Ontwerp Bovengronds Systeem

1.Energiestromen

1.1.EPC, BENG en kosteneffectiviteit van deze maatregelen

De EPC (Energie Prestatie Coëfficiënt) is een maat voor de energieprestatie van gebouwen. Sinds 1 januari 2021 zijn deze gekoppeld aan de NTA 8800. De EPC is in de loop van de jaren steeds verder naar beneden bijgesteld (figuur 2), voor woningen van 1,4 in 1995 tot 0,6 in 2011. In 2015 is de EPC tot 0,4 verlaagd. Per 1 januari 2021 moeten gebouwen bijna energieneutraal (BENG) zijn, wat ongeveer neerkomt op een EPC van 0,2. Binnen de BENG wordt de energieprestatie van een gebouw vastgelegd op basis van 3 eisen:

1. Maximale energie-behoefte (kWh/m²/jaar);
2. Maximaal primaire fossiele energiegebruik (kWh/m²/jaar);
3. Minimaal aandeel hernieuwbaar op te wekken energie (%).

Een lage EPC is gekoppeld aan een lage warmtebehoefte. Maar, door de steeds hogere isolatiewaarde en luchtdichtheid van de woning zal in de zomer een aanzienlijke koelbehoefte ontstaan. Wanneer er geen koelsysteem wordt toegepast wordt de koude behoefte met een forfaitair rendement (3,0 voor de koelmachine en 38% opwekrendement) omgerekend naar een potentieel energieverbruik. Dit geld nu zowel voor de woningbouw als voor de utiliteit.

1.2.Warmte- en koudevraag van het gebouw

Afstemming bodemzijdig en gebouwzijdig
Het is van belang dat de gehele installatie (onder- en bovengronds) optimaal is afgestemd op de energievraag van het bestaande of nieuwe gebouw. De basis van het ontwerp van een bodemenergiesysteem is de energievraag van het gebouw. Deze kan op verschillende manieren bepaald worden: van een globale inschatting tot een gedetailleerde simulatieberekening.

Het is van belang dat opdrachtgever en opdrachtnemer overeenkomen hoe het ontwerp van het bodemenergiesysteem tot stand gekomen is en welke bepalingsmethoden daarbij moeten gebruikt moeten zijn.

Er is grofweg onderscheid te maken tussen drie bepalingsmethoden:

1. Op basis van kengetallen/ervaringscijfers;
2. Op basis van vermogensbalansen bij buitentemperaturen;
3. Op basis van uurlijkse simulatie.

A.Kengetallen en ervaringscijfers

Het is mogelijk om op basis van grove kengetallen en/of ervaringscijfers een bodemenergiesysteem te ontwerpen. Het nadeel hiervan is dat minder rekening gehouden kan worden met projectspecifieke omstandigheden. De kans dat de werkelijke energievraag afwijkt van de berekende is daardoor groot. Het voordeel is dat met deze methode in korte tijd een globale inschatting te maken is van de energievraag van het gebouw.

B.Vermogensbalansen bij buitentemperaturen (spreadsheet-berekening)
Een meer gedetailleerde methode is om op basis van gebouwkenmerken bij verschillende buitentemperaturen (van -15°C tot 35°C) de vermogensbalans door te rekenen. Bij elke buitentemperatuur is te berekenen of er verwarmd of gekoeld moet worden en hoeveel vermogen daarvoor nodig is. Door deze vermogens te vermenigvuldigen met het aantal uur dat de betreffende buitentemperatuur in een bepaald klimaatjaar voorkomt, kan de jaarlijkse energievraag bepaald worden.

Het nadeel van deze methode is dat met name de invloed van zonnewarmte en thermische massa sterk vereenvoudigd wordt benaderd. Het voordeel is dat deze methode relatief eenvoudig is te modelleren in een spreadsheet-toepassing en met een beperkte invoer van gebouwgegevens uit te voeren is.

C.Uurlijkse simulatie
Door gebruik te maken van specifieke simulatietools is een nog gedetailleerdere berekening van de energievraag mogelijk. Deze tools berekenen de vraag van het gebouw op uurlijkse basis, rekening houdend met zonnewarmte en responsie van de thermische massa van het gebouw. Voorbeelden van dergelijke tools zijn: TRNSYS en DYWAG.

Het nadeel van deze methode is dat het specifieke kennis en vaardigheden vraagt en dat niet al de installatieontwerpers dergelijke simulatietools bezitten. Daarnaast vraagt het met name met betrekking tot de invoer van de gebouwgegevens relatief veel nauwkeurigheid en daardoor inspanning om tot de juiste resultaten te komen. Het voordeel is dat deze modellen de effecten van zonnewarmte en van de thermische massa op de energievraag voorspellen.

In ISSO-publicatie 39 wordt aanbevolen om het daadwerkelijke ontwerp van het bodemenergiesysteem niet te baseren op berekeningen op basis van kengetallen en/of ervaringscijfers. Dan blijft de keuze over om op basis van ‘vermogensbalansen bij buitentemperaturen’ of op basis van ‘tools met uurlijkse simulatie’ de energievraag te bepalen. Hierbij kunnen de volgende criteria gebruikt worden:

• Voor gebouwen waarbij zonnewarmte en/of thermische massa een belangrijke rol spelen is het aan te raden om de energievraag te simuleren met de daarvoor bestemde simulatietools. ISSO-publicatie 39 geeft hiervoor de volgende richtlijnen:
  • Zontoetredingsfactor (ZTA) x glaspercentage > 10
  • Specifiek Werkzame Massa (SWM) > 60 kg/m²
• Als deze richtlijnen niet van toepassing zijn, kan volstaan worden met een berekening op basis van een spreadsheetprogramma waarbij op basis van de buitentemperatuur de vermogensbalans berekend wordt.

1.3.Flexibiliteit met betrekking tot de energiebalans

Flexibiliteit met betrekking tot de energiebalans is zowel boven- als ondergronds van belang. Hierbij kan gedacht worden aan de afstand tussen de bronnen bij OBES en al dan niet toepassen van regeneratievoorzieningen. Het niet goed in balans zijn van het bodemenergiesysteem kan leiden tot:

• Handhaving door het bevoegd gezag;
• Bij OBES; gevaar op thermische kortsluiting, waarbij:
  • of de temperatuur van de koude bron ongewenst oploopt en te hoog wordt om nog de gewenste hoeveelheid koude te leveren;
  • of de temperatuur van de warme bron ongewenst verlaagt en dusdanig laag wordt dat er geen koude geladen meer kan worden.
• Bij GBES, verhoging/verlaging van de bodemtemperatuur, waardoor de efficiëntie van respectievelijk koelen/verwarmen omlaag gaat.

Het is dus van belang dat van tevoren vastgelegd wordt onder welke condities de energiebalans gehaald kan worden en wat daarbij de gevoeligheid is. Eigenlijk gaat het om de vraag welke mate van onbalans het bodemenergiesysteem ‘aan kan’. Dus welke regeneratievoorzieningen er in het ontwerp aanwezig zijn en welke capaciteit deze hebben.

Oorzaken voor afwijkingen van de energiebalans
In de basis is de energiebalans afhankelijk van de verhouding tussen de warmte- en koudevraag van een gebouw. Deze zijn afhankelijk van de volgende factoren:

• Buitentemperatuur, klimaatjaar.
• Comfort en toegepaste klimaatinstallaties;
• Ontwerp van het gebouw(schil);
• Bezettingsgraad (interne warmtelast);
• Warmtelast van apparatuur;
• bijdrage van de warmtepomp aan invullen van de warmtevraag en het rendement van de warmtepomp;
• bijdrage van het bodemenergiesysteem aan het invullen van de koelvraag.

Bij het maken van het ontwerp van het bodemenergiesysteem zijn deze aspecten niet altijd allemaal bekend. Dat betekent dus dat er in veel situaties onzekerheid is over de te verwachte koude- en warmtevraag. Een gevoeligheidsanalyse is bij onzekerheid over de koude- en warmtevraag nodig.

Op basis van de warmte- en de koudevraag wordt de inzet van de warmtepomp en de bodemenergieinstallatie bepaald. In die zin is deze inzet dus volgend op de warmte- en koudevraag. Daarnaast is de inzet van de warmtepomp en de BES-installatie afhankelijk van:

• Temperatuurniveaus in de gebouwinstallatie. Met name de retourtemperatuur van CV en GKW onder deellast kunnen bepalend zijn voor de inzet van warmtepomp en BES-installatie;
• Regelbaarheid van de warmtepomp.

Er mag vanuit gegaan worden dat het ontwerp vakkundig gemaakt wordt, zodat de warmtepomp op de beoogde manier ingezet wordt en dus ook de verwachte bijdrage levert. In die zin is het niet noodzakelijk om met betrekking tot dit punt een diepgaande gevoeligheidsanalyse te maken.

De warmte- en de koudevraag zijn uiteraard gevoelig voor het klimaatjaar. In een lange, warme zomer zal de koudevraag groter zijn dan in een korte, matige zomer met lage buitentemperaturen. Voor meer informatie zie ook Uitgangspunten klimaatjaar.

Met name een gevoeligheidsanalyse met betrekking tot de energievraag van het gebouw is dus zinvol. Als het gebruik van het gebouw onbekend is en daarmee de verwachte energievraag van het gebouw onzeker, dient het ontwerp van het bodemenergiesysteem gebaseerd te worden op een gevoeligheidsanalyse waarmee de extremen bepaald kunnen worden met betrekking tot de energiebalans.

Op basis van de analyse kan voor het ontwerp van het bodemenergiesysteem een keuze gemaakt worden voor de bandbreedte van de hoeveelheid regeneratie waaronder het bodemenergiesysteem nog moet kunnen voldoen aan de energiebalans. Deze bandbreedte is afhankelijk van twee zaken:

• Of er uitgegaan van wordt een afwijking van de ontwerp-energiegegevens voor alleen warmtevraag, alleen koudevraag of beiden;
• De grootte van de afwijking.

De volgende factoren kunnen leiden tot een afwijkende energievraag:

• Als er in het ontwerp geen apparatuurkoeling (vaak servers) is meegerekend en er een redelijke kans is dat dit er wel bij komt, dient dit als variatie op de koudevraag meegerekend te worden.
• Als het gebruik of de functie van het gebouw nog onbekend is dient er rekening gehouden te worden met van het ontwerp afwijkende energievraag (zowel warmte als koude).
• Als er een grote kans is op grote delen leegstand in een gebouw.

Oplossingsrichtingen
De hiervoor genoemde afweging gaat ervanuit dat de duurzame energieproducenten (BES-installatie, warmtepomp) maximaal ingezet worden. De niet-duurzame opwekkers (koelmachine, ketel) worden pas ingezet als de BES-installatie en de warmtepomp niet in staat zijn om de resterende vraag te leveren. Het gevolg hiervan is dat de bron maximaal ingezet wordt en er dus bij afwijkende energievraag ook een afwijkende energiebalans ontstaat. Een alternatief is om de inzet van de duurzame opwekkers aan te passen zodat deze minder koude of warmte onttrekken aan de bodem en daarmee voorkomen dat er een afwijkende energiebalans ontstaat. De energiebesparing zal hierdoor lager worden. Het verminderden van de inzet van de duurzame opwekkers is overigens alleen mogelijk als de niet-duurzame opwekkers in staat zijn de resterende warmte of koudevraag te leveren.

Het is overigens niet altijd wettelijk verplicht dat de BES-installatie in balans moet zijn. Een koudeoverschot wordt vaak toegestaan. Dit betekent dat niet altijd een voorziening voor het laden van warmte vanuit de wetgeving gezien noodzakelijk is. Als een koudeoverschot toegestaan is en ervoor gekozen wordt om geen voorziening voor het laden van warmte te realiseren, dient er echter wel rekening gehouden te worden met het koudeoverschot bij het bepalen van de locatie van en de afstand tussen de bronnen. Ten alle tijden dient voorkomen te worden dat er thermische kortsluiting ontstaat tussen de warme en de koude bronnen in het geval van OBES.

Al met al moeten de volgende keuzes gemaakt worden om te anticiperen op afwijkingen van de energiebalans:

• Gevoeligheidsanalyse van de energiebalans (doorrekenen van de energiebalans bij afwijkende jaarlijkse warmte- en koudevraag).
• Keuze maken bij welke mate van afwijking van warmte- en/of koudevraag het bodemenergiesysteem moet kunnen zorgen voor energiebalans.
• Keuze maken hoe het ontwerp de onbalans kan ‘opvangen’:
  • Maximale inzet duurzame opwekkers, regeneratievoorzieningen om de BES-installatie in balans te houden;
  • Beperken inzet van duurzame opwekkers om (te veel) onbalans te voorkomen;
  • Onbalans toestaan, bij OBES locatie en afstand tussen de bronnen zodanig kiezen dat er geen nadelige gevolgen ontstaan voor de onttrekkingstemperaturen van de bronnen.

Rekenvoorbeeld
Onderstaande Tabel 1 geeft een voorbeeld van een gevoeligheidsanalyse met betrekking tot de energiebalans. Hierbij is vooralsnog uitgegaan van het vaste uitgangspunt dat de bijdrage van de warmtepomp onafhankelijk is van de hoogte van de warmtevraag. In werkelijkheid (en bij een nadere theoretische beschouwing; zie Warmte- en koudevraag van het gebouw) is dit afhankelijk van het vraagpatroon en zal de bijdrage van de warmtepomp bij toenemende warmtevraag procentueel gezien kleiner worden. In het voorbeeld is echter (gemakshalve) bij al de combinaties van warmte- en koudevraag uitgegaan van een bijdrage van de warmtepomp van 80% en een COP van 4. Bij deze uitgangspunten bedraagt de hoeveelheid geladen koude door de warmtepomp 60% van de totale warmtevraag (gelijk aan warmtevraag * 80% * ((COP-1) / COP).

Tabel 1. Resultaten gevoeligheidsanalyse met betrekking tot energiebalans.

Het overzicht geeft bij al de combinaties van warmte- en koudevraag het koudeoverschot in de bodem. Een positief resultaat betekent dat er een overschot aan koude afgevoerd moet worden (ofwel: er moet warmte in de bodem geladen worden). Een negatief resultaat betekent dat er een koudetekort is (ofwel er moet aanvullende koude in de bodem geladen worden).

Op basis van Tabel 2 kan in het betreffende voorbeeld een keuze gemaakt worden voor de bandbreedte. Onderstaande overzicht geeft de keuzemogelijkheden en de consequenties voor het ontwerp van het bodemenergiesysteem in het betreffende voorbeeld.

Tabel 2: Resultaten gevoeligheidsanalyse met betrekking tot energiebalans.

Uit het voorbeeld wordt duidelijk dat bepaalde keuzes verstrekkende gevolgen kunnen hebben voor het ontwerp van het bodemenergiesysteem. In bepaalde situaties zal gekozen moeten worden voor voorzieningen voor zowel koude laden als warmte laden. Het is hierbij uiteraard ook mogelijk om de inzet van de warmtepomp en de BES-installatie te wijzigen zodat de balans op die manier tot stand komt. Ook hiervoor geldt dat het ontwerp hier wel in moeten kunnen voorzien (als warmtepomp minder bijdraagt vanwege de balans zal er een (piek)ketel moeten zijn die de nog benodigde warmte levert.

1.4.Uitgangspunten klimaatjaar

Definitie van het klimaatjaar
Voor het doorrekenen van de jaarlijkse energievraag (en de bijdragen van verschillende componenten in de energielevering) dient er gekozen te worden voor een set aan klimaatgegevens, oftewel een klimaatjaar. Voor het uitvoeren van energie(prestatie)berekeningen zijn de referentieklimaatdata van NEN 5060 van toepassing. De dataset is tot stand gekomen op basis van werkelijke klimaatdata en een statistisch middelingsprocedé met betrekking tot de buitentemperaturen.

Afwijkingen van het klimaatjaar
In werkelijkheid zullen er zeker afwijkingen zijn van de klimaatjaren. Onder andere door de volgende omstandigheden:

• Warme/koude winters en koele/hete zomers.
• Geografische locatie in Nederland.
• Stedelijke gebieden.

Deze omstandigheden leiden ongetwijfeld tot een energievraag die afwijkt van het ontwerp en hebben dus invloed op de jaarlijkse warmte- en koudevraag. Daarnaast leiden deze effecten ook tot afwijkende opbrengsten van de regeneratievoorziening. Het is dus van belang om af te spreken hoe gevoelig het ontwerp van het bodemenergiesysteem is voor afwijkingen van het gemiddelde klimaatjaar waarmee het ontwerp in de basis is berekend.

De afwijking van de jaarlijkse warmte- en koudevraag kan op dezelfde manier benaderd worden zoals uitgewerkt in Warmte- en koudevraag. Bij een warme of juist koude winter zal de warmtevraag een bepaald percentage lager of hoger zijn. Hetzelfde geldt voor de zomer en de koude vraag. Met een inschatting van deze afwijkingen kan de invloed op de energiebalans bepaald worden.

De volgende afwegingen kunnen tijdens het ontwerp gemaakt worden om te anticiperen op afwijkingen van de werkelijkheid ten opzichte van het gehanteerde klimaatjaar:

• Gevoeligheidsanalyse van de energiebalans (doorrekenen van de energiebalans bij afwijkende klimaatjaren en/of het aantal jaren dat dit achter elkaar voorkomt).
• Keuze maken bij welke mate van afwijking van warmte- en/of koudevraag het bodemenergiesysteem moet kunnen zorgen voor energiebalans.
• Keuze maken op welke wijze het ontwerp de onbalans kan ‘opvangen’:
  • Maximale inzet duurzame opwekkers, regeneratievoorzieningen om de BES-installatie in balans te houden;
  • Beperken inzet van duurzame opwekkers om (teveel) onbalans te voorkomen;
  • Onbalans toestaan, waarbij in het geval van OBES de locatie en afstand tussen de bronnen is zodanig gekozen dat er geen nadelige gevolgen ontstaan voor de onttrekkingstemperaturen van de bronnen.
• Keuzes en mogelijke gevolgen daarvan communiceren en motiveren richting de eigenaar, exploitant en gebruiker van het bodemenergiesysteem.
  Hierbij zijn er drie mogelijkheden:
  • Uitgaan van een gemiddeld klimaatjaar.
  • Uitgaan van zachte winters en warme zomers (extremen uit het verleden).
  • Uitgaan van zachte winters en warme zomers (extremen in de toekomst).

2.Warmtepomp

2.1.Efficiënt gebruik warmtepomp

Condensorzijde (warmte)
De condensorzijde warmtepomp dient circa 70% van de jaarlijkse energie aan warmtelevering voor zijn rekening te nemen (afhankelijk van het ontwerp). Om de warmtepomp zo efficiënt mogelijk in te zetten, dient de warmtepomp te regelen op basis van de cv-aanvoertemperatuur als dan niet weersafhankelijk. De warmtepomp levert hierbij een zo constant mogelijk temperatuur gebaseerd op een vaste retourwatertemperatuur uit de installatie. Hierdoor wordt voorkomen dat de warmtepomp onnodig hoge temperaturen maakt. Dit is gunstig voor de COP van de warmtepomp. Indien de warmtevraag uit het gebouw kleiner is dan de kleinste stap van de warmtepomp wordt de overtollige warmte opgeslagen in het buffervat dat parallel over de condensor geschakeld staat. Hierdoor zal in de praktijk de warmtepomp bijvoorbeeld niet vaker dan 4 maal per uur schakelen. In kleinere systemen wordt het pendelgedrag van de warmtepomp opgevangen door de systeeminhoud of doordat er altijd ergens één groep ‘open staat’ waar de warmtepomp zijn debiet leveren kan. Indien het retourwater met een te hoge temperatuur retour naar de opwekker komt, schakelt de warmtepomp vanuit een eigen regeling uit.

Veelal wordt er een driewegregeling over de condensor toegepast, met als doel:

• Het voorkomen van een lagedrukstoring. Indien bij een koude start te lang een te lage intredetemperatuur in de condensor komt zal de warmtepomp compressoren inschakelen om de gewenste uittredetemperatuur te halen. Hierdoor bestaat de kans dat de verdamper invriest en er een lagedrukstoring ontstaat. Door het intredewater te mengen met het uitredewater zal de warmtepomp snel op zijn gewenste waarde komen en rustig regelen;
• De cv-watertemperatuur naar de gebruikers constant te houden of om een gelaagd buffervat te vullen;
• Om een lange wachttijd van gebruikers te voorkomen.

Verdamperzijde (warmte)
De verdamper van de warmtepomp produceert koude. Deze koude dient te worden afgevoerd naar het bodemenergiesysteem. Bij energieopslagsystemen is het van belang dat deze koud watertemperatuur voldoende laag is. Vaak wordt de uittredetemperatuur van de verdamper geregeld op circa 6 °C. Na vermeerdering van de temperatuursprong (Log Mean Temperature Difference of LMTD) van de TSA (warmtewisselaar tussen bodem systeem en warmtepomp) dient de injectietemperatuur circa 8°C te bedragen. Hierbij geldt hoe kleiner de LMTD van de wisselaar hoe hoger uittredetemperatuur van de verdamper is. Dit verbetert de COP van de warmtepomp. Bij warmtepompen met een bijvoorbeeld twee compressorcircuits kan het zijn dat er wel een driewegregeling nodig is om de verdamper niet te laten invriezen.

2.2.Regelbaarheid warmtepomp

Invloed van regelbaarheid van de warmtepomp
De minimale terug-regelbaarheid van de warmtepomp is met name relevant bij warmtelevering, omdat de warmtepomp hierbij fungeert als primaire warmteopwekker. De terug-regelbaarheid van de warmtepomp is uit te drukken als het minimale percentage van de warmtevraag in het ontwerp van het gebouw of de gebouwinstallatie tot waar de warmtepomp kan functioneren. De regelbaarheid van de warmtepomp bepaalt, in combinatie met de gerealiseerde bufferinhoud van het systeem, onder andere de hoeveelheid aan-/uitschakelingen van de warmtepomp. Een beperkte terug-regelbaarheid in combinatie met een te kleine bufferinhoud leidt tot frequent aan- en uitschakelen (‘pendelen’) van de warmtepomp, en dit reduceert de levensduur van de warmtepomp en het rendement van de warmteopwekking.

Invloed van regelbaarheid van de warmtepomp
Wanneer de warmtepomp slechts kan terug-regelen tot aan een aanzienlijk deel van de warmtevraag van het gebouw, bestaat het risico dat de warmtepomp zal pendelen in deellastsituaties. Dit risico is met name van toepassing bij warmtelevering. Een goede terug-regelbaarheid van de warmtepomp heeft voor- en nadelen:

Voordelen:

• Het risico op pendelgedrag is laag, dit vergroot de levensduur van de warmtepomp en verhoogt het energetisch rendement;
• De buffervoorziening kan kleiner ontworpen worden.

Nadelen:

• Een warmtepomp die verder kan terug-regelen (bijvoorbeeld een warmtepomp met meerdere compressoren of een regelbare compressor) is duurder;
• Het minimale debiet van de BES-installatie moet afgestemd zijn op het minimale debiet van de verdamper van de warmtepomp, anders kan pendelgedrag van de bronpompen ontstaan en/of de bron met een verkeerde temperatuur worden geladen.

Andere manieren om het risico op pendelgedrag van de warmtepomp(en) te verlagen zijn:

1. Het toepassen van meerdere kleine warmtepompen in cascadeopstelling (parallelle schakeling);
2. Het toepassen van een voldoende groot buffervat in combinatie met in- en uitschakelwaarden van de warmtepomp.

Voorbeeld bij een niet terug-regelbare warmtepomp voor OBES
In Figuur 4 is een schematisch voorbeeld gegeven van een deellastsituatie in het winterseizoen, dat wil zeggen een situatie waarin de momentane warmtevraag vanuit het gebouw significant lager is dan de ontwerp-vermogensvraag van warmte. In het voorbeeld kan de warmtepomp niet terug-geregeld worden tot de deellast warmtevraag vanuit het gebouw, en is er geen of een te klein CV-buffervat aanwezig.

Figuur 4: Deellastsituatie – pendelgedrag warmtepomp..

Het voorbeeld in Figuur 4 laat zien dat het afgenomen debiet aan de condensorzijde van de warmtepomp (de gebouwvraag) lager is dan het minimaal toelaatbare debiet over de condensor van de warmtepomp (producteigenschap). In dit geval zal de warmtepomp frequent aan- en uitschakelen (‘pendelen’), dit is een beveiliging van de warmtepomp om te hoge/lage druk in het interne circuit te voorkomen.

Een warmtepomp met een relatief beperkte terug-regelbaarheid ten opzichte van het distributiesysteem (gebouwinstallatie) heeft ook als belangrijke consequentie dat de warmtepomp het grootste deel van het jaar in deellast bedrijf zal opereren. Bij een warmtepomp met een slecht deellastrendement heeft dit een nadelige invloed op het jaargemiddelde rendement (SPF) van het bodemenergiesysteem. Dit is nader toegelicht in het voorbeeld in het onderstaande hoofdstuk.

2.3.Rendement warmtepomp in ontwerpsituatie

Seasonal Performance Factor (SPF)
Het is wettelijk verplicht om in de exploitatiefase de Seasonal Performance Factor (SPF) van bodemenergiesystemen (BES) te registreren. De Seasonal Performace Factor (of Seizoensprestatiefactor) van het bodemenergiesysteem is gedefinieerd als:

De SPF_BES geeft inzicht in het reële rendement van het bodemenergiesysteem, afgeleid uit de totaal geleverde hoeveelheid warmte en koude ten opzichte van het energiegebruik van het bodemenergiesysteem gedurende een periode van een jaar. Meer informatie over de bepaling van de SPF is te vinden in ISSO-publicatie 39.

De hoeveelheid verbruikte hulpenergie is gesplitst in elektra en gas zodat de formule ook geschikt is voor gasabsorptiewarmtepompen. Met name vooropen bodemenergiesystemen is een complicerende factor dat de onderdelen van het systeem die voor de regeneratie van de bron worden gebruikt ook meetellen. Omdat bijvoorbeeld een droge luchtkoeler ook voor directe koudelevering gebruikt kan worden, is het toekennen van de hoeveelheid door de koeler verbruikte energie aan de SPF van het bronsysteem complex.

De SPF_BES is opgebouwd uit SPF_warmte en SPF_koude. De SPF_warmte heeft (bij een gemiddelde energievraag) de grootste invloed op de totale SPF van het bodemenergiesysteem (SPF_BES). De SPF_warmte wordt voor een groot bepaald door het jaargemiddelde rendement van de warmtepomp. Om deze reden is het aan te bevelen om een warmtepomp te selecteren met een hoog (deellast) rendement wat resulteert in een hoge SPF_warmte. Een opgegeven seasonal COP kan als betrouwbaar worden beschouwd als deze is gemeten conform de NEN-EN 14825:2013. Een lage SPF_warmte leidt tot hogere energiekosten en een energiebalans in de bodem die afwijkt van de ontwerpsituatie.

Voorbeeld van belang van hoog rendement
Ter illustratie van het belang van een hoog (deellast) rendement, is in Figuur 5 het machinerendement gegeven van een specifieke water-water warmtepomp. Het machinerendement (COP/engine efficiency) is een productspecifieke eigenschap die sterk afhankelijk is van onder meer het fabricaat warmtepomp, type compressoren, aantal warmtepompen en aandeel van de warmtepomp in de vermogensvraag warmte.

Figuur 5. Machinerendement van een voorbeeld warmtepomp – als functie van de sturing van de warmtepomp en de condensortemperaturen.

Het machinerendement van de warmtepomp in het voorbeeld is significant lager tijdens deellastbedrijf dan in vollast bedrijf (zie operating mode engine). De jaarbelastingduurkromme warmtevraag in Figuur 6 laat zien dat de vermogensvraag warmte op jaarbasis gedurende circa 4.000 van de totaal 5.000 uren lager is dan 20% van de maximale warmtevraag. Dit betekent dat de warmtepomp, uitgaande van een monovalente toepassing, minimaal 80% van de tijd in deellastbedrijf operationeel is. Een warmtepomp met een machinerendement dat verloopt volgens Figuur 5, zal op jaarbasis dus het grootste deel van de warmtevraag opwekken met een ongunstig energetisch rendement (hoge energiekosten, afwijkende energiebalans in de bodem etc.). Derhalve zal de SPF_warmte van een bodemenergiesysteem met deze warmtepomp waarschijnlijk een relatief laag zijn.

Figuur 6. Machinerendement van een voorbeeld warmtepomp – als functie van de sturing van de warmtepomp en de condensortemperaturen.

3.Vastleggen regeltechnische omschrijving (RTO) en setpoints

Het ontwerp en de realisatie van het bodemenergiesysteem moeten vastgelegd worden. Dit geldt voor tekeningen en berekeningen. In het kader van beheer en onderhoud geldt dit echter met name ook voor het vastleggen van de regelstrategie en de bijbehorende setpoints. Voor de vorm waarin dit moet gebeuren zijn er geen vereisten. In de praktijk blijken er grote verschillen met betrekking tot de documentatie van het ontwerp. Het is daarom wenselijk dat hierover aan het begin van een ontwerptraject afspraken over gemaakt worden.

Het komt regelmatig voor dat bodemenergiesystemen na oplevering geoptimaliseerd of aangepast worden. Het is dan van belang dat het ontworpen en gerealiseerde bodemenergiesysteem goed gedocumenteerd is. Hiermee kan gericht gezocht worden naar de manier waarop de optimalisatiemogelijkheden geïmplementeerd kunnen worden. Daarnaast kunnen de wijzigingen na optimalisatie gemakkelijk weer verwerkt worden in de documentatie.

Naast het belang van een goede documentatie voor het beheer van het bodemenergiesysteem, is het ook voor de ontwerpfase van belang. Door een goede documentatie van het ontwerp wordt de oorspronkelijke bedoeling van de ontwerper van het bodemenergiesysteem duidelijk. Ook voor de communicatie tussen de ontwerper en de softwareontwikkelaars is een goede documentatie van het ontwerp van het bodemenergiesysteem wenselijk. In ISSO-publicatie 39 worden deze manieren van uitwerking verder uitgewerkt.

3.1.Vastleggen RTO

Het is belangrijk om de regelstrategie goed vast te leggen, zodat de systeemontwerper en de softwareontwikkelaars hetzelfde voor ogen hebben. Bij wijzigingen en optimalisaties moet duidelijk zijn wat het ontwerp was en wat er gerealiseerd is.

Bij gesloten bodemenergiesystemen zal in de overgrote meerderheid van de gevallen de complete regeling door de warmtepomp zelf geleverd worden en zal er geen specifieke RTO zijn. Toch is het goed de standaard uitgangspunten vast te leggen, aangezien de regeling van de warmtepompen goed ingesteld moet zijn. Hierbij is het volgende belang:

• Het kiezen van de juiste setpunten voor ruimteverwarming en ruimtekoeling;
• Mogelijk toepassen van temperatuurcompensatie om het rendement te verhogen;
• Instellen van juiste temperatuurlimieten (wettelijke eisen);
• Monitoring van temperatuurlimieten (wettelijke eisen) en energiestromen (wettelijke eisen).

Er zijn grofweg drie niveaus te onderscheiden waarop een regelstrategie kan worden vastgelegd:

1. Globaal vastleggen.
2. Bedrijfsstandentmatrix
3. Object georiënteerd.

3.2.Vastleggen setpoints

Goed vastleggen van de setpunten Bij wijzigingen en optimalisaties moet duidelijk zijn wat het ontwerp was en wat er ingesteld is. Omdat het rendement voor een deel af zal hangen van de ingestelde setpunten is het van belang deze goed te documenteren.

Hierbij is van belang:

• Juiste setpunten voor ruimteverwarming en ruimtekoeling
• Mogelijk toepassen van temperatuurcompensatie om rendement te verhogen
• Instellen van juiste temperatuurlimieten (wettelijke eisen)
• Monitoring van temperatuurlimieten (wettelijke eisen) en energiestromen (wettelijke eisen)

Er zijn grofweg drie niveau’s te onderscheiden waarop een setpunten kunnen worden vastgelegd:

1. Vastleggen in ontwerp documentatie en SPF-overeenkomst bij de melding (veelal generiek)
2. Vastleggen in opleveringsdocument (systeem specifiek)
3. Vastleggen in documentatie en in regelsysteem afschermen met wachtwoord

4.Realisatie en opleveren Bovengrondse systemen

In deze fase is een goede afstemming tussen verschillende partijen van groot belang. De installatieonderdelen van de verschillende aannemers (installateur, regelfirma, boorfirma) worden namelijk nu als één geheel getest.

Indien zowel de bovengrondse als de ondergrondse installatie is aangebracht komt het belangrijkste onderdeel van het werk, het in bedrijf stellen en testen van de installatie. Het is belangrijk dat er gestructureerd getest wordt aan de hand van een test- en beproevingsprotocol en dat schade en vervuiling van de installatie tijdens het test wordt voorkomen.

Stappen die moeten worden genomen zijn:

• reinigen van de installatie;
• visuele inspectie;
• testen van alle componenten op juiste montage, aansluiting en op functioneren;
• doormeten van de bekabeling;
• spoelen van de leidingen en afpersen op druk;
• inregelen van de debietverdeling naar de injectie bronnen (max 10% afwijking);
• hydraulisch inregelen en opstellen van keuringsrapporten;
• regeltechnisch inregelen en opstellen van keuringsrapporten;
• beproeven van het totale systeem inclusief allen beveiligingen en registratie;
• beproeven en testen alle koppelingen met het gebouwsysteem en het opstellen van keuringsrapporten;

Een bodemenergiesysteem zal doorgaans voor meerdere decennia worden aangelegd. Vaak zal het eigendom en het beheer van de installatie in deze periode wisselen. Om te voorkomen dat waardevolle informatie verloren gaat waardoor de bedrijfsvoering en de instandhouding aan de installatie bemoeilijkt kan worden is een goede documentatie van de revisiegegevens bijzonder belangrijk. Daarom dient bij de oplevering van de installatie alle ontwerp- en realisatiegegevens te worden geactualiseerd en gebundeld in een revisiepakket (revisiebescheiden) en bij oplevering te worden overgedragen aan de opdrachtgever.

Indien in de operationele fase wijzigingen worden aangebracht (bijvoorbeeld vervangen componenten) moeten deze gegevens worden toegevoegd aan het revisiepakket.

5.Energiemonitoring rendement

Om inzicht te krijgen in het functioneren van het bodemenergiesysteem, is monitoring belangrijk. In dat kader is het van belang om bij de start van een project al afspraken te maken over de voorzieningen in het ontwerp voor het monitoren. Het gaat hierbij met name om temperatuuropnemers, flowmeters, drukopnemers en energiemeters.

Sinds 2013 is het verplicht om als onderdeel van de vergunningsaanvraag een opgave te doen van het rendement van de warmte- en koudeopwekking (SPF_BES). De installatie moet minimaal voorzien in de voorzieningen om de SPF te kunnen bepalen.

Aangezien veel bodemenergiesystemen uit meerde componenten bestaan, is het voor de beheerder nuttig om op componentniveau inzicht te hebben in het functioneren. Hierbij gaat het om inzicht in energiestromen en andere relevante prestatie-indicatoren per uur, dag, week, maand en jaar.

Daarnaast is het mogelijk om realtime te monitoren en daarbij de niet alleen de data weer te geven maar ook automatisch een analyse uit te voeren aan de hand van de data waarbij de gemeten prestaties continu vergeleken worden met de verwachte prestaties (met een voorgeprogrammeerd rekenalgoritme).

Globaal kunnen de volgende keuzes gemaakt worden ten aanzien van (voorzieningen voor) energiemonitoring:

• Minimaal de voorzieningen die nodig zijn om de SPF te bepalen.
• Voorzieningen om per component inzicht te krijgen in de energiestromen en de rendementen (op uur-, dag-, week-, maand- en jaarbasis).
• Continu inzicht in het totale functioneren van het bodemenergiesysteem met een automatische analyse van de gemeten prestaties ten opzichte van de verwachte prestaties.

6.Levering van energie: voorbeelden voor OBES

6.1.Robuustheid met betrekking tot koudelevering

Definitie en oorzaken van niet robuuste koude bron
Bij een open bodemenergiesysteem kan de koude bron gebruikt worden voor directe koudelevering aan het gebouw. Dit is een zeer energie-efficiënte manier van koudelevering. Belangrijke randvoorwaarde daarbij is de temperatuur van de koude bron. Bij een te warme koudebron zal minder of zelfs geen koude vanuit het bronnensysteem geleverd kunnen worden. Een koude bron is “te warm” als de werkelijke jaargemiddelde onttrekkingstemperatuur hoger is dan de onttrekkingstemperatuur van het ontwerp of als de onttrekkingstemperatuur gelijk is aan of hoger is dan de aanvoertemperatuur van het gekoeld water (GKW)-circuit. Uitgangspunt hierbij vormt dat het ontwerp-temperatuurniveau van het GKW-circuit is afgestemd op de ontwerp-onttrekkingstemperatuur.

De koude bron kan te warm zijn of worden doordat:

• De koude bron nog niet ‘geladen’ is (op temperatuur gebracht) in de opstartfase van het project;
• Er een energieonbalans in de bodem is waarbij er meer koude dan warmte onttrokken wordt;
• De snelheid van de grondwaterstroming dusdanig hoog is dat de opgeslagen hoeveelheid koude niet meer onttrokken kan worden.

Invloed van de ontwerp-onttrekkingstemperatuur
Bij een ontwerp-onttrekkingstemperatuur van de koude bron die afwijkt van de natuurlijke grondwatertemperatuur is er altijd een risico dat de koude bron te warm wordt. Hoe groter het temperatuurverschil, hoe groter het risico op een te warme koude bron. Een ontwerp-onttrekkingstemperatuur van de koude bron die dicht bij de natuurlijke grondwatertemperatuur ligt heeft voor- en nadelen:

Voordelen:

• Bij ingebruikname van de ondergrondse installatie is gelijk een aanzienlijk deel van het maximale koelvermogen van de bron beschikbaar. De opstartperiode om de koude bron te laden is kort of zelfs helemaal niet aanwezig;
• De kans dat de temperatuur van de koude bron te hoog wordt is klein en daarmee ook de kans op een vermogenstekort koude (grotere inzetbaarheid voor koudelevering);
• De kans dat een alternatieve koudeopwekker (bv. koelmachine) energie aan de gebouwinstallatie moet leveren is klein, daarmee kan een groter aandeel van de koudevraag van gebouw direct met de koude bron worden geleverd.

Nadelen:

• Door een kleiner (ontwerp)temperatuurverschil tussen de warme- en koude bron zal er meer bronwater verplaatst moeten worden bij dezelfde (ontwerp)vermogensvraag. De hiervoor noodzakelijke grotere bronpomp(en) (en/of extra koudeopwekkers) zal/zullen leiden tot hogere investerings- en exploitatiekosten.

Andere manieren om het risico van een te hoge temperatuur in de koude bron en bijbehorende gevolgen te verkleinen zijn:

• Meer koude te laden, bijvoorbeeld door regeneratie middels de invang van koude;
• In de energiecentrale extra koelvermogen realiseren;
• De temperatuursprong over de TSA van de bron zo laag mogelijk houden (bijvoorbeeld 1°K).

Voorbeeld van een situatie met een te warme koude bron
Een te groot temperatuurverschil tussen onttrekkingstemperatuur in het ontwerp en de natuurlijke grondwatertemperatuur kan leiden tot een te hoge temperatuur in de koude bron. In Figuur 1 is een schematisch voorbeeld gegeven van een te warme koude bron in het zomerseizoen, wanneer er sprake is van een koudevraag vanuit het gebouw. In het voorbeeld is de onttrekkingstemperatuur uit de koude bron 11°C in plaats van de ontwerptemperatuur van 9°C.

Figuur 1. Te warme koude bron (zomersituatie).

Het voorbeeld laat zien dat de werkelijke aanvoertemperatuur van GKW naar het gebouw ten gevolge van de te warme koude bron hoger zal zijn dan de ontwerpaanvoertemperatuur (12°C in plaats van 10°C). Hierdoor kan de BES-installatie niet voldoen aan de vermogensvraag van koude zoals die het ontwerp bepaald is. Het vermogenstekort en de resulterende te hoge GKW-aanvoertemperatuur naar het gebouw kan leiden tot discomfort in de verblijfsruimten. Wanneer een niet-preferente koude-opwekker (bijvoorbeeld een koelmachine of warmtepomp) wordt ingezet om het GKW verder af te koelen tot de ontwerpaanvoertemperatuur, zal het bodemenergiesysteem een lager rendement hebben.

6.2.Robuustheid met betrekking tot warmtelevering

Definitie en oorzaken van niet robuuste warme bron

Bij een open bodemenergiesysteem dient de warmte uit de warme bron opgewaardeerd te worden door een warmtepomp voordat het geschikt is voor ruimteverwarming. Dit is een energie-efficiënte manier van warmtelevering. Een randvoorwaarde daarbij is de temperatuur van de warme bron. Bij een te koude warme bron is het vermogen aan de verdamperzijde van de warmtepomp lager dan voorzien waardoor het systeem niet voldoet aan de (ontwerp)vermogensvraag.

De warme bron kan te koud zijn en/of worden doordat:

• De warme bron nog niet ‘geladen’ is (op temperatuur gebracht) in de opstartfase van het project;
• Er een energie-onbalans in de bodem is, waarbij er meer warmte dan koude onttrokken wordt;
• De snelheid van de grondwaterstroming dusdanig hoog is dat de opgeslagen hoeveelheid warmte niet meer onttrokken kan worden.

 

Invloed van de ontwerp-onttrekkingstemperatuur
Bij een ontwerp onttrekkingstemperatuur van de warme bron die afwijkt van de natuurlijke grondwatertemperatuur is er altijd een risico dat de temperatuur van de warme bron te laag wordt. Hoe groter het temperatuurverschil hoe groter het risico op een te lage temperatuur van de warme bron. Een onttrekkingstemperatuur van het werp van de warme bron die dicht bij de natuurlijke grondwatertemperatuur ligt heeft voor- en nadelen:

Voordelen:

• Bij ingebruikname van de BES-installatie is gelijk een aanzienlijk deel van het maximale verwarmingsvermogen beschikbaar. De opstartperiode om de warme bron te laden is kort of zelfs helemaal niet aanwezig;
• De kans dat temperatuur van de warme bron te laag wordt is klein (grotere inzetbaarheid voor warmtelevering).

Nadelen:

• Door een kleiner temperatuurverschil tussen de warme- en koudebron zal er meer bronwater verplaatst moeten worden bij dezelfde vermogensvraag. De hiervoor noodzakelijke grotere bronpompen en/of koudeopwekkers zullen leiden tot hogere investerings- en exploitatiekosten.

Andere manieren om de kans op een te lage temperatuur van de warme bron en bijbehorende gevolgen (vermogenstekort warmte, te lage CV-aanvoertemperatuur, meer energieverbruik) te verkleinen, zijn:

• Meer warmte te laden (bijvoorbeeld regeneratie middels de invang van warmte);
• In de energiecentrale extra verwarmingsvermogen realiseren;
• De temperatuursprong over de TSA van de bron zo laag mogelijk houden (bijvoorbeeld 1K).

 

Voorbeeld van een situatie met een te koude warme bron
Een te groot temperatuurverschil tussen de onttrekkingstemperatuur van het ontwerp en de natuurlijke grondwatertemperatuur kan leiden tot een te lage temperatuur van de warme bron. In Figuur 2 is een schematisch voorbeeld gegeven van een te koude warme bron in het winterseizoen, wanneer er sprake is van een warmtevraag vanuit het gebouw. In het voorbeeld is de onttrekkingstemperatuur uit de warme bron 11°C in plaats van de ontwerptemperatuur van 15°C.

Figuur 2. Te koude warme bron (wintersituatie).

Het voorbeeld laat zien dat de werkelijke aanvoertemperatuur naar de verdamperzijde van de warmtepomp ten gevolge van de te koude warme bron hoger zal zijn dan de aanvoertemperatuur in het ontwerp (10°C in plaats van 14°C). Omdat het vermogen aan de verdamperzijde van de warmtepomp lager is dan voorzien, zal de warmtepomp niet kunnen voldoen aan de vermogensvraag.
De resulterende te lage aanvoertemperatuur naar de gebouwinstallatie kan leiden tot comfortklachten in de verblijfsruimten. Wanneer een niet-preferente warmteopwekker (bijvoorbeeld een gasketel) wordt ingezet om het CV-water verder op te warmen tot de ontwerpaanvoertemperatuur, zal de installatie een lager rendement hebben.

6.3.Distributiesysteem

Werking van het distributiesysteem
Het distributiesysteem wordt geregeld op basis van een constant drukverschil. Hiervoor wordt in het distributiesysteem de druk in de aanvoer en retour gemeten. Indien de tweewegregelafsluiters van de verbruikers dichtlopen zal de drukverschilregeling een hoger drukverschil meten. De pomp zal het toerental verlagen waardoor het debiet en dus het drukverschil afneemt tot de gewenste (ingestelde) waarde.

Regelbaarheid van het distributiesysteem
De regelbaarheid van het distributiesysteem als percentage van de warmte-/koudevraag van het gebouw is een ontwerpkeuze die bij de dimensionering gemaakt dient te worden, waarbij het beoogde comfortniveau een grote rol speelt. Daarnaast zal, wanneer het distributiesysteem slechts beperkt terugregelbaar is, de retourtemperatuur afwijken van de gewenste waarde. De retourtemperatuur van het GKW-net bepaalt in grote mate de laadtemperatuur van de warme bron, de retourtemperatuur van het CV-net heeft invloed op het rendement (en mogelijk het aandeel warmtelevering) van de warmtepomp. De regelbaarheid van de bronpomp en de warmtepomp dient afgestemd te zijn op de distributiepompen in de gebouwinstallatie (zie Regelbaarheid bron en Regelbaarheid warmtepomp).

Een nauwkeurigere regelbaarheid van de distributiepomp heeft voor- en nadelen:

Voordelen:

• Het vergroot de kans op een goede retourtemperatuur wat gunstig is voor het rendement van het bodemenergiesysteem;
• In deellastsituatie kan er voldoende warmte- en koude worden geleverd aan de warmte- en koudegebruikers, zodat het systeem snel kan reageren op verandering van de ruimtetemperaturen en temperatuurfluctuaties geminimaliseerd worden.

Nadelen:

• Een distributiepomp die verder kan terugregelen (bijvoorbeeld een warmtepomp met meerdere compressoren of een traploze warmtepomp) heeft een hogere aanschafwaarde;
• Bij een watergekoelde pomp kan de pomp oververhit raken bij een te laag debiet.

Voorbeeld van het systeem met weinig regelbaarheid van het distributiesysteem
In Figuur 3 is een schematisch voorbeeld gegeven van een deellastsituatie in het zomerseizoen, dat wil zeggen een situatie waarin de momentane koudevraag vanuit het gebouw significant lager is dan de vermogensvraag koude volgens het ontwerp. Een dergelijke deellastsituatie kan zich bijvoorbeeld voordoen in het tussenseizoen. In het voorbeeld kan de distributiepomp (gebouwzijde van de bron-TSA) niet worden teruggeregeld tot het debiet van de deellast koudevraag vanuit het gebouw (de gebouwinstallatie), en is er geen of een te klein gelaagd GKW-buffervat aanwezig.

Figuur 3. Deellastsituatie – te lage retourtemperatuur.

In het voorbeeld zal er relatief weinig koelvermogen worden afgenomen door het gebouw, terwijl er wel sprake is van een grote waterverplaatsing. Derhalve zal de retourtemperatuur uit het gebouw lager zijn dan voorzien in het ontwerp, en wordt de warme bron met een te lage temperatuur geladen (13°C in plaats van 17°C). Aangezien er een groot deel van het jaar sprake is van deellastsituaties, kan de warme bron zo onvoldoende worden geregenereerd.

7.Regelbaarheid bron OBES

Bij een open bodemenergiesysteem kan de koudebron gebruikt worden voor directe koudelevering aan de gebouwinstallatie. Dit is een energie-efficiënte manier van koudelevering. Belangrijke randvoorwaarde in deellastsituatie is het minimale debiet van de OBES-installatie. Het minimale brondebiet dient te zijn afgestemd op het minimale debiet aan de gebouwzijde van de bron-TSA. Wanneer het debiet van de OBES-installatie niet ten minste terug-geregeld kan worden tot het minimale debiet aan de gebouwzijde van de bron-TSA, zal de bronpomp frequent aan- en uitschakelen (‘pendelen’) in deellastsituatie en/of de bron met een verkeerde temperatuur worden geladen. Pendelgedrag reduceert de levensduur van de pompen en overige componenten, een verkeerde laadtemperatuur van de bronnen resulteert in een lager bronrendement. Uitgangspunt is dat het minimale debiet aan de aan de gebouwzijde van de bron-TSA gelijk is aan het minimale debiet van de bronpompen.

Pendelgedrag en/of een verkeerde laadtemperatuur kan worden voorkomen door:

• de minimale terug-regelbaarheid van de bronpompen te vergroten;
• een voldoende groot gelaagd GKW-buffervat toe te passen dat het debietverschil tussen opwekker en koude-gebruiker kan opvangen.

Een hoge terug-regelbaarheid van het debiet van bronpompen heeft voor- en nadelen:

Voordelen

• Het risico op pendelgedrag is laag, dit vergroot de levensduur van de pomp(en) en overige componenten;
• Het verhoogt het bronrendement doordat de laadtemperatuur beter geregeld kan worden;
• De buffervoorzieningen kunnen kleiner ontworpen worden, wat leidt tot lagere investeringskosten.

Nadelen

• Bronpompen die verder kunnen terug-regelen zijn duurder.

Voorbeeld
In Figuur 7 en Figuur 8 zijn schematische voorbeelden gegeven van een deellastsituatie in het zomerseizoen, dat wil zeggen een situatie waarin de momentane koudevraag vanuit de gebouwinstallatie significant lager is dan de ontwerp vermogensvraag koude. Een dergelijke deellastsituatie kan zich bijvoorbeeld voordoen in het tussenseizoen. In het voorbeeld kan het debiet van de WKO-installatie niet worden terug-geregeld tot het debiet aan de gebouwzijde van de bron-TSA (de deellast koudevraag vanuit het gebouw), en is er geen of een te klein gelaagd GKW-buffervat aanwezig.

Figuur 7. Deellast-situatie – pendelgedrag bronnen bij flow-flow beveiliging (het minimaal debiet OBES-installatie is hoger dan het minimale debiet aan gebouwzijde bron-TSA).

Het voorbeeld in Figuur 7 laat een systeem zien met een flow-flowbeveiliging. Om het gevraagde vermogen te kunnen leveren met de OBES-installatie maar daarbij toch een juiste laadtemperatuur (circa 17°C) te handhaven, zal de bronpomp in dit geval frequent aan- en uitschakelen (‘pendelen’).

Figuur 8. Deellast-situatie – verkeerde laadtemperatuur warme bron (het minimaal debiet OBES-installatie is hoger dan het minimale debiet aan gebouwzijde bron-TSA).

Het voorbeeld in Figuur 8 laat een systeem zien waarbij de laadtemperatuur niet wordt bewaakt (geen flow/flow beveiliging). In deellastsituatie zal er relatief weinig koelvermogen worden afgenomen door het gebouw, terwijl er wel sprake is van een grote waterverplaatsing aan de bronzijde van de bron-TSA. Derhalve zal het onttrokken water uit de koude bron minder worden opgewarmd dan voorzien (klein temperatuurverschil), en wordt de warme bron met een te lage temperatuur geladen (11,7°C in plaats van ontwerp 17°C). Aangezien er een groot deel van het jaar sprake is van deellastsituaties, zal de warme bron zo met een te lage temperatuur worden geladen.

Meer informatie

• ISSO publicatie 39, Energiecentrale met warmte- en koudeopslag
• ISSO publicatie 44, Ontwerp van hydraulische schakelingen voor verwarmen
• ISSO publicatie 47, Ontwerp van hydraulische schakelingen voor koelen