Op deze plek kunnen nieuwe artikelen uitgeprobeerd worden.

Warmte uit oppervlaktewater bewerken

Warmte uit oppervlaktewater is het onttrekken van thermische energie uit oppervlaktewater in de vorm van warmte. Dit gebeurt door gebruik te maken van een temperatuurverschil over een warmtewisselaar tussen het oppervlaktewater en een tweede medium (bijvoorbeeld: CV-water, grondwater).

Achtergrond bewerken

Door middel van een warmtepomp is het mogelijk om de laagwaardige warmte van oppervlaktewater (doorgaans maximaal 25°C in Nederland) om te zetten naar bruikbare warmte voor ruimteverwarming of warm tapwater.

Praktijk bewerken

In de woningbouw wordt veel met warmtepompsystemen geëxperimenteerd. Echter door de grote seizoensinvloeden (groot warmte-aanbod in de zomer grote warmtevraag in de winter) is het behalen van een goed rendement (COP) moeilijk. Het rendement van een warmtepomp is namelijk lager naarmate de te overbruggen temperatuurverschillen groter zijn. Hierdoor is het direct gebruiken van warmte uit oppervlaktewater doorgaans economisch weinig interessant. Ook kan het oppervlaktewater bevriezen wat voor leveringsproblemen kan zorgen. De techniek wordt in Amsterdam toegepast op enkele woonboten. De watertemperatuur is op 1,5 meter diepte altijd minimaal 7 graden Celsius.

Warmte uit oppervlaktewater wordt wel gebruikt als aanvullende warmtebron bij regeneratie van koude-warmte-opslag: een warmte en koude opslag bestaat doorgaans uit een doublet grondwater bronnen (een koude en een warme bron). Als er hoofdzakelijk warmte is onttrokken en weinig koude, kan warmte uit oppervlaktewater gebruikt worden om extra warmte in de warme bron te laden. Het woningbouw project Hinthamerpoort in Den Bosch dat in 2009 is opgeleverd levert hiermee per seizoen met een onttrekking van 30 m³ per uur al 600 MWht aan warmte.

Berekeningen bewerken

Thermische energie kan worden berekend in temperatuurverschil per tijdseenheid.

grootheid	omschrijving	SI	meest gebruikte eenheid
T	temperatuur	Kelvin (K)	°C
ΔT	temperatuurverschil	K	°C
Q_t	energie	Joule (J)	MWh_t of GigaJoule (GJ)
P_t	thermisch vermogen	Watt (W = J/s)	kW_t
V	(water)volume	m³	l of m³
t	tijd	seconde (s)	uur (h)
qv	debiet	l/s of m³/s	m³/h

Om het thermische vermogen van oppervlaktewater te berekenen wordt de volgende formule gebruikt:

Pt = 1,16 x qv x ΔT_ontwerp
ΔT_ontwerp = T_onttr – T_inf
1,16 is een factor die afgeleid is van de geleidbaarheid van water

Om een energie hoeveelheid uit te rekenen (bijvoorbeeld hoeveelheid benodigde warmte per jaar) wordt de volgende formule gebruikt:

Q_t = 1,16 x V_gem x ΔT_gem gem (in MWh)
ΔT_gem = T_{onttr gem} – T_inf

Op basis van energie en vermogen kunnen het aantal equivalente vollasturen worden berekend

Q_t = P_t x t
t_equivalent = Qt / P_t max (equivalente vollasturen)

Hiermee kan worden berekend hoeveel uren er benodigd zijn om een bepaalde hoeveelheid energie te onttrekken uit het oppervlaktewater.

Systemen bewerken

Bij warmte uit oppervlaktewater in combinatie met een warmtepomp bestaan er verschillende systemen. De keuze van het systeem hangt af van de energievraag in een bepaald seizoen en de gewenste aanvoer- en retourtemperatuur. Enkele systemen zijn:

Gesloten systeem met directe levering bewerken

Hierbij worden (kunststof)buizen op de bodem van een watergang geplaatst. De warmte wordt uit het water onttrokken en door deze buizen gepompt waarna het aan het gebouw wordt afgegeven. De buizen worden vaak gevuld met een glycoloplossing om bevriezing tegen te gaan. Nadeel is echter wel dat het oppervlaktewater met een beperkte inhoud of stroming kan bevriezen als er te veel warmte aan onttrokken wordt. Ook is het rendement in een koude winter zeer laag en zal de warmtepomp veel elektrische energie nodig hebben om de weinig beschikbare warmte uit het koude water te pompen.

Open systeem met directe levering bewerken

Hierbij wordt water rechtstreeks uit het oppervlaktewater gepompt om daarna zijn warmte af te staan via een warmtewisselaar. Een voordeel t.o.v. een gesloten systeem is dat er een betere overdracht (energieuitwisseling) te behalen is. Nadeel is dat het oppervlaktewater in de leidingen of de wisselaar kan bevriezen. Ook kan vervuiling in het oppervlaktewater zorgen voor verstoppingen en een afname van de energie overdracht waardoor het rendement afneemt. Om dit te voorkomen vaak filters toegepast of buizenwarmtewisselaar met een grote doorgang.

Regeneratie voor een koude-warmte-opslag installatie bewerken

Links: zomersituatie: koude uit de grond koelt gebouw; extra warmte uit oppervlaktewater wordt toegevoegd (regenereren) alvorens in de bodem te worden gepompt.
Rechts: wintersituatie: opgeslagen warmte uit de bodem wordt gebruikt voor verwarming.

Voor bodemenergiesystemen of te wel KWO (koude-warmte-opslag) is de Waterwet en de Wet Bodembescherming van toepassing. Hiervoor is een energiebalans in de bodem vereist. De hoeveelheid warmte die wordt onttrokken uit de bodem moet ook weer worden geïnfiltreerd. Dit wordt regeneratie genoemd. In de woningbouw is er vaak een warmtetekort. Om aanvullend warmte in te vangen wordt vaak een koppeling gemaakt met oppervlaktewater. Hierbij wordt, als het oppervlaktewater warmer is dan de natuurlijke bodemtemperatuur (gemiddeld ca. 12°C in Nederland), oppervlaktewater onttrokken en de warmte daaruit via een platenwarmtewisselaar aan het grondwater afgegeven (warmte laden). Deze warmte wordt dan in de winter weer onttrokken aan het grondwater (warmte ontladen). Voordeel van een platenwarmtewisselaar of tegenstroomapparaat (TSA) is de goede warmteoverdracht waardoor een hoog rendement kan worden behaald. Nadeel is de maximaal toegestane deeltjesgrootte. De platen zitten dicht op elkaar waardoor deze snel verstopt kan raken. Om die reden zijn filters nodig.

Oppervlaktewater in combinatie met koude-warmte-opslag bewerken

In tegenstelling tot regeneratie van een koude-warmte-opslag waarbij doorgaan 2 bedrijfssituaties worden gedefinieerd (warmte laden en warmte ontladen) word er bij de combinatie van directe levering uit oppervlaktewater en een bodemenergiesysteem, per seizoen en bedrijfswijze de meest rendabele bron aangesproken voor de energielevering aan de warmtepomp. Deze toepassing wordt WOW genoemd (Warmte uit OppervlakteWater) en heeft energetisch veel voordelen ten opzichte van koude-warmte-opslag door de hoge aanvoertemperaturen aan de warmtepomp. Nadeel is ook dat de benodigde platenwarmtewisselaar erg gevoelig is voor vervuiling en het oppervlaktewater gefilterd moet worden.

Karakteristieken van oppervlaktewater bewerken

Karakteristieken van oppervlaktewater die de potentie van warmte uit oppervlaktewater beïnvloeden zijn onder meer:

Fysisch

ijs
gas
damp

chemisch

zout
zoet
brak

mechanisch

zand
slib
zwerfvuil

biologisch

bladeren
kroos
biofouling (micro- en marcofouling)

Waterkwaliteit bewerken

Het onttrekken van warmte uit oppervlaktewater heeft een positief effect op de waterkwaliteit. Er ontstaat stroming, het water koelt af en er kan extra zuurstof in het water worden opgenomen. Hierdoor kan de ontwikkeling van botulisme en de groei van blauwalgen worden geremd.

Gebruiker:B.scholten/Testruimte