de zomerdag het bodempakket.

Waaruit is deBron samengesteld?

deBron is opgebouwd uit vier hoofdcomponenten:

bodembron met gesloten warmtewisselaar, buffervat en een warmtepomp
zonnepanelen met daaronder solar-absorbers
boiler voor warm tapwater
het afgifte systeem

De boiler wordt aangebracht in plaats van de huidige cv-ketel.
Het systeem van warmtevraag en warmteopslag wordt geregeld met een computer, de Smart Control Unit (SCU) en aangesloten op de laag temperatuurverwarming.
Op het dak worden voldoende zonnepanelen aangebracht om de elektriciteit die nodig is om de warmte te genereren, te dekken. De solar- absorbers onder de panelen transporteren warmte en zorgen zo voor regeneratie van de bodem.

Hoe functioneert deBron?

DeBron slaat warmte op in de zomer en gebruikt deze warmte in de winter. Deze warmte wordt gegenereerd door koeling van de woning en door solar-absorbers op het dak en door directe in indirecte warmte van de zon.
Het grondpakket dat opgewarmd wordt breidt zich daardoor langzaam uit. In het stookseizoen wordt evenveel warmte onttrokken en blijft de bodemtemperatuur in balans.
De installatie is zo afgesteld dat het bodempakket niet kan bevriezen.

Wat zijn de kenmerken van deBron?

deBron levert het gehele jaar door warmte voor warm tapwater en om de woning comfortabel te verwarmen. Omdat de bron los van de woning in de bodem wordt aangebracht zijn er geen trillingen voelbaar en is het systeem geluidloos. Het voeden van het systeem gebeurt met elektriciteit van het net of opgewekt met zonnepanelen op het dak. De voorkeur gaat natuurlijk uit naar een energie-neutrale verwarming, maar dat is niet perse noodzakelijk. deBron maakt gebruik van bewezen technieken, die met andere inzichten worden benut. Het is een energiezuinig systeem en vraagt een minimum aan ruimte in de woning. Slechts het boilervat wordt geplaatst op de plaats van de huidige cv-ketel, eventueel in liggende uitvoering voor minimaal ruimtebeslag en verdeling van het gewicht.

Wat zijn de voorwaarden voor het installeren van deBron?

deBron is bedoeld voor alle grondgebonden woningen die beschikken over een bereikbare voor- of achtertuin, of beschikken over een gemeenschappelijke tuin.
Isoleren van de woning en kierdicht maken zijn de beste manieren om efficiënt energie te besparen en het wooncomfort te verhogen. Daarom gaan wij uit van het betaalbaar isoleren van de woning op nivo label C of label B. Dat beperkt zich tot spouwmuurvulling, dakisolatie aan de binnenzijde, HR++ glas en de kieren dichtaken.
Het warmteafgifte systeem moet de eigenschappen hebben van een laagtemperatuur verwarming, zoals een vloerverwarming. Of grote radiatoren en ook ventilator-convectoren. Deze keus wordt samen met de bewoner gemaakt op basis van de situatie in de woning.

Is deBron milieuvriendelijk en duurzaam?

deBron is een milieuvriendelijke oplossing wegens de balans in de bodem: er wordt evenveel warmte onttrokken als weer teruggevoerd. Hierdoor is er geen uitputting van de bodem. De gebruikte materialen zijn niet toxisch en hebben een lange levensduur.
Zonnepanelen hebben eveneens een lange levensduur en worden teruggenomen door de fabrikant (PV Cycle). Drinkwater wordt op diepte gewonnen. Dit drinkwater bevindt zich onder de waterscheidende kleilaag op een diepte van 70-90 m. De ondiepe plaatsing van de warmtewisselaars voorkomt dat de waterscheidende kleilaag doorboort wordt en het grondwater in contact komt met drinkwater waardoor het drinkwater wordt vervuild. deBron mag daarom ook in waterwingebieden worden geplaatst.

Testlocaties & Resultaten

deBron 1.0
Er is een bron geplaatst die uit twee warmtewisselaars op enkele meters van elkaar is opgebouwd. Deze bevinden zich op 10 en 14 meter onder het maaiveld. In het onderzoek wordt de onderlinge beïnvloeding onderzocht en de afzonderlijke capaciteit. Deze bron wordt benut voor een kinderdagverblijf en functioneert zonder onderbreking. In de zomerdag wordt de bodembron geregenereerd door de vloer passief te koelen.

deBron 2.0
Er zijn vier bronnen geplaatst die ieder een eigen stookprotocol hebben. De protocollen zijn gerelateerd aan de samenstellingen van verschillende huishoudens en een kantoor. Het doel is te bepalen wat de omvang van de bron moet zijn om in alle situaties voldoende warmte te krijgen voor een comfortabel binnenklimaat en voldoende warm tapwater. Ook wordt de horizontale en verticale invloed van de bronnen op elkaar onderzocht en het verloop van de bodemtemperatuur op enige afstand van de warmtewisselaars.

Warmtewisselaar

De bodembron is opgebouwd uit drie warmtewisselaars. Iedere warmtewisselaar is opgebouwd uit vier elementen. Samen vormen zij een sectie. Een bodembron heeft naar gelang het benodigde vermogen twee, drie of vier secties.

Sensoren

In de bodem worden rondom de warmtewisselaars sensoren geplaatst die een nauwkeurige registratie van de bodemtemperaturen mogelijk maken. Ook worden de flows en temperaturen gemeten van alle relevante onderdelen. Het doel van deze metingen is inzicht te krijgen in de werking en het verkrijgen van informatie om het systeem bij te sturen.
Deze meetresultaten zullen t.z.t..op deze plaats gedeeld worden.

Solar-absorber

Om warmte te genereren met het doel de bodembron te regenereren worden er solar-absorbers onder de zonnepanelen aangebracht. Als de temperatuur van de buitenlucht is hoger is dan de temperatuur van het grondwater leveren de solarabsorbers rechtstreeks aan de warmtepomp waardoor de prestatie van de warmtepomp wordt verbeterd.

Wie werken mee aan de ontwikkeling van deBron?

Solevo BV

Solevo BV is opdrachtnemer en coordinator in de ketensamenwerking tussen verschillende bedrijven die samenwerken aan verduurzamingsprojecten. Solevo BV is penvoerder van het ontwikkelteam van deBron en opdrachtgever voor de uitvoering.

Archisol Solar Support

Archisol Solar Support ontwikkelt oplossingen voor het verduurzamen van gebouwen. Het bedrijf heeft in de loop der jaren verschillende verduurzamingsprojecten uitgevoerd en veel kennis en ervaring opgedaan. Daar is o.m. het project deBron uit voortgekomen.

ECN TNO

ECN, part of TNO is de kennis– en onderzoeksinstelling op het gebied van energie. Zij beschikken over uitgebreide databases en adviseren bedrijven en instellingen met de ontwikkeling van nieuwe technieken.

Renergize Consultancy

Renergize Consultancy biedt concrete advisering en ondersteuning voor bedrijven, investeerders en gemeentes. Het verzorgt aanvragen voor innovatie-subsidie, geeft strategisch advies, beoordeelt technologie, en implementatie trajecten voor bewoners en ondernemers.

Geo Holland

Geo Holland levert sinds 2010 warmtepompinstallaties en bronsystemen. Zij leveren service en advies en controleren op afstand de werking van de installaties.

SEAC

SEAC is een onderzoekscentrum gericht op systemen en toepassingen van zonne-energie. Het werkt mee aan de ontwikkeling en implementatie van nieuwe producten, volgt de prestaties en biedt verbeteringsvoorstellen aan.

Sommers Installatietechniek

Sommers Installatietechniek heeft naast een gezonde bedrijfsvoering, oog en hart voor de maatschappij en zet zich in om goed functionerende en duurzame installaties te plaatsen.

TU/e Eindhoven

...

DV Technics

DV Technics is een veelzijdig eenmansbedrijf dat is opgericht in 2006 en is gespecialiseerd in advisering en uitvoering van alle technische vraagstukken of projecten.

Luxwolt

Luxwolt is specialist in het verbeteren van productiebedrijven in het MKB en leggen zich toe op Matching. Het vormt de schakel tussen idee en uitvoering.

Fluidwell

Fluidwell is als internationale leverancier gespecialiseerd in de ontwikkeling en productie van meet- en regelsystemen voor de energiesector.
Binnen het project de Bron brengen zij de kennis in over de integratie, uitlezing en aansturing van de diverse componenten.