Geothermie of aardwarmte is een hernieuwbare energiebron die vandaag nog relatief weinig benut wordt. Het project Smart Geotherm met het WTCB als projectleider bestudeert de materie en kan van grote hulp zijn voor studiebureaus, architecten en aannemers die met geothermie willen werken. Projectcoördinator Luc François legt in BETON, het tijdschrift van de Federatie van de Betonindustrie, uit wat Smart Geotherm te bieden heeft.
Geothermie of aardwarmte is een hernieuwbare energiebron die vandaag nog relatief weinig benut wordt. Het project Smart Geotherm met het WTCB als projectleider bestudeert de materie en kan van grote hulp zijn voor studiebureaus, architecten en aannemers die met geothermie willen werken. Projectcoördinator Luc François legt in BETON, het tijdschrift van de Federatie van de Betonindustrie, uit wat Smart Geotherm te bieden heeft.
Een open systeem van geothermie pompt men water op uit een watervoerende laag. Dat water zorgt voor warmte-uitwisseling via een warmtepomp. Men noemt dit KWO of Koude Warmte Opslag
Op heden is 2% van alle Vlaamse gebouwen uitgerust om aardwarmte te winnen. De vereisten omtrent het e-peil van nieuwe gebouwen, de optimalisering van de techniek zelf en een betere mapping van de ondergrond garanderen nog heel wat potentieel. Het project Smart Geotherm met het WTCB als projectleider bestudeert de materie en kan van grote hulp zijn voor studiebureaus, architecten en aannemers die met geothermie willen werken. Projectcoördinator Luc François legt uit wat Smart Geotherm te bieden heeft.
BETON: Geothermie benut energie uit de warmte van de aarde
Luc François: “Men schat dat de kern van de aarde zo’n 5000 à 6000°C is. 99% van de aarde is warmer dan 1000°C en van de resterende 1 percent is nog eens 99% warmer dan 100°C. Een mooie bron van energie dus! Ondiepe geothermie met lage temperaturen (zie verder, nvdr) heeft een eerste vlucht gekend eind jaren ‘90. Maar techniek, subsidies en wetgeving hebben er toe geleid dat geothermie nu nog veel interessanter wordt.”
BETON: Geothermie benut energie uit de warmte van de aarde
Luc François: “Er bestaan verschillende soorten geothermie. Enerzijds is er diepe geothermie, waar men energie op 500 m tot 4 km diep gaat halen. Daar worden uiteraard heel hoge temperaturen gehaald. Men kan er via de energie van het opgediepte water (of stoom) volledige wijken van warmte of elektriciteit voorzien. Je hebt ook ondiepe geothermie, waar de energie op zo’n 100 m diepte gewonnen wordt. Dat is waar Smart Geotherm zich op focust.”
Voor een verticale gesloten systeem van geothermie boort men een gat van zo’n 14 cm diameter. Daarin komt een ‘warmtelus’, een polyethyleenbuisje. Men spreekt van BEO-velden, ‘boorgatenergie-opslagsystemen’
“Ondiepe geothermie kan men nog eens onderverdelen in zogenaamde open en gesloten systemen. Bij een horizontaal gesloten systeem bevinden zich collectoren op 1,50 m onder de grond. Daar loopt water en glycol (antivries) door. Dat systeem vind je vooral terug in de woningbouw. Het verticale gesloten systeem gaat dieper, in principe tot 500 m, maar in de praktijk is dat meestal 100 à 120 m. Men boort een gat van zo’n 14 cm diameter. Daarin komt een ‘warmtelus’, een polyethyleenbuisje. De opening wordt terug opgevuld met bijvoorbeeld een cementhoudend product. Men spreekt van BEO-velden, ‘boorgatenergie-opslagsystemen’.” Een heel specifiek systeem daarbinnen zijn de energiepalen. Dan zet je warmtewisselaars in de funderingspalen van 10 à 15 m onder het gebouw. Dat is vooral een zeer interessant systeem in stedelijke omgeving.”
“Bij een open systeem pompt men water op uit een watervoerende laag. Dat water zorgt voor warmte-uitwisseling via een warmtepomp. Nadien gaat men het water injecteren waar het vandaan kwam. Dat open systeem wordt ook wel KWO of Koude Warmte Opslag genoemd."
BETON: Kan het open systeem overal worden toegepast waar water in de grond zit?
François: “Het water moet met voldoende debiet kunnen worden opgepompt om een zeker calorisch vermogen te halen. Hiervoor moet de ondergrond geschikt zijn. Ten slotte is het ook belangrijk te kijken of de waterlagen zich op economisch verantwoorde dieptes bevinden. In de Kempen bijvoorbeeld hebben we veel zandgronden, wat gunstig is, en zit het water voldoende hoog om te onttrekken. Open systemen situeren zich dus voornamelijk in die regio.”
BETON: Gesloten systemen of BEO kan je dan overal toepassen?
Luc François: “Ja, maar je moet economisch gezien wel rekening houden met de thermische geleidbaarheid van de grond. Je mag ook niet vergeten dat je niet overal gaten in de grond boren. In waterwinningsgebieden mag je bijvoorbeeld niet gaan boren doorheen waterscheidende lagen. De Vlarem-wetgeving hieromtrent zal zich in de toekomst beslist nog aanpassen. Vroeger mocht je tot 50 m boren en daaronder moest je een vergunning aanvragen. Nu hebben ze de waterscheidende lagen in kaart gebracht en moet je vergunningen aanvragen om te boren in functie van de locatie.”
BETON: De energie wordt eerst gecapteerd, maar moet dan worden afgegeven voor gebruik.
Luc François: “Ja, men spreekt hier niet over temperaturen van 100°C, maar eerder rond de 10 à 12°C. Op het eerste gezicht kan je daar niet veel mee kan doen. Maar dat is wel voldoende energie om in de winter te gebruiken voor een afgiftesysteem. Voor vloerverwarming heb je inderdaad zo’n 40 à 45°C nodig. Voor radiatoren of convectoren heb je minimum zo’n 50 °C nodig. Maar er zijn ook zeer lage afgiftesystemen, zoals betonkernactivering, waar je met zo’n 25° C aan de slag kan.”
Bij een horizontaal gesloten systeem bevinden zich collectoren op 1,50 m onder de grond, waar water en glycol (antivries) doorloopt. Het systeem is vooral geschikt voor woningbouw
“Kan je de temperatuur hoger oppompen? Ja, maar je moet ook de winstfactor of COP (Coëfficient of Performance) in de gaten houden. Als je water verwarmt van 10 à 12°C naar 20°C is het rendement van de warmtepompen het grootst. De COP neemt toe naarmate de afgiftesystemen een lagere temperatuur nodig hebben. Daar bestaan allerlei tabellen van.”
BETON: Beton kan een goede partner zijn voor geothermie
Luc François: “Ja. Eens je je thermische energie hebt, moet je die opslaan. Heb je die op korte termijn nodig, dan kan je die bufferen in de structuur van je gebouw. Dan is beton zeer geschikt, omwille van zijn thermische inertie: het kan heel veel warmte of koude opslaan. Je kan daar dus een dag-nachtregime volgen. Maar er zijn nog andere manieren om warmte op te slaan: In water – via een citerne in de kelder – of via Phase Changes Materials (PCM) zoals paraffine.”
BETON: Wat kan Smart Geotherm betekenen voor wie geothermie wil toepassen?
Luc François: “Smart Geotherm heeft heel wat opdrachten. Zo werken we een aantal parameters uit om geothermie te optimaliseren. Samen met belanghebbenden zoals putboorders, de Vlaamse Milieumaatschappij… werken we aan een code van goede praktijk, die aangeven wat goede uitvoeringsmethoden zijn als je aan geothermie denkt. De kennis die in binnen- en buitenland bestaat proberen wij naar de markt te brengen. We werken ook aan het optimaliseren van de regelsystemen voor warmte-afgifte in de gebouwen zelf.”
“Er zijn natuurlijk heel wat bedrijven bezig met klimaattechnologie en regelsystemen. Wij verschillen hierin dat we het geheel van geothermie bestuderen. De modellering van de warmtesystemen, maar ook de wetgeving rond het gebruik van de ondergrond, het optimale evenwicht, de toepasbaarheid in bepaalde gebieden en voor bepaalde functies en grootte van gebouwen. Dat komt allemaal samen in een economische factor: we bekijken of het de investering wel waard is. Dat is de doelstelling van het project. We onderzoeken dus de mogelijke technieken, maar ook of ze kloppen en hoe we alles kunnen bijsturen. "
BETON: Hoe kan Smart Geotherm concreet helpen bij bouwprojecten?
Luc François: “Om te beginnen dit: we concentreren ons voornamelijk op grote en middelgrote gebouwen: scholen, rust- en verzorgingstehuizen, kantoren, residentieel (woonwijken en appartementen). Op dit ogenblik is geothermie het meest geschikt voor dat soort gebouwen en daar zijn goede redenen voor: deze groep van gebouwen heeft ook koeling nodig. Juist vanwege die wisselwerking werk het systeem van geothermie optimaal. Ga je alleen warmte aan de ondergrond onttrekken, zonder die daarna terug te geven, dan daalt de temperatuur daar op termijn. Je rendement wordt dus lager. Het wordt interessant wanneer je de bodem gaat regeneren. Daarom zijn gebouwen met eenzelfde warmte- als koelbehoefte interessant. Bij passieve koeling loopt het water gewoon door een warmtewisselaar en je hebt maar een minimum aan elektriciteit nodig.”
BETON: Hoe kunnen aannemers of andere bedrijven gebruik maken van de kennis van Smart Geotherm?
Luc François: “We zorgen voor heel documentatie. We gaan ook een screeningtool aanbieden die kan helpen beslissen wanneer het interessant is met geothermie te werken. Daar zijn we nu mee bezig. Mensen kunnen met deze tool hun project bekijken of het mogelijk is: wettelijk, economisch en technisch ten opzichte van de beschikbare grond."
“We gaan een aantal aspecten en deelaspecten van geothermie heel diep monitoren. Zo onderzoeken we bijvoorbeeld binnen het Smart Geotherm of het interessant is om in schoolbouw geothermie toe te passen. Dat lijkt op het eerste gezicht niet zo, omdat op het moment dat je de koelte het meest nodig hebt – tijdens de zomermaanden - iedereen weg is. We hebben ook een project met energiepalen van verschillende omvang om de rendabiliteit te meten. We proberen ook zoveel mogelijk case studies van bestaande en nieuwe gebouwen te documenteren.”
BETON: Er is dus nog heel wat potentieel voor geothermie
Luc François: “Ja, en onze opdracht bestaat er in om het systeem te helpen naar de markt te brengen. Het project duurt zes jaar en die tijd zou 12.5% van de gebouwen met geothermie moeten zijn uitgerust. Dat lijkt een enorme stijging, maar met de focus op alle nieuwe gebouwen waar geothermie interessant kan zijn, is dat zeker haalbaar.”
Bron: overgenomen uit BETON (FEBE)
Op heden is 2% van alle Vlaamse gebouwen uitgerust om aardwarmte te winnen. De vereisten omtrent het e-peil van nieuwe gebouwen, de optimalisering van de techniek zelf en een betere mapping van de ondergrond garanderen nog heel wat potentieel. Het project Smart Geotherm met het WTCB als projectleider bestudeert de materie en kan van grote hulp zijn voor studiebureaus, architecten en aannemers die met geothermie willen werken. Projectcoördinator Luc François legt uit wat Smart Geotherm te bieden heeft.
BETON: Geothermie benut energie uit de warmte van de aarde
Luc François: “Men schat dat de kern van de aarde zo’n 5000 à 6000°C is. 99% van de aarde is warmer dan 1000°C en van de resterende 1 percent is nog eens 99% warmer dan 100°C. Een mooie bron van energie dus! Ondiepe geothermie met lage temperaturen (zie verder, nvdr) heeft een eerste vlucht gekend eind jaren ‘90. Maar techniek, subsidies en wetgeving hebben er toe geleid dat geothermie nu nog veel interessanter wordt.”
BETON: Geothermie benut energie uit de warmte van de aarde
Luc François: “Er bestaan verschillende soorten geothermie. Enerzijds is er diepe geothermie, waar men energie op 500 m tot 4 km diep gaat halen. Daar worden uiteraard heel hoge temperaturen gehaald. Men kan er via de energie van het opgediepte water (of stoom) volledige wijken van warmte of elektriciteit voorzien. Je hebt ook ondiepe geothermie, waar de energie op zo’n 100 m diepte gewonnen wordt. Dat is waar Smart Geotherm zich op focust.”
“Ondiepe geothermie kan men nog eens onderverdelen in zogenaamde open en gesloten systemen. Bij een horizontaal gesloten systeem bevinden zich collectoren op 1,50 m onder de grond. Daar loopt water en glycol (antivries) door. Dat systeem vind je vooral terug in de woningbouw. Het verticale gesloten systeem gaat dieper, in principe tot 500 m, maar in de praktijk is dat meestal 100 à 120 m. Men boort een gat van zo’n 14 cm diameter. Daarin komt een ‘warmtelus’, een polyethyleenbuisje. De opening wordt terug opgevuld met bijvoorbeeld een cementhoudend product. Men spreekt van BEO-velden, ‘boorgatenergie-opslagsystemen’.” Een heel specifiek systeem daarbinnen zijn de energiepalen. Dan zet je warmtewisselaars in de funderingspalen van 10 à 15 m onder het gebouw. Dat is vooral een zeer interessant systeem in stedelijke omgeving.”
“Bij een open systeem pompt men water op uit een watervoerende laag. Dat water zorgt voor warmte-uitwisseling via een warmtepomp. Nadien gaat men het water injecteren waar het vandaan kwam. Dat open systeem wordt ook wel KWO of Koude Warmte Opslag genoemd."
BETON: Kan het open systeem overal worden toegepast waar water in de grond zit?
François: “Het water moet met voldoende debiet kunnen worden opgepompt om een zeker calorisch vermogen te halen. Hiervoor moet de ondergrond geschikt zijn. Ten slotte is het ook belangrijk te kijken of de waterlagen zich op economisch verantwoorde dieptes bevinden. In de Kempen bijvoorbeeld hebben we veel zandgronden, wat gunstig is, en zit het water voldoende hoog om te onttrekken. Open systemen situeren zich dus voornamelijk in die regio.”
BETON: Gesloten systemen of BEO kan je dan overal toepassen?
Luc François: “Ja, maar je moet economisch gezien wel rekening houden met de thermische geleidbaarheid van de grond. Je mag ook niet vergeten dat je niet overal gaten in de grond boren. In waterwinningsgebieden mag je bijvoorbeeld niet gaan boren doorheen waterscheidende lagen. De Vlarem-wetgeving hieromtrent zal zich in de toekomst beslist nog aanpassen. Vroeger mocht je tot 50 m boren en daaronder moest je een vergunning aanvragen. Nu hebben ze de waterscheidende lagen in kaart gebracht en moet je vergunningen aanvragen om te boren in functie van de locatie.”
BETON: De energie wordt eerst gecapteerd, maar moet dan worden afgegeven voor gebruik.
Luc François: “Ja, men spreekt hier niet over temperaturen van 100°C, maar eerder rond de 10 à 12°C. Op het eerste gezicht kan je daar niet veel mee kan doen. Maar dat is wel voldoende energie om in de winter te gebruiken voor een afgiftesysteem. Voor vloerverwarming heb je inderdaad zo’n 40 à 45°C nodig. Voor radiatoren of convectoren heb je minimum zo’n 50 °C nodig. Maar er zijn ook zeer lage afgiftesystemen, zoals betonkernactivering, waar je met zo’n 25° C aan de slag kan.”
“Kan je de temperatuur hoger oppompen? Ja, maar je moet ook de winstfactor of COP (Coëfficient of Performance) in de gaten houden. Als je water verwarmt van 10 à 12°C naar 20°C is het rendement van de warmtepompen het grootst. De COP neemt toe naarmate de afgiftesystemen een lagere temperatuur nodig hebben. Daar bestaan allerlei tabellen van.”
BETON: Beton kan een goede partner zijn voor geothermie
Luc François: “Ja. Eens je je thermische energie hebt, moet je die opslaan. Heb je die op korte termijn nodig, dan kan je die bufferen in de structuur van je gebouw. Dan is beton zeer geschikt, omwille van zijn thermische inertie: het kan heel veel warmte of koude opslaan. Je kan daar dus een dag-nachtregime volgen. Maar er zijn nog andere manieren om warmte op te slaan: In water – via een citerne in de kelder – of via Phase Changes Materials (PCM) zoals paraffine.”
BETON: Wat kan Smart Geotherm betekenen voor wie geothermie wil toepassen?
Luc François: “Smart Geotherm heeft heel wat opdrachten. Zo werken we een aantal parameters uit om geothermie te optimaliseren. Samen met belanghebbenden zoals putboorders, de Vlaamse Milieumaatschappij… werken we aan een code van goede praktijk, die aangeven wat goede uitvoeringsmethoden zijn als je aan geothermie denkt. De kennis die in binnen- en buitenland bestaat proberen wij naar de markt te brengen. We werken ook aan het optimaliseren van de regelsystemen voor warmte-afgifte in de gebouwen zelf.”
“Er zijn natuurlijk heel wat bedrijven bezig met klimaattechnologie en regelsystemen. Wij verschillen hierin dat we het geheel van geothermie bestuderen. De modellering van de warmtesystemen, maar ook de wetgeving rond het gebruik van de ondergrond, het optimale evenwicht, de toepasbaarheid in bepaalde gebieden en voor bepaalde functies en grootte van gebouwen. Dat komt allemaal samen in een economische factor: we bekijken of het de investering wel waard is. Dat is de doelstelling van het project. We onderzoeken dus de mogelijke technieken, maar ook of ze kloppen en hoe we alles kunnen bijsturen. "
BETON: Hoe kan Smart Geotherm concreet helpen bij bouwprojecten?
Luc François: “Om te beginnen dit: we concentreren ons voornamelijk op grote en middelgrote gebouwen: scholen, rust- en verzorgingstehuizen, kantoren, residentieel (woonwijken en appartementen). Op dit ogenblik is geothermie het meest geschikt voor dat soort gebouwen en daar zijn goede redenen voor: deze groep van gebouwen heeft ook koeling nodig. Juist vanwege die wisselwerking werk het systeem van geothermie optimaal. Ga je alleen warmte aan de ondergrond onttrekken, zonder die daarna terug te geven, dan daalt de temperatuur daar op termijn. Je rendement wordt dus lager. Het wordt interessant wanneer je de bodem gaat regeneren. Daarom zijn gebouwen met eenzelfde warmte- als koelbehoefte interessant. Bij passieve koeling loopt het water gewoon door een warmtewisselaar en je hebt maar een minimum aan elektriciteit nodig.”
BETON: Hoe kunnen aannemers of andere bedrijven gebruik maken van de kennis van Smart Geotherm?
Luc François: “We zorgen voor heel documentatie. We gaan ook een screeningtool aanbieden die kan helpen beslissen wanneer het interessant is met geothermie te werken. Daar zijn we nu mee bezig. Mensen kunnen met deze tool hun project bekijken of het mogelijk is: wettelijk, economisch en technisch ten opzichte van de beschikbare grond."
“We gaan een aantal aspecten en deelaspecten van geothermie heel diep monitoren. Zo onderzoeken we bijvoorbeeld binnen het Smart Geotherm of het interessant is om in schoolbouw geothermie toe te passen. Dat lijkt op het eerste gezicht niet zo, omdat op het moment dat je de koelte het meest nodig hebt – tijdens de zomermaanden - iedereen weg is. We hebben ook een project met energiepalen van verschillende omvang om de rendabiliteit te meten. We proberen ook zoveel mogelijk case studies van bestaande en nieuwe gebouwen te documenteren.”
BETON: Er is dus nog heel wat potentieel voor geothermie
Luc François: “Ja, en onze opdracht bestaat er in om het systeem te helpen naar de markt te brengen. Het project duurt zes jaar en die tijd zou 12.5% van de gebouwen met geothermie moeten zijn uitgerust. Dat lijkt een enorme stijging, maar met de focus op alle nieuwe gebouwen waar geothermie interessant kan zijn, is dat zeker haalbaar.”
Bron: overgenomen uit BETON (FEBE)
Gerelateerde bedrijven
Onze partners