Stadhuisplein te Eindhoven Masterplan koude-/warmteopslag in de bodem Opdrachtgever Gemeente Eindoven Waagstraat 1 Postbus 90150 5600 RB EINDHOVEN T 040-238 61 02 E a.verboom@eindhoven.nl Contactpersonen: de heer A. Verboom de heer. M. Gijsman Uitvoerder onderzoek IF Technology Velperweg 37 Postbus 605 6800 AP ARNHEM T 026-35 35 555 F 026-35 35 599 E info@iftechnology.nl Contactpersonen: de heer R.G.A. Wennekes de heer J.H. Kleinlugtenbelt 22.049/59144/RW 11 juni 2010
Inhoudsopgave 1 Inleiding... 3 1 Inleiding... 3 2 Projectgegevens... 5 2.1 Inleiding... 5 2.2 Gebouwen... 6 2.3 Overige informatie... 14 2.4 Kengetallen... 15 2.5 Gegevens bodem en grondwater... 16 2.6 Potentieel ondergrond... 19 2.7 Juridisch kader... 20 2.8 Evaluatie inventarisatie... 21 3 Variantenonderzoek... 22 3.1 Principe energieopslag... 22 3.2 Afweging systeemconcept gebouwinstallatie... 22 3.3 Afweging systeemconcept KWO-systeem... 26 3.4 Afweging distributie... 28 3.5 Gebouwen... 30 3.6 Varianten... 35 3.7 Regeneratie... 36 4 Uitwerking duurzame varianten... 41 4.1 Technische uitwerking... 41 4.2 Risico-inventarisatie... 42 4.3 Duurzaamheidanalyse... 45 4.4 Financiële analyse... 50 4.5 Organisatorische analyse... 51 5 Masterplan bronnen KWO... 52 6 Conclusies en aanbevelingen... 53 22.049/59144/RW 11 juni 2010 2
1 Inleiding De gemeente Eindhoven stimuleert het gebruik van duurzame energie voor klimatisering van woningen en gebouwen. Een van de mogelijkheden om woningen en gebouwen duurzaam te klimatiseren is met behulp van koude-/warmteopslag in de bodem (KWO), eventueel in combinatie met warmtepompen. Op en rondom het Stadhuisplein in Eindhoven bevindt zich een aantal gebouwen die in eigendom zijn of in eigendom komen van de gemeente Eindhoven. De gemeente Eindhoven streeft naar een duurzame oplossing met KWO en warmtepompen voor de klimatisering van deze gebouwen. De gebouwen die in dit onderzoek worden beschouwd zijn de volgende: - het Stadhuis; - het GGD-gebouw; - het Designhuis; - het Stadskantoor; - het Van Abbemuseum; - de Catharinakerk. - de toekomstige nieuwbouw Stadhuisplein 6, 8-15; Stadskantoor Eindhoven Indien alle gebouwen worden voorzien van KWO speelt het ondergronds ruimtegebruik en de interactie tussen de verschillende KWO systemen een belangrijke rol. De gemeente Eindhoven heeft IF Technology opdracht gegeven onderzoek uit te voeren naar het ondergronds ruimtegebruik en bijbehorende interactie Het onderzoek zal uiteindelijk leiden tot een Masterplan KWO waarin randvoorwaarden zijn opgenomen voor de toepassing van KWO zijn opgenomen. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 3
Om tot een Masterplan voor KWO te komen worden vier fasen doorlopen. Fase 1 is het inventariseren van de huidige gegevens met betrekking tot de klimatisering van de gebouwen en in de toekomstige situatie van de gebouwen. In fase 2 worden de gegevens die bij de inventarisatie zijn verkregen geïnterpreteerd en worden systeemconcepten met KWO en warmtepompen opgesteld. De concepten worden technisch en juridisch verder uitgewerkt. Fase 3 is een financiële en organisatorische analyse. In fase 4 wordt het Masterplan KWO opgesteld aan de hand van voorgaande uitwerkingen. Op dit moment heeft IF Technology alleen opdracht voor de uitwerking tot en met fase 3. Tussen fase 2 en fase 3 is een overlegmoment ingepland. In dit rapport is de uitwerking tot en met fase 2 behandeld. Verdere uitwerking volgt in een later stadium. Leeswijzer In hoofdstuk 2 zijn de resultaten van de inventarisatie en het bodemgeschiktheidsonderzoek weergegeven. De afweging van de systeemconcepten en de energetische uitgangspunten van de projectvarianten zijn beschreven in hoofdstuk 3. In hoofdstuk 4 zijn de projectvarianten verder uitgewerkt, waarin gekeken wordt naar de technische uitwerking, de risico s en de duurzaamheid. Een financiële en organisatorische uitwerking volgen in een later stadium, net als de uitwerking van het masterplan in hoofdstuk 5 en de conclusies en aanbevelingen in hoofdstuk 6. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 4
2 Projectgegevens 2.1 Inleiding In dit hoofdstuk zijn de gegevens van de beschouwde gebouwen samengevat. Deze gegevens zijn afkomstig uit een overleg tussen de gemeente Eindhoven en IF Technology, d.d. 26 november 2009. De volgende gebouwen vormen onderdeel van dit onderzoek, zie figuur 2.1: - Stadhuis Stadhuisplein 1 - GGD gebouw Stadhuisplein 2 - Designhuis: Stadhuisplein 3 - Stadskantoor: Stadhuisplein 10 - Van Abbemuseum: Bilderdijklaan 10 - Toekomstige nieuwbouw: Stadhuisplein 6, 8 en 15 - Catharinakerk toekomstige nieuwbouw Designhuis GGD gebouw Stadskantoor Stadhuis Van Abbemuseum Figuur 2.1 Stadhuisplein met gebouwen (bron: www.maps.google.nl) 22.049/59144/RW 11 juni 2010 5
2.2 Gebouwen Stadhuis Het Stadhuis is gelegen aan het Stadhuisplein 1 en heeft een oppervlak van 8.000 m². Het gebouw is gerealiseerd in 1966 en gerenoveerd in 2004 en is in eigendom van de gemeente Eindhoven. Stadhuis Hieronder is een samenvatting weergegeven van de huidige technische en energetische gegevens van het Stadhuis. Verwarming: - huidige warmteopwekking: gasgestookte ketels - warmteafgiftesysteem: LBK, convectoren en radiatoren - temperatuurniveau: HTV op 90/80 C en 70/60 C - gasverbruik: 120.270 m³ per jaar - verwarmingsvermogen: 566 kw t - warmtevraag: 900 MWh t Koeling: - huidige koudeopwekking: elektrische koelmachines - koudeafgiftesysteem: LBK en nakoelers - temperatuurniveau: LTK op 6/12 C - elektraverbruik koeling: 76 MWh e - koelvermogen: 360 kw t - koudevraag: 267 MWh t Overig: - mate van isolatie: slecht - locatie techniekruimte: kelder 22.049/59144/RW 11 juni 2010 6
Voor het Stadhuis en het GGD gebouw is op dit moment gezamenlijk het gasverbruik voor verwarming en het elektraverbruik voor koeling bekend. Het gasverbruik en het elektraverbruik is vastgesteld aan de hand van de verhouding in de gebouwoppervlakken. In de komende jaren vindt geen renovatie van het gebouw plaats die wijzigingen in de vermogens en energiehoeveelheden tot gevolg hebben. Echter om het gebouw geschikt te maken voor verwarming met elektrisch aangedreven warmtepompen en koeling met KWO in de bodem dient een laag temperatuur verwarmingssysteem (bijvoorbeeld 50/35 C) en een hoog temperatuur koelsysteem (bijvoorbeeld 10/18 C) in het gebouw te worden aangebracht. Een andere mogelijkheid is te verwarmen met hoge temperatuur warmtepompen. GGD gebouw Het GGD gebouw is een elf verdieping tellende toren en is gelegen aan het Stadhuisplein 2. Het gebouw heeft een oppervlak van 7.545 m² en is gerealiseerd in 1969. Het gebouw is in eigendom van de gemeente Eindhoven. GGD gebouw 22.049/59144/RW 11 juni 2010 7
Hieronder is een samenvatting weergegeven van de huidige technische en energetische gegevens van het GGD gebouw. Verwarming: - huidige warmteopwekking: gasgestookte ketels - warmteafgiftesysteem: LBK en convectoren - temperatuurniveau: HTV op 90/80 C en 70/60 C - gasverbruik: 113.430 m³ per jaar - verwarmingsvermogen: 534 kw t - warmtevraag: 848 MWh t Koeling: - huidige koudeopwekking: elektrische koelmachines - koudeafgiftesysteem: LBK en nakoelers - temperatuurniveau: LTK op 6/12 C - elektraverbruik koeling: 72 MWh e - koelvermogen: 340 kw t - koudevraag: 252 MWh t Overig: - mate van isolatie: zeer slecht - locatie techniekruimte: op dak 11 e verdieping In 2010 en 2011 vindt grootschalige renovatie van het GGD gebouw plaats. De schil van het gebouw inclusief kozijnen en vensters wordt optimaal geïsoleerd. Hierdoor zal de warmtevraag afnemen met 75% tot 255 MWh t per jaar. Met de renovatie wordt het gebouw ook geschikt gemaakt voor lage temperatuur verwarming en hoge temperatuur koeling middels koelplafonds. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 8
Designhuis Het Designhuis is gelegen aan het Stadhuisplein 3 en heeft een oppervlak van 1.615 m². Het gebouw is gerealiseerd in 1961, heeft gedeeltelijk een monumentale status en is eigendom van de gemeente Eindhoven. Designhuis Hieronder is een samenvatting weergegeven van de huidige technische en energetische gegevens van het Designhuis. Nu en in de toekomst wordt het Designhuis niet van koeling voorzien. Verwarming: - huidige warmteopwekking: gasgestookte ketels - warmteafgiftesysteem: LBK, convectoren en radiatoren - temperatuurniveau: HTV - gasverbruik: 31.742 m³ per jaar - verwarmingsvermogen: 115 kw t aanname op basis van 71 W/m² - warmtevraag: 237 MWh t Overig: - mate van isolatie: onbekend - locatie techniekruimte: kelder/begane grondniveau In de komende jaren vindt geen renovatie van het gebouw plaats die wijzigingen in de vermogens en energiehoeveelheden tot gevolg hebben. Echter om het gebouw geschikt te maken voor verwarming met elektrisch aangedreven warmtepompen dient een laag temperatuur verwarmingssysteem (bijvoorbeeld 50/35 C) in het gebouw te worden aangebracht. Een andere mogelijkheid is te verwarmen met hoge temperatuur warmtepompen. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 9
Stadskantoor Het Stadskantoor is gelegen aan het Stadhuisplein 10 en heeft een oppervlak van 8.400 m². Het gebouw is gerealiseerd in 1994. Het gebouw is niet in eigendom van de gemeente Eindhoven. Stadskantoor Hieronder is een samenvatting weergegeven van de huidige technische en energetische gegevens van het Stadskantoor. Verwarming: - huidige warmteopwekking: gasgestookte ketels - warmteafgiftesysteem: LBK en radiatoren - temperatuurniveau: HTV - gasverbruik: 73.873 m³ per jaar - verwarmingsvermogen: 596 kw t - warmtevraag: 553 MWh t Koeling: - huidige koudeopwekking: elektrische koelmachines - koudeafgiftesysteem: LBK - temperatuurniveau: LTK op 6/12 C - elektraverbruik koeling: onbekend - koelvermogen: 630 kw t aanname op basis van 75 W/m² - koudevraag: 473 MWh t aanname op basis van 750 uur Overig: - mate van isolatie: matig - locatie techniekruimte: op dak 6 e verdieping In de komende jaren vindt geen renovatie van het gebouw plaats die wijzigingen in de vermogens en energiehoeveelheden tot gevolg hebben. Echter is de opwekkingsinstallatie aan vervanging toe (15 jaar). 22.049/59144/RW 11 juni 2010 10
Om het gebouw geschikt te maken voor verwarming met elektrisch aangedreven warmtepompen en koeling met KWO in de bodem dient een laag temperatuur verwarmingssysteem (bijvoorbeeld 50/35 C) en een hoog temperatuur koelsysteem (bijvoorbeeld 10/18 C) in het gebouw te worden aangebracht. Een andere mogelijkheid is te verwarmen met hoge temperatuur warmtepompen. Van Abbemuseum Het Van Abbemuseum is gelegen aan de Bilderdijklaan 10 en heeft een oppervlak van 7.312 m². Het gebouw bestaat uit een oudbouw uit 1934 en nieuwbouw uit 2002. De gebouwen zijn eigendom van de gemeente Eindhoven. Van Abbemuseum Hieronder is een samenvatting weergegeven van de huidige technische en energetische gegevens van het Van Abbemuseum. Verwarming: - huidige warmteopwekking: gasgestookte ketels - warmteafgiftesysteem: LBK, convectoren en radiatoren - temperatuurniveau: HTV op 90/80 C en 70/60 C - gasverbruik: 132.500 m³ per jaar - verwarmingsvermogen: 200 kw t - warmtevraag: 991 MWh t (inclusief naverwarming LBK in zomer) Koeling: - huidige koudeopwekking: elektrische koelmachines - koudeafgiftesysteem: LBK en nakoelers - temperatuurniveau: LTK op 6/12 C - elektraverbruik koeling: 271 MWh e - koelvermogen: 140 kw t - koudevraag: 271 MWh t Overig: - mate van isolatie: oudbouw: matig, nieuwbouw: goed - locatie techniekruimte: kelder 22.049/59144/RW 11 juni 2010 11
In de komende jaren vindt geen renovatie van het museum plaats die wijzigingen in de vermogens en energiehoeveelheden tot gevolg hebben. Echter om het gebouw geschikt te maken voor verwarming met elektrisch aangedreven warmtepompen dient een laag temperatuur verwarmingssysteem (bijvoorbeeld 50/35 C) in het gebouw te worden aangebracht. Een andere mogelijkheid is te verwarmen met hoge temperatuur warmtepompen. Waarschijnlijk zal hoge temperatuur koeling niet mogelijk zijn, daar ontvochtiging een belangrijke rol speelt in de klimatisering. Toekomstige nieuwbouw De komende jaren komt de bestaande bebouwing aan het Stadhuisplein 6, 8, 10 en 12 in eigendom van de gemeente Eindhoven. De gemeente is voornemens op deze locatie 20.000 m² aan nieuwbouw met voornamelijk kantoorfunctie te realiseren. Huidige bebouwing Stadhuisplein 6 Op basis van kentallen zijn de vermogens en energiehoeveelheden voor koeling en verwarming van deze nieuwbouw ingeschat. Uitgegaan wordt van lage temperatuur verwarming en hoge temperatuur koeling, zodat de gebouwen geschikt zijn voor verwarming met warmtepompen en koeling met KWO in de bodem. Verwarming: - verwarmingsvermogen: 1.000 kw t op basis van 50 W/m² - warmtevraag: 750 MWh t op basis van 750 uur Koeling: - koelvermogen: 1.500 kw t op basis van 75 W/m² - koudevraag: 1.125 MWh t op basis van 750 uur Overig: - mate van isolatie: zeer goed - locatie techniekruimte: bijvoorkeur op begane grond of kelderniveau 22.049/59144/RW 11 juni 2010 12
Catharinakerk Op ongeveer 200 m ten noordwesten van het Stadhuisplein, bevindt zich de Catharinakerk met een oppervlak van 2.363 m². De Catharinakerk is eigendom van de gemeente Eindhoven. In 2006 en 2007 heeft grootschalige renovatie van de kerk plaatsgevonden. De kerk is voorzien van lage temperatuur vloerverwarming en is derhalve geschikt voor verwarming met warmtepompen en KWO in de bodem. Koeling van de kerk vindt niet plaats. Catharinakerk Op basis van inschattingen van IF Technology zijn de volgende energetische kentallen voor dit onderzoek van toepassing. Verwarming: - huidige warmteopwekking: gasgestookte ketels - warmteafgiftesysteem: LBK en vloerverwarming - temperatuurniveau: LTV - gasverbruik: onbekend - verwarmingsvermogen: 236 kw t op basis van 100 W/m² - warmtevraag: 354 MWh t op basis van 1.500 vollasturen Overig: - mate van isolatie: goed - locatie techniekruimte: begane grond 22.049/59144/RW 11 juni 2010 13
Samenvattend overzicht afgiftesystemen in gebouwen Een belangrijke voorwaarde voor het kunnen toepassen van warmtepompen en KWO in de bodem is dat het temperatuurniveau van het warmte en koudeafgifte systeem in de gebouwen hier op zijn afgestemd. Voor verwarming met warmtepompen en KWO is in principe een laag temperatuur verwarmingssysteem (LTV) benodigd. Indien dit niet in het gebouw is te realiseren, kan voor verwarming gebruik worden gemaakt van een hoge temperatuur warmtepomp of gasgestookte ketels. Het koudeafgiftesysteem dient op een laag temperatuurniveau (LTK) bijvoorbeeld 10/18 C te zijn. In tabel 2.1 is een samenvattend overzicht van de afgiftesystemen in de gebouwen in de toekomst na eventuele renovatie weergegeven. In tabel 2.2 is het maximum grondwaterdebiet per gebouw weergegeven in de situatie dat al het koelvermogen geleverd wordt met de KWO en verwarming plaatsvindt met warmtepompen (monovalente installatie). Dit is de situatie waarbij het grondwaterdebiet maximaal is en derhalve de worst case situatie. Tabel 2.1 Samenvattend overzicht afgiftesystemen (monovalent) verwarming koeling LTV HTV LTK HTK Stadhuis x x GGD gebouw Designhuis x n.v.t. n.v.t. Stadskantoor x x Van Abbemuseum x x Catharinakerk n.v.t. n.v.t. Nieuwbouw Tabel 2.2 Samenvattend overzicht grondwaterdebiet max. debiet verwarming m³/h max. debiet koeling m³/h Stadhuis 61 39 GGD gebouw 58 37 Designhuis 12 0 Stadskantoor 64 68 Van Abbemuseum 22 53 Catharinakerk 25 0 Nieuwbouw 108 163 totaal (incl. reserve 10 à 15%) 400 400 2.3 Overige informatie De Dommel Ten zuidoosten van het Stadhuisplein tussen het Van Abbemuseum en het Stadhuis stroomt de Dommel. Het is wellicht mogelijk om van de aanwezige energie in de Dommel gebruik te maken voor verwarming of koeling van de gebouwen. Ook kan wellicht energie aan de Dommel worden onttrokken om een energiebalans in de bodem van het KWO systeem te creëren. Van het meetpunt bij de Tongelreep is het temperatuurverloop van het water in de Dommel weergegeven in figuur 2.2. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 14
Figuur 2.2 30 Temperatuurverloop De Dommel 25 Temperatuur De Dommel ( C) 20 15 10 5 0 01 09 2002 14 01 2004 28 05 2005 10 10 2006 22 02 2008 06 07 2009 18 11 2010 2.4 Kengetallen In het onderzoek wordt gebruik gemaakt van energetische, milieutechnische en financiële kengetallen aangehouden. Deze kengetallen zijn in deze paragraaf in tabellen samengevat. Alle weergegeven kosten zijn op haalbaarheidsniveau en exclusief BTW. Tabel 2.1 Energetische kengetallen onderste verbrandingswaarde aardgas 8,8 kwh t /m³ gemiddeld rendement gasgestookte ketel 85 % COP koelmachine inclusief droge koeler 3,5 kw t /kw e COP warmtepomp 4,0 kw t /kw e COP hoge temperatuur warmtepomp 3,5 kw t /kw e COP bronnen KWO-systeem inclusief distributie 40,0 kw t /kw e ontwerptemperaturen KWO koeling 10/18 C ontwerptemperaturen KWO verwarming 13/7 C Tabel 2.2 Milieutechnische kengetallen gemiddelde CO 2 emissie aardgas in Nederland 1,780 kg/m³ gemiddelde CO 2 emissie elektriciteit in Nederland 0,566 kg/kwh e Tabel 2.3 Financiële kengetallen gemiddeld gastarief onbekend /m³ gemiddeld elektriciteitstarief onbekend /kwh e gewenste rentabiliteit (IRR) 8 % jaarlijkse inflatie 2 % gemiddelde jaarlijkse energieprijsstijging bovenop inflatie 3 % 22.049/59144/RW 11 juni 2010 15
2.5 Gegevens bodem en grondwater Voor het toepassen van energieopslag in de bodem is een aantal aspecten van belang. Zo zal in de bodem een geschikte watervoerende zandlaag aanwezig moeten zijn voor het onttrekken en infiltreren van grondwater. Ook zal de kwaliteit van het grondwater geschikt moeten zijn voor het onttrekken aan en het infiltreren in de bodem. Daarnaast zijn nog enkele factoren, zoals grondwaterstroming en grondwatergebruikers in de omgeving waarmee rekening gehouden moet worden. Al deze aspecten worden in deze paragraaf behandeld. Hierbij wordt aangegeven in hoeverre ze de haalbaarheid van de energieopslag beïnvloeden. Hiervoor zijn de volgende gegevens gebruikt: - Boorbeschrijvingen uit het archief van TNO Bouw en Ondergrond; - Informatie uit het Regionaal Geohydrologisch Informatie Systeem (REGIS) van TNO Bouw en Ondergrond; - De grondwaterkaart van Nederland van TNO-NITG; - Informatie van energieopslagprojecten in de omgeving. Bodemopbouw De bodemopbouw op en in de omgeving van de projectlocatie is geschematiseerd in een aantal goed doorlatende watervoerende pakketten en weerstandbiedende scheidende lagen (zie figuur 2.3). 0 maaiveld deklaag diepte [m-mv] 25 e 1 watervoerende pakket 80 hydrologische basis Figuur 2.3 Geschematiseerde bodemopbouw op projectlocatie (maaiveld circa 18 m+nap) De deklaag bestaat uit fijn zand, leem en klei. Het eerste watervoerende pakket bestaat voornamelijk uit matig grof zand en soms een lokale kleilaag. Het eerste watervoerend pakket is geschikt voor energieopslag. In de provincie Noord-Brabant zijn watervoerende pakketten dieper dan 80 m-mv uitgesloten voor energieopslag (zie hoofdstuk 2.7). 22.049/59144/RW 11 juni 2010 16
Grondwaterstand en grondwaterstroming De grondwaterstand op de locatie bedraagt 1 à 2 m-mv. De natuurlijke grondwaterstroming in het eerste watervoerend pakket is noordelijk gericht en heeft een snelheid van circa 25 meter per jaar. Bij deze grondwaterstand en snelheid kan energieopslag worden toegepast. Grondwaterkwaliteit Op basis van de beschikbare informatie is de inschatting dat diepte van het zoetbrakgrensvlak zich bevindt op circa 400 m-mv. Het eerste watervoerende pakket bevat derhalve uitsluitend zoet grondwater. Menging van zoet en zout grondwater vormt daarom geen juridisch aandachtspunt (zie hoofdstuk 2.7). Grondwatertemperatuur De natuurlijke grondwatertemperatuur in het eerste watervoerende pakket bedraagt circa 11 C en is geschikt voor de toepassing van energieopslag. Grondwatergebruikers Binnen 1.500 meter van de projectlocatie zijn andere grondwatergebruikers aanwezig. Tabel 2.4 geeft een overzicht van deze grondwatergebruikers. De aanwezigheid van deze grondwatergebruikers vormt geen belemmering voor het toepassen van energieopslag. Voor het ontwerp van de energieopslag is met name het systeem van DWZI een aandachtspunt. De locaties van de bronnen van DWZI zijn gebaseerd op informatie van de gemeente en zijn weergegeven in figuur 2.3. Bestaande systemen mogen niet negatief beïnvloed worden (zie hoofdstuk 2.7). Tabel 2.4 Grondwatergebruikers naam doel afstand en richting (t.o.v. midden stadhuisplein) vergund per uur (m³/h) vergund per jaar (m³/jaar) DWZI KWO 220 m NO 100 240.000 De Heuvelgalerie KWO 300 m N 100 500.000 Rond de Admirant KWO 540 m NW 240 405.000 Lichttoren KWO 680 m NW 160 816.000 Van de Ven en Co industrie 1.000 m NW 10 5.000 Kennedytoren KWO 1.000 m N 140 360.000 Stadion kwartier KWO 1.000 m NW 235 600.000 Verontreinigingen Uit informatie van de gemeente Eindhoven blijkt dat direct ten noorden van de Kerkstraat VOCl-verontreinigingen zijn aangetroffen in het grondwater. De verontreinigingen zijn aangetroffen tot een maximale diepte van 18 m-mv. De locatie van de verontreinigingen is weergegeven in figuur 2.4. In figuur 2.5 is een dwarsprofiel van de verontreinigingen weergeven. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 17
DWZI Verontreinigingen Figuur 2.4 Overzicht van de belangen in de omgeving (bron: www.maps.google.nl) De VOCl-verontreiniging bevindt zich in de deklaag. Een leemlaag tussen 20 en 22 m-mv scheidt de deklaag en het eerste watervoerende pakket, waardoor de verontreiniging niet voorkomt in het eerste watervoerende pakket. De aanwezigheid van de verontreiniging vormt een aandachtspunt bij het ontwerp en de juridische haalbaarheid van de beoogde energieopslag. De verontreiniging mag niet significant verplaatst worden door het beoogde energieopslagsysteem (zie hoofdstuk 2.7). Winkels Kerk Leemlaag (20-22 m-mv) Figuur 2.5 Dwarsprofiel verontreinigingen Kerkstraat (bron: Aanvullend onderzoek grondwater Kerkstraat Eindhoven, CSO) 22.049/59144/RW 11 juni 2010 18
Overige belanghebbenden De projectlocatie bevindt zich in stedelijk gebied. In de directe omgeving zijn geen natuurgebieden of andere aandachtsgebieden aanwezig. Bodemgeschiktheid rondom het TD gebouw Mogelijkerwijs wordt het TD gebouw ook bij het project betrokken. Het TD gebouw ligt circa 300 m ten zuidwesten van het stadskantoor. Rondom het TD gebouw is ook de geschiktheid van de bodem voor toepassing van WKO onderzocht. Hieruit volgt dat grondwatergebruikers, verontreinigingen en overige belanghebbenden geen belemmering vormen. 2.6 Potentieel ondergrond Indien een systeemconcept wordt aangehouden waarbij de totale koudevraag en het koelvermogen direct wordt geleverd met de KWO bedraagt het maximum koelvermogen circa 3.350 kw t. Het benodigd maximum grondwaterdebiet van de KWO bedraagt in deze situatie 400 m³/h. Het verdampervermogen van de warmtepompen en het debiet in de wintersituatie is gelijk aan of lager dan 400 m³/h (zie tabel 2.2). Op de locatie van het Stadhuisplein is KWO in de bodem technisch mogelijk. Het maximum te onttrekken en te infiltreren grondwaterdebiet bedraagt op basis van bestaande gegevens en projecten in de omgeving 125 à 150 m³/h per bron. Dit impliceert dat voor totale koudelevering met KWO drie koude en drie warme bronnen benodigd zijn tot een maximale diepte van 80 m-mv. Om thermische kortsluiting tussen de bronnen te voorkomen dient de minimale bronafstand circa 125 m te bedragen. Om een indicatie te geven waar de bronnen kunnen worden geplaatst, is in figuur 2.6 een voorstel voor de locaties van de bronnen als rode en blauwe cirkels weergegeven. De definitieve bronlocaties dienen in het masterplan te worden vastgesteld aan de hand van thermische en hydrologische berekeningen. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 19
DWZI Verontreinigingen Figuur 2.6 Voorstel bronlocaties Stadhuisplein (bron: www.maps.google.nl) 2.7 Juridisch kader Het onttrekken en infiltreren van grondwater door middel van een energieopslagsysteem is vergunningplichtig in het kader van de Waterwet. De vergunning dient te worden aangevraagd bij de provincie Noord-Brabant. Als bijlage bij de vergunningaanvraag dienen de effecten van energieopslag in een effectenstudie te worden gekwantificeerd. Het verkrijgen van een vergunning Waterwet duurt minimaal 7,5 maanden. Belangrijke aandachtspunten uit het beleid van de provincie zijn: - Over een periode van 5 jaar moet de energieopslag energetisch in balans zijn. - Energieopslagsystemen mogen geen negatieve invloed hebben op reeds vergunde energieopslagsystemen in de omgeving. - Energieopslagsystemen mogen geen negatieve invloed hebben op bekende bodemverontreinigingen. - Energieopslagsystemen zijn niet toegestaan op een diepte beneden 80 m-mv omdat het grondwater dieper dan 80 m-mv is gereserveerd voor hoogwaardige doeleinden. - Energieopslagsystemen mogen het zoete grondwater niet verzilten. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 20
Het project is telefonisch geïntroduceerd bij de provincie Noord-Brabant. Op voorhand zijn zij positief over het toepassen van bodemenergie op de locatie. Wel geeft de provincie aan dat rekening dient te worden gehouden met de reeds vergunde systemen en de aanwezige verontreinigingen. Grote grondwatersystemen dienen een m.e.r.-procedure te doorlopen. Indien een grondwatersysteem meer dan 1,5 miljoen m³ grondwater per jaar verpompt dan is het systeem m.e.r.-beoordelingsplichtig. Indien een grondwatersysteem meer dan 3 miljoen m³/jaar verpompt dan heeft het systeem een m.e.r.-plicht. Omdat de grootste variant in dit geval een waterverplaatsing van 1,2 miljoen m³ grondwater per jaar omvat, is voor het masterplan waarschijnlijk geen m.e.r.-procedure noodzakelijk maar geldt alleen de Waterwet. 2.8 Evaluatie inventarisatie Uit de inventarisatie van de gegevens van de gebouwen en de potentie van de bodem op de locatie worden de volgende tussentijdse conclusies getrokken: - De warmte- en koudeafgiftesystemen in het te renoveren GGD gebouw, de toekomstige nieuwbouw en de Catharinakerk komen in aanmerking voor lage temperatuur verwarming met warmtepompen en koeling met KWO. - De warmte- en koudeafgiftesystemen van het Stadhuis, het Stadskantoor, het Van Abbemuseum en het Designhuis zijn op dit moment niet geschikt voor lage temperatuur verwarming met warmtepompen en koeling met KWO. Aanpassing van deze installaties is noodzakelijk. Zonder aanpassing in het warmteafgiftesysteem komen hoge temperatuur warmtepompen wellicht in aanmerking als warmteleverancier. - Indien alle beschouwde en bovenomschreven gebouwen van directe koeling met KWO worden voorzien, is een grondwaterdebiet benodigd van circa 400 m³/h. Op basis van informatie van de bodemopbouw en projecten in de omgeving zijn hiervoor drie koude en drie warme bronnen benodigd. - Voor het in gebruik hebben van een energieopslagsysteem is een vergunning Waterwet noodzakelijk. Bij het ontwerp van het grondwatersysteem dient rekening te worden gehouden met grondwaterverontreinigingen en andere energieopslagsystemen in de omgeving. Deze aspecten vormen een aandachtspunt voor de vergunbaarheid. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 21
3 Variantenonderzoek 3.1 Principe energieopslag Het principe van energieopslag in de bodem met een open grondwatersysteem is dat in de zomer wordt gekoeld met winterkoude en in de winter wordt verwarmd met zomerwarmte. De koude en warmte wordt door middel van open bronnen in een ondergrondse watervoerende laag opgeslagen en onttrokken. Het principe is weergegeven in figuur 3.1. In de winter wordt het grondwater opgepompt uit de warme bronnen en na warmteoverdracht weer geïnfiltreerd in de koude bronnen. In de zomer wordt gekoeld met het grondwater. Het grondwater wordt hierbij onttrokken aan de koude bronnen en na warmteoverdracht weer geïnfiltreerd in de warme bronnen. Figuur 3.1 Principe van energieopslag in de bodem 3.2 Afweging systeemconcept gebouwinstallatie Voor de gebouwinstallaties kan gekozen worden voor monovalente of bivalente installaties. Een korte toelichting volgt hieronder: Monovalent: Bivalent: één omzetter welke is uitgelegd op het maximale vermogen en welke alle koude of warmte levert. twee omzetters welke gezamenlijk het vermogen en de energievraag leveren. Veelal draait één omzetter op een lage basislast en levert hiermee een groot deel van de warmte of koude terwijl de andere omzetter ingezet wordt als piekdekking en slechts een klein deel van de warmte of koude levert. De afweging tussen beide gebouwinstallaties gebeurt op een aantal criteria welke in deze paragraaf is uitgewerkt. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 22
Duurzaamheid Zowel bij directe koudelevering als bij warmtelevering door warmtepompen in combinatie met een grondwatersysteem wordt energiebesparing en CO 2 -emissreductie gerealiseerd ten opzichte van de referentievariant. Vanuit duurzaamheidoverwegingen heeft een monovalente installatie de voorkeur. Meer hierover is te vinden in paragraaf 4.3. Financieel Zowel koudelevering als warmtelevering kunnen monovalent of bivalent worden uitgevoerd. Van beide situaties wordt voorafgaand aan de uitwerking het optimale systeemconcept bepaald. Uitgangspunt hierbij is dat, zolang er geen renovatie plaats vindt in de nabije toekomst, gebruik wordt gemaakt van de huidige afgiftesystemen. Koudelevering Eén van de grote voordelen van KWO systemen is dat er direct gekoeld kan worden in combinatie met een hoge temperatuur koelsysteem. Koud grondwater wordt opgepompt uit de koude bron en in een warmtewisselaar wordt de koude overgedragen aan het gebouwzijdige circuit. Bij directe koeling wordt minder elektrische energie verbruikt dan bij conventionele compressiekoelmachines. Dit vertaalt zich naar primaire energiebesparing, CO 2 -emissiereductie en lagere exploitatiekosten. Wanneer gebruik wordt gemaakt van een lage temperatuur koelsysteem is het niet mogelijk om direct te koelen met grondwater. De grondwatertemperatuur is te hoog om voldoende koeling te kunnen leveren. In dit geval kan gebruik worden gemaakt van een omkeerbare warmtepomp in combinatie met het KWO-systeem. De warmtepomp werkt dan als koelmachine. De aanwezige koude afgiftesystemen zullen het systeemconcept voor koudelevering bepalen. Bij hoge temperatuur koelsystemen wordt direct gekoeld met behulp van het KWO-systeem. Bij lage temperatuur afgiftesystemen wordt gebruik gemaakt van directe koeling en omkeerbare warmtepompen. Indien er nog gekozen kan worden voor een koudeafgiftesysteem, bijvoorbeeld bij nieuwbouw en renovatie, wordt uitgegaan van een hoge temperatuur koelsysteem in combinatie met directe koeling met grondwater. Warmtelevering Warmtelevering met een KWO-systeem vindt bijna altijd plaats in combinatie met een warmtepomp. Wanneer er voor warmtelevering gebruik wordt gemaakt van een bivalente installatie, draait een warmtepomp vaak op een lage basislast en levert hiermee een groot deel van de benodigde warmte. Een ketel wordt in dit geval ingezet voor piekdekking. Welke systeeminstallatie (monovalent of bivalent) voor dit project het meest interessant is, wordt bepaald aan de hand van een fictieve case. Uitgangspunt hierbij is een verwarmingsvermogen van 1.000 kw t. De warmtevraag, het koelvermogen en de koudevraag zijn geschaald aan het totale project waarbij alle gebouwen zijn aangesloten op het grondwatersysteem (zie paragraaf 2.2 voor alle gebouwen en energetische uitgangspunten). Koeling wordt meegenomen om dat de verhouding tussen warmtelevering en koudelevering de grootte van het regeneratiesysteem beïnvloedt. De belangrijkste uitgangspunten voor de case zijn: 22.049/59144/RW 11 juni 2010 23
- Warmtevermogen: 1.000 kw t - Warmtevraag: 1.250 MWh t - Koelvermogen: 1.000 kw t - Koudevraag: 750 MWh t - Monovalent verwarmen: De warmtepomp is uitgelegd op het totale verwarmingsvermogen en levert alle benodigde warmte in combinatie met het KWO-systeem. - Bivalent verwarmen: De warmtepomp levert bij een verwarmingsvermogen van 35% van het totale vermogen 80% van de totale warmtevraag, de ketel heeft een vermogen van 65% van het totaal en levert 20% van de totale warmtevraag. - Koelen: Bij gebouwen met hoge temperatuur koeling (zie tabel 2.1) wordt volledig direct gekoeld met grondwater. Bij de overige gebouwen wordt 50% van het vermogen en de koudelevering geleverd met compressie koelmachines en de overige 50% met KWO. Het systeemconcept en een vertaling van de uitgangspunten voor een monovalent systeem is weergegeven in figuur 3.2 en voor en bivalent systeem in figuur 3.3. Koeling Verwarming monovalent koelvermogen 1.000 kwt verwarmingsvermogen 1.000 kwt koudevraag 750 MWht warmtevraag 1.250 MWht 223 kwt 159 MWht CKM Regeneratie WP COP k = 3,5 COP w = 4 1.000 kwt 1.250 MWht 777 kwt 591 MWht 347 MWht 750 kwt 938 MWht Grondwatersysteem Grondwatersysteem koelvermogen (direct) 777 kwt warmtevermogen 750 kwt koudelevering 938 MWht warmtelevering 938 MWht maximaal debiet 117 m³/h maximaal debiet 108 m³/h ontwerp temperaturen 10/18 C (bronnen) ontwerp temperaturen 13/7 C (bronnen) Figuur 3.2 Systeemconcept en energetische uitgangspunten monovalent systeem. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 24
Koeling Verwarming bivalent koelvermogen 1.000 kwt verwarmingsvermogen 1.000 kwt koudevraag 750 MWht warmtevraag 1.250 MWht 223 kwt 159 MWht CKM Regeneratie WP COP k = 3,5 COP w = 4 350 kwt 1.000 MWht Ketel 650 kwt 250 MWht 777 kwt 591 MWht Grondwatersysteem 159 MWht 263 kwt 750 MWht Grondwatersysteem koelvermogen (direct) 777 kwt warmtevermogen 263 kwt koudelevering 750 MWht warmtelevering 750 MWht maximaal debiet 99 m³/h maximaal debiet 38 m³/h ontwerp temperaturen 10/18 C (bronnen) ontwerp temperaturen 13/7 C (bronnen) Figuur 3.3 Systeemconcept en energetische uitgangspunten bivalent systeem. Er wordt een financiële afweging gemaakt van beide varianten. Hiertoe zijn de investeringskosten en exploitatiekosten van de gebouwinstallatie op haalbaarheidsniveau bepaald (voor kengetallen zie ook 2.4). De kosten voor het grondwatersysteem zijn op quickscanniveau geraamd. Voor het gastarief is 0,46,m³ aangehouden en voor het elektriciteitstarief is 0,13/kWh e aangehouden. Deze waarden liggen 10% onder de huidige kosten voor een gemiddeld huishouden. De kosten zijn exclusief BTW en zijn weergegeven in tabel 3.1 en tabel 3.2. Merk op dat kosten die in beide varianten gelijk zijn niet zijn meegenomen. Tabel 3.1 Investeringskosten monovalente en bivalente gebouwinstallatie kostenpost monovalent bivalent ketel - 65.000,- warmtepomp 225.000,- 79.000,- grondwatersysteem 333.000,- 298.000,- regeneratiesysteem 33.000,- 15.000,- Totaal 591.000,- 457.000,- Tabel 3.2 Jaarlijkse exploitatiekosten monovalente en bivalente gebouwinstallatie kostenpost monovalent bivalent gasverbruik ketel - 15.400,- elektriciteitsverbruik warmtepomp 40.600,- 32.500,- elektriciteitsverbruik grondwatersysteem 6.100,- 4.900,- elektriciteitsverbruik regeneratiesysteem 1.800,- 800,- onderhoud en beheer 15.200,- 11.300,- Totaal 63.700,- 64.900,- De investeringskosten liggen bij de bivalente variant lager dan bij de monovalente variant. Hier staat tegenover dat de exploitatiekosten hoger liggen bij de bivalente variant. Het break-even punt ligt rond de 110 jaar. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 25
Leveringszekerheid Een voordeel van de bivalente variant is dat de leveringszekerheid hoger ligt dan bij de monovalente variant. Doordat gebruik wordt gemaakt van een warmtepomp en een ketel, kan bij wegvallen van één van deze componenten de andere component (een deel) van de warmte blijven leveren. Systeemkeuze gebouwinstallatie Bovenstaande is kwalitatief samengevat in tabel 3.3. Vanwege de lagere investeringskosten en de hogere betrouwbaarheid wordt in dit project voor verwarming gekozen voor de bivalente variant. Vanwege de energiebesparing van directe koudelevering wordt gekozen voor monovalente, directe koeling waar mogelijk. Concreet houdt dit in dat er een hoge temperatuur koelsysteem aanwezig moet zijn om directe koeling toe te kunnen passen. Tabel 3.3 Afweging systeemconcept gebouwinstallaties criterium monovalent bivalent duurzaamheid (primaire energie en uitstoot CO 2 ) ++ + financieel +/- + leveringszekerheid + ++ 3.3 Afweging systeemconcept KWO-systeem Indien er meerdere doubletten zijn (één doublet bestaat uit één warme bron en één koude bron), kan gekozen worden voor een klein-collectieve configuratie of een collectieve configuratie. Een korte toelichting volgt hieronder: Klein collectief: Op elk doublet worden twee of meerdere gebouwen aangesloten. De doubletten onderling zijn hydraulisch niet gekoppeld. Er zijn meerdere, klein-collectieve systemen. Collectief: Door gebruik te maken van een collectieve transportleiding worden alle gebouwen en alle doubletten hydraulisch aan elkaar gekoppeld. Er is één collectief systeem. De afweging tussen beide systeemconcepten gebeurt op een aantal criteria welke in deze paragraaf is uitgewerkt. Organisatorisch Organisatorische complexiteit speelt een belangrijke rol in de implementatie van een KWO-systeem. De organisatorische complexiteit wordt vooral bepaald door het aantal betrokken partijen. Alle gebouwen zijn (of worden op korte termijn) eigendom van de gemeente. Vanuit organisatorisch oogpunt is dus geen verschil tussen beide systemen. Leveringszekerheid Conventionele energiesystemen hebben een hoge leveringszekerheid. Wil een KWOsysteem een interessante optie zijn, dan dient de leveringszekerheid hiervan ook hoog te zijn. Belangrijke componenten van een KWO-systeem zijn de bronnen, pompen, leidingwerk en warmtewisselaars. Uit praktijkervaring volgt dat, mits aandacht is besteed aan het ontwerp, de realisatie en onderhoud en beheer, al deze componenten robuust zijn. Een KWO-systeem heeft een hoge leveringszekerheid. Algemeen kan gesteld worden dat collectieve systemen iets robuuster zijn dan klein collectieve systemen. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 26
Bij het wegvallen van één van de bronnen kunnen de andere bronnen (een deel van) de warmte en koude blijven leveren. Faseerbaarheid Vanuit financieel oogpunt is het wenselijk dat de realisatie van het grondwatersysteem goed is af te stemmen op de realisatie van het project. Bij beide concepten is dit goed mogelijk. Bronnen kunnen gefaseerd worden aangelegd en gebouwen kunnen gefaseerd worden aangesloten. Financieel Ten opzichte van een conventioneel systeem met ketels en compressiekoelmachines liggen de investeringskosten van een KWO-systeem hoger maar de exploitatiekosten lager. Uit eerdere opgedane ervaringen in haalbaarheidsstudies volgt dat door de lagere exploitatiekosten een KWO-systeem zich doorgaans binnen een aanvaardbare periode terugverdient en hiermee financieel een interessante optie is. Bij een collectief systeem zullen de kosten voor het leidingwerk tussen de bronnen en de gebouwen hoger uitvallen dan bij een klein collectief systeem omdat er ook leidingwerk tussen de verschillende bronnen aangelegd dient te worden. Hier staat tegenover dat het regeneratiesysteem kleiner uitgevoerd kan worden en dat de exploitatiekosten met betrekking tot regeneratie lager liggen. De kosten van de bronnen liggen bij klein collectieve systemen hoger doordat meer (kleine) bronnen nodig zijn dan bij een collectief systeem. Financieel gezien vallen de voor- en nadelen tegen elkaar weg en is er geen duidelijke voorkeur voor één van de concepten. Duurzaamheid Een collectief systeem heeft als voordeel dat verschillen in warmtevraag- en koudevraag (gedeeltelijk) tegen elkaar wegvallen. Hierdoor hoeft minder geregenereerd te worden, wat een positief effect heeft op de duurzaamheid (en exploitatiekosten). Leidingverliezen (wrijvingsverliezen en thermische verliezen) als gevolg van langere leidinglengten zijn gering. De wrijvingsverliezen zijn gering door de hoge COP s van de circulatiepompen. Thermische verliezen zijn gering doordat er nauwelijks temperatuurverschil is tussen de bodem en het water in de leidingen. Vanuit duurzaamheidoverwegingen heeft een collectief systeem de voorkeur. Systeemkeuze Bovenstaande is kwalitatief samengevat in tabel 3.4. De leveringszekerheid en de duurzaamheid zijn bij een collectief systeem groter. Daarnaast heeft gemeente Eindhoven aangegeven te streven naar een collectief systeem. Bij verdere uitwerking wordt in dit onderzoek uitgegaan van een collectief systeem. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 27
Tabel 3.4 Afweging systeemconcept KWO-systemen criterium collectief klein collectief organisatorisch + + leveringszekerheid ++ + faseerbaarheid + + financieel + + duurzaamheid ++ + 3.4 Afweging distributie Transport van koude en warmte van de bronnen naar de gebouwen kan op verschillende manieren uitgevoerd worden. In dit project wordt gekeken naar een grondwaternet en distributienet. Een korte toelichting volgt hieronder: Grondwaternet: Distributienet: Het grondwater uit de bronnen wordt middels leidingen naar de verschillende gebouwen getransporteerd. In elk gebouw staat in de technische ruimte een warmtewisselaar opgesteld die het grondwaternet scheidt van het gebouwsysteem. Schematisch is dit weergegeven in figuur 3.4. Het grondwater uit de bronnen wordt naar een primaire technische ruimte geleid waar het door een warmtewisselaar van het distributienet wordt gescheiden. Water wordt vanuit deze primaire technische ruimte via het distributienet getransporteerd naar de verschillende gebouwen. In elk gebouw staat in een secundaire technische ruimte een warmtewisselaar opgesteld die het distributienet scheidt van het gebouwsysteem. Schematisch is dit weergegeven in figuur 3.5. gebouw 1 gebouw 2 gebouw... warme bron warm grondwaternet koud grondwaternet koude bron Figuur 3.4 Schematische weergave grondwaternet 22.049/59144/RW 11 juni 2010 28
gebouw 1 gebouw 2 gebouw... Primaire Technische Ruimte warme bron warm grondwaternet koud grondwaternet distributienet koude bron Figuur 3.5 Schematische weergave distributienet De afweging tussen beide distributievarianten gebeurt op een aantal criteria welke in deze paragraaf zijn uitgewerkt. Ontgassing Grondwater dient op overdruk gehouden te worden om ontgassing van het grondwater te voorkomen. Ontgassing kan leiden tot verstopping van de bronnen. Als gevolg hiervan dient bij grondwaterdistributie het hele grondwaternet tot aan de gebouwen op overdruk gehouden te worden. Bij een distributienet hoeft alleen het leidingwerk tot aan de primaire technische ruimte op overdruk gehouden te worden. Temperatuurverlies Bij warmtewisselaars wordt warmte uitgewisseld tussen twee circuits. Bij een grondwaternet is dit tussen het grondwater en het water in de gebouwzijdige installatie. Bij een distributienet is dit tussen het grondwater en het distributiewater en tussen het distributiewater en het water in de gebouwzijdige installatie. Om warmte uit te kunnen wisselen is in elke warmtewisselaar een temperatuurverschil aanwezig. Hierdoor treed bij elke warmtewisselaar temperatuurverlies op. Door de toepassing van twee warmtewisselaars bij een distributienet is het temperatuurverlies tussen het grondwater en het water naar de gebouwzijdige afgiftesystemen groter dan bij een grondwaternet, waar maar één warmtewisselaar wordt toegepast. Investeringskosten leidingwerk Bij een grondwaternet is een distributienetwerk waarop gebouwen en bronnen rechtstreeks kunnen worden aangesloten. Bij een distributienet worden alleen gebouwen op het distributienet aangesloten en moet daarnaast leidingwerk vanaf de bronnen naar de primaire technische ruimte gelegd worden. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 29
Hierdoor zal het aantal meters leidingwerk bij een distributienet groter zijn dan bij een grondwaternet en liggen de investeringskosten van het leidingwerk navenant hoger. Elektriciteitsverbruik Bij een distributienet wordt gebruik gemaakt van bronpompen en circulatiepompen. Bij een grondwaternet worden alleen bronpompen gebruikt. Het elektriciteitsverbruik zal bij een grondwaternet om deze reden lager liggen dan bij een distributienet. Keuze distributie Bovenstaande is kwalitatief samengevat in tabel 3.5. Op basis van de distributie-analyse wordt voor dit project gekozen voor een grondwaternet. Ontgassing is hierbij een aandachtspunt, maar dit is technisch oplosbaar. Op de andere criteria scoort een grondwaternet beter. Tabel 3.5 Afweging distributie criterium grondwaternet distributienet ontgassing +/- + temperatuurverlies + +/- investering leidingwerk + +/- elektriciteitsverbruik ++ + 3.5 Gebouwen Het systeemconcept van de gebouwinstallatie verschilt per gebouw. Bij het bepalen van het systeemconcept zijn de volgende uitgangspunten gebruikt: - Indien er op kort termijn gerenoveerd wordt, of bij nieuwbouw, wordt gebruik gemaakt van lage temperatuurverwarming en hoge temperatuurkoeling (zie paragraaf 2.2). - Indien er niet (op kort termijn) gerenoveerd wordt, wordt gebruik gemaakt van de aanwezige afgiftesystemen (zie paragraaf 2.2). - Bij verwarming wordt gebruik gemaakt van een bivalent systeem (zie paragraaf 3.1). - Bij toepassing van een hoge temperatuur warmtepomp worden de ketels op het totale verwarmingsvermogen uitgelegd. De reden hiervoor is dat bij pieklevering tijdens zeer koude perioden de retourtemperatuur van het warmte-afgiftesysteem boven de maximale uittredetemperatuur van de hoge temperatuur warmtepomp ligt. Hierdoor kan de hoge temperatuur warmtepomp geen warmte meer leveren. - Afhankelijk van de aanwezige gebouwinstallatie wordt voor koudelevering gebruik gemaakt van een monovalent of bivalent systeem (zie paragraaf 3.1). Bij een bivalent systeem wordt de koudelevering gelijk verdeeld over beide koude-afgiftesystemen. - Energetische uitgangspunten zoals beschreven in paragraaf 2.2. Het systeemconcept per gebouw is samengevat in tabel 3.6. De energetische uitgangspunten en het systeemconcept per gebouw zijn grafisch weergegeven in figuren 3.6 tot en met 3.12. Regeneratie is hierbij niet meegenomen. Of regeneratie noodzakelijk is hangt af van de combinatie gebouwen die op het grondwatersysteem worden aangesloten. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 30
Tabel 3.6 Systeemconcept per gebouw gebouw verwarming koeling figuur Stadhuis HTWP + K LTK + HTK 3.6 GGD gebouw LTWP + K HTK 3.7 Designhuis HTWP + K n.v.t. 3.8 Stadskantoor HTWP + K LTK + HTK 3.9 Van Abbemuseum HTWP + K LTK + HTK 3.10 Catharinakerk LTWP + K n.v.t. 3.11 Nieuwbouw LTWP + K HTK 3.12 HTK: Hoge temperatuur koeling HTWP: Hoge temperatuur warmtepomp K: Ketel LTK: Lage temperatuur koeling LTWP: Lage temperatuur warmtepomp Koeling Stadhuis Verwarming Stadhuis koelvermogen 360 kwt verwarmingsvermogen 566 kwt koudevraag 267 MWht warmtevraag 900 MWht 180 kwt 134 MWht 198 kwt 720 MWht CKM HTWP COP k = 3,5 COP w = 3,5 Ketel 566 kwt 180 MWht 180 kwt 134 MWht Grondwatersysteem 142 kwt 514 MWht Grondwatersysteem koelvermogen (direct) 180 kwt warmtevermogen 142 kwt koudelevering 134 MWht warmtelevering 514 MWht maximaal debiet 19 m³/h maximaal debiet 20 m³/h ontwerp temperaturen 10/18 C (bronnen) ontwerp temperaturen 13/7 C (bronnen) Figuur 3.6 Systeemconcept en energetische uitgangspunten Stadhuis In de winter wordt warmte aan het stadhuis geleverd door hoge temperatuur warmtepompen in combinatie met het grondwatersysteem (720 MWh t ) en door ketels (180 MWh t ). De ketels zijn uitgelegd op het totale verwarmingsvermogen omdat bij zeer koude dagen de hoge temperatuur warmtepompen geen warmte meer leveren. In de zomer wordt voor een deel (50%) direct gekoeld met grondwater (134 MWh t ) en voor een deel (50%) gekoeld met behulp van compressiekoelmachines (134 MWh t ). 22.049/59144/RW 11 juni 2010 31
Koeling GGD gebouw Verwarming GGD gebouw koelvermogen 340 kwt verwarmingsvermogen 534 kwt koudevraag 252 MWht warmtevraag 255 MWht 187 kwt 204 MWht WP COP w = 4 Ketel 347 kwt 51 MWht 340 kwt 252 MWht 140 kwt 153 MWht Grondwatersysteem Grondwatersysteem koelvermogen (direct) 340 kwt warmtevermogen 140 kwt koudelevering 252 MWht warmtelevering 153 MWht maximaal debiet 37 m³/h maximaal debiet 20 m³/h ontwerp temperaturen 10/18 C (bronnen) ontwerp temperaturen 13/7 C (bronnen) Figuur 3.7 Systeemconcept en energetische uitgangspunten GGD gebouw In de winter wordt warmte aan het GGD gebouw geleverd door standaard warmtepompen in combinatie met het grondwatersysteem (204 MWh t ) en door ketels (51 MWh t ). In de zomer wordt volledig direct gekoeld met grondwater (252 MWh t ). Verwarming Designhuis verwarmingsvermogen warmtevraag 115 kwt 237 MWht 40 kwt 190 MWht HTWP COP w = 3,5 Ketel 115 kwt 47 MWht 29 kwt 135 MWht Grondwatersysteem warmtevermogen warmtelevering maximaal debiet ontwerp temperaturen 29 kwt 135 MWht 4 m³/h 13/7 C (bronnen) Figuur 3.8 Systeemconcept en energetische uitgangspunten Designhuis Warmte aan het Designhuis wordt geleverd door hoge temperatuur warmtepompen in combinatie met het grondwatersysteem (190 MWh t ) en door ketels (47 MWh t ). De ketels zijn uitgelegd op het totale verwarmingsvermogen. Er wordt niet gekoeld. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 32
Koeling Stadskantoor Verwarming Stadskantoor koelvermogen 630 kwt verwarmingsvermogen 596 kwt koudevraag 473 MWht warmtevraag 553 MWht 315 kwt 237 MWht 209 kwt 442 MWht CKM HTWP COP k = 3,5 COP w = 3,5 Ketel 596 kwt 111 MWht 315 kwt 237 MWht Grondwatersysteem 149 kwt 316 MWht Grondwatersysteem koelvermogen (direct) 315 kwt warmtevermogen 149 kwt koudelevering 237 MWht warmtelevering 316 MWht maximaal debiet 34 m³/h maximaal debiet 21 m³/h ontwerp temperaturen 10/18 C (bronnen) ontwerp temperaturen 13/7 C (bronnen) Figuur 3.9 Systeemconcept en energetische uitgangspunten Stadskantoor In de winter wordt warmte aan het stadskantoor geleverd door hoge temperatuur warmtepompen in combinatie met het grondwatersysteem (442 MWh t ) en door ketels (111 MWh t ). De ketels zijn uitgelegd op het totale verwarmingsvermogen. In de zomer wordt voor een deel (50%) direct gekoeld met grondwater (237 MWh t ) en voor een deel (50%) gekoeld met behulp van compressiekoelmachines (237 MWh t ). Koeling Van Abbemuseum Verwarming Van Abbemuseum koelvermogen 490 kwt verwarmingsvermogen 200 kwt koudevraag 271 MWht warmtevraag 1.008 MWht 245 kwt 136 MWht 160 kwt 806 MWht CKM HTWP COP k = 3,5 COP w = 3,5 Ketel 200 kwt 202 MWht 245 kwt 136 MWht Grondwatersysteem 114 kwt 576 MWht Grondwatersysteem koelvermogen (direct) 245 kwt warmtevermogen 114 kwt koudelevering 136 MWht warmtelevering 576 MWht maximaal debiet 26 m³/h maximaal debiet 16 m³/h ontwerp temperaturen 10/18 C (bronnen) ontwerp temperaturen 13/7 C (bronnen) Figuur 3.10 Systeemconcept en energetische uitgangspunten Van Abbemuseum Het van Abbemuseum wordt in de winter verwarmd door hoge temperatuur warmtepompen in combinatie met het grondwatersysteem (806 MWh t ) en door ketels (202 MWh t ). In de zomer wordt voor een deel (50%) direct gekoeld met grondwater (136 MWh t ) en voor een deel (50%) gekoeld met behulp van compressiekoelmachines (136 MWh t ). 22.049/59144/RW 11 juni 2010 33
Verwarming Catharinakerk verwarmingsvermogen warmtevraag 236 kwt 354 MWht 83 kwt 283 MWht WP COP w = 4 Ketel 153 kwt 71 MWht 62 kwt 212 MWht Grondwatersysteem warmtevermogen warmtelevering maximaal debiet ontwerp temperaturen 62 kwt 212 MWht 9 m³/h 13/7 C (bronnen) Figuur 3.11 Systeemconcept en energetische uitgangspunten Catharinakerk De Catharinakerk wordt verwarmd door standaard warmtepompen in combinatie met het grondwatersysteem (283 MWh t ) en door ketels (71 MWh t ). Er wordt niet gekoeld. Koeling Nieuwbouw Verwarming Nieuwbouw koelvermogen 1.500 kwt verwarmingsvermogen 1.000 kwt koudevraag 1.125 MWht warmtevraag 750 MWht 350 kwt 600 MWht WP COP w = 4 Ketel 650 kwt 150 MWht 1.500 kwt 1.125 MWht 263 kwt 450 MWht Grondwatersysteem Grondwatersysteem koelvermogen (direct) 1.500 kwt warmtevermogen 263 kwt koudelevering 1.125 MWht warmtelevering 450 MWht maximaal debiet 162 m³/h maximaal debiet 38 m³/h ontwerp temperaturen 10/18 C (bronnen) ontwerp temperaturen 13/7 C (bronnen) Figuur 3.12 Systeemconcept en energetische uitgangspunten Nieuwbouw In de winter wordt warmte aan de nieuwbouw geleverd door standaard warmtepompen in combinatie met het grondwatersysteem (600 MWh t ) en door ketels (150 MWh t ). In de zomer wordt volledig direct gekoeld met grondwater (1.125 MWh t ). 22.049/59144/RW 11 juni 2010 34
3.6 Varianten In overleg met gemeente Eindhoven zijn een drietal varianten gedefinieerd die in deze studie verder worden uitgewerkt. De aangesloten gebouwen per variant zijn samengevat in tabel 3.7. Een samenvatting van de energetische uitgangspunten en het systeemconcept per variant is grafisch weergegeven in figuren 3.13 tot en met 3.15. Tabel 3.7 Projectvarianten Gebouw Variant 1 Variant 2 Variant 3 Stadhuis GGD gebouw Designhuis x Stadskantoor x Van Abbemuseum x Catharinakerk x Toekomstige nieuwbouw x x Koeling gebouwen variant 1 Verwarming gebouwen variant 1 koelvermogen 700 kwt verwarmingsvermogen 1.100 kwt koudevraag 520 MWht warmtevraag 1.155 MWht 180 kwt 134 MWht CKM COP k = 3,5 Regeneratie 187 kwt 198 kwt 204 MWht 720 MWht WP COP w = 4 HTWP COP w = 3,5 Ketel 913 kwt 231 MWht 520 kwt 386 MWht 281 MWht 140 kwt 153 MWht 141 kwt 514 MWht Grondwatersysteem Grondwatersysteem koelvermogen (direct) 520 kwt warmtevermogen 282 kwt koudelevering 667 MWht warmtelevering 667 MWht maximaal debiet 83 m³/h maximaal debiet 40 m³/h ontwerp temperaturen 10/18 C (bronnen) ontwerp temperaturen 13/7 C (bronnen) gem. verpomping 115.000 m³/a gem. verpomping 115.000 m³/a max. verpomping 173.000 m³/a max. verpomping 173.000 m³/a Figuur 3.13 Systeemconcept en energetische uitgangspunten variant 1 22.049/59144/RW 11 juni 2010 35
Koeling gebouwen variant 2 Verwarming gebouwen variant 2 koelvermogen 1.820 kwt verwarmingsvermogen 2.247 kwt koudevraag 1.266 MWht warmtevraag 3.307 MWht 740 kwt 507 MWht CKM COP k = 3,5 Regeneratie 270 kwt 517 kwt 1.977 kwt 487 MWht 2.158 MWht 662 MWht WP COP w = 4 HTWP COP w = 3,5 Ketel 1.080 kwt 759 MWht 1.148 MWht 203 kwt 365 MWht 369 kwt 1.541 MWht Grondwatersysteem Grondwatersysteem koelvermogen (direct) 1.080 kwt warmtevermogen 572 kwt koudelevering 1.907 MWht warmtelevering 1.907 MWht maximaal debiet 225 m³/h maximaal debiet 82 m³/h ontwerp temperaturen 10/18 C (bronnen) ontwerp temperaturen 13/7 C (bronnen) gem. verpomping 329.000 m³/a gem. verpomping 329.000 m³/a max. verpomping 493.000 m³/a max. verpomping 493.000 m³/a Figuur 3.14 Systeemconcept en energetische uitgangspunten variant 2 Koeling gebouwen variant 3 Verwarming gebouwen variant 3 koelvermogen 3.320 kwt verwarmingsvermogen 3.247 kwt koudevraag 2.391 MWht warmtevraag 4.057 MWht 740 kwt 507 MWht CKM COP k = 3,5 Regeneratie 620 kwt 517 kwt 2.627 kwt 1.087 MWht 2.158 MWht 812 MWht WP COP w = 4 HTWP COP w = 3,5 Ketel 2.580 kwt 1.884 MWht 473 MWht 465 kwt 815 MWht 369 kwt 1.541 MWht Grondwatersysteem Grondwatersysteem koelvermogen (direct) 2.580 kwt warmtevermogen 834 kwt koudelevering 2.357 MWht warmtelevering 2.357 MWht maximaal debiet 323 m³/h maximaal debiet 120 m³/h ontwerp temperaturen 10/18 C (bronnen) ontwerp temperaturen 13/7 C (bronnen) gem. verpomping 406.000 m³/a gem. verpomping 406.000 m³/a max. verpomping 609.000 m³/a max. verpomping 609.000 m³/a Figuur 3.15 Systeemconcept en energetische uitgangspunten variant 3 3.7 Regeneratie Voor het creëren van een jaarlijkse energiebalans in de bodem (zie 2.7) moet in de zomer aanvullend warmte in de bodem worden geladen. Dit warmte laden kan plaatsvinden met een zogenoemd regeneratiesysteem. In aanmerking komende regeneratiesystemen voor dit project zijn droge koelers, asfaltcollectoren, zonnecollectoren, energiedaken, het oppervlaktewater en de ventilatielucht van de parkeerkelder. In deze paragraaf wordt per systeem een beknopte toelichting gegeven, waarna een analyse van de systemen wordt gepresenteerd in een tabel. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 36
Droge koelers Vanaf een bepaalde buitenluchttemperatuur is het mogelijk om met behulp van droge koelers warmte aan de buitenlucht te onttrekken en over te dragen aan het medium in het koelcircuit. Via een warmtewisselaar wordt vervolgens de warmte overgedragen aan het grondwater. De droge koelers werken in deze situatie als verwarmers. In figuur 3.16 is een voorbeeld weergegeven van een droge koeler. Figuur 3.16 Voorbeeld droge koeler De droge koeler is op veel locaties te plaatsen, mits de buitenlucht niet sterk verontreinigd is. Vanwege het visuele en volumineuze aspect is het platte dak van gebouwen het meest geschikt. Ook energetisch gezien kan de opstijgende lucht van zwarte daken voordeel bieden. Droge koelers zijn multifunctioneel doordat hiermee zowel koude als warmte geladen kan worden. Een nadeel van droge koelers is de geluidsproductie. Asfaltcollectoren In de zomer wordt warmte van de zonnestraling in het asfalt geabsorbeerd. Door een leidingstelsel in het asfalt kan deze warmte worden overgedragen aan het water in de buizen. Het water krijgt hierdoor een temperatuurverhoging en kan vervolgens via een warmtewisselaar worden overgedragen aan het grondwatersysteem. In figuur 3.17 een foto weergegeven van de aanleg van een asfaltcollector. Figuur 3.17 Aanleg asfaltcollector 22.049/59144/RW 11 juni 2010 37
Voordeel van deze manier is dat de levensduur van het asfalt door de koeling in de zomer aanzienlijk toeneemt. Daarnaast bestaat de mogelijkheid om het wegdek in de winter ijsvrij te houden zonder dat er pekel gestrooid hoeft te worden. Met asfaltcollectoren kan dus zowel koude als warmte worden geladen. De onderhoudskosten bij deze variant zijn zeer beperkt. Nadeel van deze manier van regenereren is de lage opbrengst per vierkante meter waardoor de benodigde investering toeneemt. Daarnaast vraagt de integratie in de weg afstemming met meerdere partijen. Ook de benodigde oppervlakte aan asfalt moet binnen de projectlocatie nodig zijn. Hierbij moet rekening worden gehouden met schaduwvorming door beplanting en bebouwing. Zonnecollectoren Een zonnecollector kan ook worden gebruikt om duurzaam warmte te winnen. Een zonnecollector zet stralingsenergie van de zon om in warm water. Zonnecollectoren worden over het algemeen veelal toegepast in combinatie met zonneboilers voor het verwarmen van warm tapwater. De warmte wordt opgevangen in een zwarte glazen bak en overgedragen naar het koelere medium (water of glycol oplossing) wat door de koperen buizen in de bak stroomt. Door de opbouw kan een zonnecollector water met een hoge temperatuur leveren (ca. 70 C). In figuur 3.18 is een voorbeeld weergegeven van een zonnecollector. Figuur 3.18 Zonnecollector Voordeel van een zonnecollector is de hoge opbrengst per vierkante meter. De geleverde warmte is ook met een redelijk hoge temperatuur beschikbaar waardoor waterverplaatsing beperkt blijft. De collector is redelijk makkelijk te plaatsen, is algemeen bekend en geaccepteerd. Een zonnecollector op het dak geeft gebouwen een duurzame uitstraling, het is van buitenaf zichtbaar dat er energie wordt bespaard en de uitstoot van CO 2 wordt verminderd. Op de meeste gebouwen is een collector te plaatsen, hierbij is de oriëntatie belangrijk. Voor een goede opbrengst dient een zonnecollector tussen het zuidoosten en het zuidwesten gericht te zijn in een hoek tussen de 25 en 60 graden met het aardoppervlak. Nadeel is dat een collector nog redelijk veel ruimte inneemt, visueel opvallend is, oriëntatiegevoelig is en een hoge aanschafprijs kent. Daarnaast kan geen koude worden geladen met een zonnecollector. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 38
Energiedak Het energiedak is een soortgelijke toepassing als zonnecollectoren. Een energiedak is een dakafwerking, waarbij een buizensysteem is verwerkt in het dak (zie figuur 3.19). Het buizensysteem wordt afgewerkt met bitumen. Figuur 3.19 Energiedak onafgewerkt (links) en afgewerkt (rechts). Voordelen van een energiedak is dat zowel warmte als (een beperkte hoeveelheid) koude geladen kan worden en dat het ook toegepast kan worden op bestaande daken. De investeringskosten liggen lager dan bij een zonnecollector, maar daar staat een lagere energieopbrengst tegenover. Oppervlaktewater Ten zuidoosten van het Stadhuisplein tussen het Van Abbemuseum en het Stadhuis stroomt de Dommel. De watertemperatuur van de Dommel varieert in de tijd (zie figuur 2.2). Bij voldoende hoge temperatuur kan het oppervlaktewater gebruikt worden om warmte te laden. Warmte uit het oppervlaktewater wordt in een warmtewisselaar overgedragen aan het grondwater (zie figuur 3.20). Voordelen van regeneratie met behulp van oppervlaktewater is dat het geluidsarm is, dat zowel warmte als koude geladen kan worden en dat het vanaf buiten niet waarneembaar is. Daarnaast is het voor grote systemen een relatief goedkope methode om te regenereren. Figuur 3.20 Regenereren met oppervlaktewater 22.049/59144/RW 11 juni 2010 39
Ventilatielucht parkeergarage Onder het Stadhuisplein ligt een parkeergarage, die geventileerd wordt. De ventilatielucht kan mogelijk gebruikt worden om warmte- en of koude aan te onttrekken. Temperatuurgegevens van de parkeergarage zijn niet voorhanden, maar de verwachting is dat in de zomer warmte geladen kan worden en in de winter koude geladen kan worden. Doordat een parkeergarage een dempend effect heeft op de luchttemperatuur zal ten opzichte van droge koelers minder koude en warmte geladen kunnen worden. Analyse regeneratiemethoden Bovenstaande regeneratiemethoden worden kwalitatief vergeleken. Hierbij wordt beoordeeld op de volgende criteria: - investeringskosten: de investeringskosten (per MWh regeneratie) - exploitatiekosten: verbruikskosten en onderhoudskosten - duurzaamheid: besparing primair energieverbruik en CO 2 -emissiereductie - robuustheid: betrouwbaarheid van componenten en redundantie - warmte laden: wel, beperkt of niet mogelijk - koude laden: wel, beperkt of niet mogelijk De resultaten zijn opgenomen in tabel 3.8. Door het ontbreken van gegevens over het ventilatiesysteem van de parkeergarage is deze methode slechts ten dele meegenomen in de analyse. Uit de analyse volgt dat in dit project droge koelers, energiedaken en oppervlaktewater interessante mogelijkheden zijn. Tabel 3.8 Onderlinge vergelijking regeneratiesystemen methode investeringskosten exploitatie kosten duurzaamheid robuustheid warmte laden koude laden droge koelers ++ + + ++ + + asfaltcollectoren - ++ ++ ++ + + zonnecollectoren +/- ++ ++ ++ ++ - energiedaken + ++ ++ ++ + +/- oppervlaktewater ++ + ++ + + + parkeergarage + + + ++ +/- +/- 22.049/59144/RW 11 juni 2010 40
4 Uitwerking duurzame varianten 4.1 Technische uitwerking Dimensionering van het grondwatersysteem De belangrijkste dimensies van het grondwatersysteem zijn opgenomen in tabel 4.1. Hierin zijn het maximale totale debiet, het aantal doubletten en de benodigde brondiepte opgenomen. Tabel 4.1 variant Hoofddimensies grondwatersysteem max. tot. debiet aantal (m³/h) doubletten 1 83 1 80 2 225 2 80 3 323 3 80 brondiepte (m-mv) Hoofdcomponenten grondwatersysteem De bronnen zijn voorzien van elektrisch aangedreven bronpompen. De capaciteiten (q v ) en het elektrisch aansluitvermogen (P e ) voor de diverse bronpompen zijn weergegeven in tabel 4.2. Tabel 4.2 Hoofdgegevens bronpompen Koude bron Warme bron Variant q v (m³/h) P e (kw e ) q v (m³/h) P e (kw e ) 1 83 18 40 9 2 113 25 41 9 3 108 24 40 9 In verband met de onzekerheid in de energievraag en vermogens wordt geadviseerd om de bronnen uit te leggen op het maximale debiet. Het debiet per bron bedraagt in dit geval circa 150 m³/h en het elektrische aansluitvermogen per bron bedraagt dan circa 33 kwh e. In alle varianten worden de bronnen aangesloten op een collectief grondwaterdistributienet (zie ook paragraaf 3.3). Elk gebouw heeft een technische ruimte welke is aangesloten op het grondwaterdistributienet. In de technische ruimten staan warmtewisselaars opgesteld die de warmte en koude overdragen aan gebouwzijdige systeem. Deze warmtewisselaars dienen zich bij voorkeur op de begane grond of kelderniveau te bevinden. De enige zichtbare onderdelen van het grondwatersysteem buiten het gebouw betreffen de putbehuizingen ter afscherming van het leidingwerk en de appendages. In figuur 4.1 is een mogelijk voorbeeld van afwerking van putbehuizingen weergegeven. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 41
Figuur 4.1 Mogelijke afwerking putbehuizingen 4.2 Risico-inventarisatie Op onderstaande aspecten is op haalbaarheidsniveau een inventarisatie van de risico s van de drie omschreven varianten uitgevoerd voor de toepassing van een grondwatersysteem in het eerste watervoerende pakket. Deze risico s zijn grafisch weergegeven in figuur 4.2. beperkt risico hoog risico bodemopbouw grondwaterkwaliteit inpassing bronnen juridisch Variant 1 Variant 2 Variant 3 Figuur 4.2 Overzicht risico-inventarisatie grondwatersysteem De bodemopbouw en de grondwaterkwaliteit zijn geschikt en vormen geen risico voor de toepassing van een grondwatersysteem. De projectlocatie bevindt zich in een stedelijk gebeid. Bij de inpassing van de bronnen en het aanleggen van het benodigde leidingwerk dient rekening gehouden te worden met de aanwezige ondergrondse infrastructuur (kabels, leidingen etc.). Dit vormt bij het ontwerp en de realisatie een aandachtspunt. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 42
Juridisch dient rekening gehouden te worden met de aanwezige verontreiniging en het nabijgelegen energieopslagsysteem DWZI. Beiden mogen niet negatief worden beïnvloed. De hoogte van het risico is evenredig met de systeemgrootte en het aantal bronnen. Om het risico te minimaliseren dienen de bronnen zover mogelijk van de verontreinigingen en het nabijgelegen systeem geplaatst te worden. In het masterplan zullen de effecten op de verontreinigingen en het nabijgelegen systeem berekend moeten worden en dienen de resultaten voorgelegd te worden aan het bevoegd gezag. Hieronder wordt per variant een voorstel gedaan voor de globale bronposities. Daarbij is reeds zoveel mogelijk rekening gehouden met de verontreiniging en het systeem van DWZI en de aangesloten gebouwen. Nadere berekeningen in het masterplan moeten uitwijzen of de bronlocaties juridisch daadwerkelijk mogelijk zijn. DWZI Verontreinigingen Figuur 4.3 Suggestie plaatsing bronnen voor variant 1 22.049/59144/RW 11 juni 2010 43
DWZI Verontreinigingen Figuur 4.4 Suggestie plaatsing bronnen variant 2 DWZI Verontreinigingen Figuur 4.5 Suggestie plaatsing bronnen variant 3 22.049/59144/RW 11 juni 2010 44
4.3 Duurzaamheidanalyse Inleiding Belangrijke parameters om de duurzaamheid te bepalen zijn het primaire energieverbruik en de CO 2 -uitstoot. In deze paragraaf wordt gekeken naar de besparingen hiervan ten opzichte van de referentie. Extra maatregelen om het energieverbruik voor warmte- en koudelevering verder te beperken worden behandeld. Daarnaast worden een aantal maatregelen om duurzame elektriciteit op te wekken behandeld. Referentie In de referentievariant wordt warmte en koude geleverd op traditionele wijze. Dit houdt in dat warmte door CV-ketels worden geleverd en dat gekoeld wordt met behulp van compressiekoelmachines. Primaire energiebesparing Voor de referentievariant en de drie projectvarianten is het primaire energieverbruik bepaald. Het primair energieverbruik is omgerekend naar m³ aardgasequivalenten. Voor de gebruikte kengetallen wordt verwezen naar paragraaf 2.4. In figuur 4.6 is het primaire energieverbruik van het totale project weergegeven voor de verschillende varianten. Dit betekent dat bij de varianten 1 tot en met 3 het primaire energieverbruik is berekend waarbij een deel van de gebouwen zijn aangesloten op het KWOsysteem en de resterende gebouwen gebruik maken van de referentietechnologie. Hierbij is het regeneratiesysteem meegenomen. Voor de onderliggende energetische waarden wordt verwezen naar figuur 3.13 tot en met figuur 3.15. Door gebruik te maken van warmte- en koudeopslag kan een aanzienlijke primaire energiebesparing gerealiseerd worden. In variant 1 bedraagt de primaire energiebesparing 10%, in variant 2 is dit 23% en in variant 3 is dit 41%. Primair energieverbruik [m³ a.e./jaar] Figuur 4.6 800.000 700.000 600.000 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0 730.000 730.000 730.000 659.000 559.000 430.000 10% 23% 41% Variant 1 Variant 2 Variant 3 Primair energieverbruik voor alle gebouwen per variant referentie WKO 22.049/59144/RW 11 juni 2010 45
In figuur 4.7 is het primaire energieverbruik weergegeven waarbij alleen de gebouwen die per variant zijn opgenomen, zijn aangesloten op het KWO-systeem. In variant 1 bedraagt de primaire energiebesparing 36%, in variant 2 is dit 32% en in variant 3 is dit 41%. Primair energieverbruik [m³ a.e./jaar] Figuur 4.7 800.000 700.000 600.000 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0 730.000 541.000 430.000 370.000 195.000 124.000 36% 32% 41% Variant 1 Variant 2 Variant 3 Primair energieverbruik per variant referentie WKO CO 2 -emissiereductie De CO 2 -uitstoot voor alle gebouwen per variant is bepaald een weergegeven in figuur 4.8. Regeneratie is hierbij meegenomen. Voor de onderliggende energetische waarden wordt verwezen naar figuur 3.13 tot en met figuur 3.15. In variant 1 bedraagt de CO 2 - emissiereductie 8%, in variant 2 is dit 19% en in variant 3 is dit 36%. 1.600 CO 2 uitstoot [ton/jaar] 1.400 1.200 1.000 800 600 400 1.350 1.350 1.350 1.240 1.100 860 referentie WKO Figuur 4.8 200 0 8% 19% 36% Variant 1 Variant 2 Variant 3 CO 2 -uitstoot voor alle gebouwen per variant In figuur 4.9 wordt de CO 2 -uitstoot vergeleken waarbij alleen de gebouwen die zijn aangesloten op het KWO-systeem worden meegenomen. In variant 1 bedraagt de primaire energiebesparing 31%, in variant 2 is dit 25% en in variant 3 is dit 36%. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 46
CO 2 uitstoot [ton/jaar] Figuur 4.9 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 0 1.350 990 860 740 360 250 31% 25% 36% Variant 1 Variant 2 Variant 3 CO 2 -uitstoot per variant referentie WKO Maatregelen vergroten duurzaamheid warmte- en koudelevering De volgende maatregelen vergroten de duurzaamheid voor warmte- en koudelevering van de varianten: - Monovalente verwarming: door de warmtepompen op het maximale verwarmingsvermogen uit te leggen kunnen de warmtepompen volledig in de warmtevraag voorzien. - Directe koeling: door volledige directe koeling toe te passen neemt de duurzaamheid toe. Om volledige directe koeling toe te kunnen passen dienen alle gebouwen voorzien te worden van hoge temperatuur koelsystemen. - Isolatie: door het toepassen van extra maatregelen daalt de warmtevraag, De effecten van de eerste twee maatregelen zijn weergegeven in figuur 4.10 tot en met figuur 4.13. Hierin is de procentuele besparing ten opzichte van de referentievariant ook weergegeven. Voor de volledigheid zijn de waarden voor de varianten 1 tot en met 3 zoals behandeld in dit onderzoek ook weergegeven (WKO standaard). Om het effect van extra isolatie te bepalen dienen EPC-berekeningen uitgevoerd te worden. Dit valt buiten de scope van deze opdracht. Opgemerkt wordt dat aantal maatregelen om duurzaamheid te vergroten niet bij elk gebouw mogelijk zijn. Uit figuren 4.10 tot en met figuur 4.13 volgt dat directe koudelevering meer primaire energiebesparing en CO 2 -emissiereductie oplevert dan monovalente verwarming. Een maximale primaire energiebesparing van 52% en een maximale CO 2 -emissiereductie van 47% is mogelijk (variant 3) als beide maatregelen worden toegepast. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 47
Primair energieverbruik [m³ a.e./jaar] 800.000 700.000 600.000 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0 Figuur 4.10 10% 11% 11% 13% 23% 27% 30% 33% 41% 46% 47% 52% Variant 1 Variant 2 Variant 3 referentie WKO standaard mon. verw. directe koeling dir. koeling + mon. verw. Effect maatregelen CO 2 -uitstoot voor alle gebouwen per variant Primair energieverbruik [m³ a.e./jaar] 800.000 700.000 600.000 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0 Figuur 4.11 36% 41% 43% 47% 32% 36% 40% 45% 41% 46% 47% 52% Variant 1 Variant 2 Variant 3 referentie WKO standaard mon. verw. directe koeling dir. koeling + mon. verw. Effect maatregelen primair energieverbruik voor alle gebouwen per variant CO 2 uitstoot [ton/jaar] 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 referentie WKO standaard mon. verw. directe koeling dir. koeling + mon. verw. 200 0 8% 9% 10% 11% 19% 21% 26% 27% 36% 39% 44% 47% Variant 1 Variant 2 Variant 3 22.049/59144/RW 11 juni 2010 48
Figuur 4.12 Effect maatregelen CO 2 -uitstoot per variant CO 2 uitstoot [ton/jaar] 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 referentie WKO standaard mon. verw. directe koeling dir. koeling + mon. verw. 200 0 Figuur 4.13 31% 33% 42% 42% 25% 28% 37% 37% 36% 39% 47% 47% Variant 1 Variant 2 Variant 3 Effect maatregelen primair energieverbruik per variant Maatregelen duurzame elektriciteit Photovoltaïsche panelen Photovoltaïsche panelen, oftewel PV panelen, zetten zonlicht om in elektriciteit. PV panelen leveren duurzame elektriciteit aan de gebouwen waarmee de CO 2 emissie op het Stadhuisplein kan worden gecompenseerd. Figuur 4.14 PV systeem (96 kw) op het dak van een High school, Pennsville, NJ, USA. PV panelen kunnen op elk gewenst moment worden bijgeplaatst. De hoeveelheid is afhankelijk van de beschikbare ruimte op daken en openbaar gebied. Eventueel is het mogelijk PV panelen te integreren in gebouwdelen zoals daken, zonwering, glaswanden en muren. De jaarlijkse opbrengst van PV-panelen bedraagt circa 90 kwh/m² bij optimale plaatsing. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 49
Windenergie Windturbines zijn, net als PV panelen, uitermate geschikt om de energieprestatie van een locatie te verhogen. Er kan onderscheid gemaakt worden tussen groot- en kleinschalige windenergie. Grootschalige windturbines leveren duurzame elektriciteit aan het net, waarmee de CO 2 emissie van het Stadhuisplein kan worden gecompenseerd. Grootschalige windturbines zijn niet in bebouwd gebied te plaatsen vanwege geluidsoverlast en wiekslag. Bij kleinschalige windturbines moet gedacht worden aan windturbines van ongeveer 1 tot 3 meters in doorsnede op en paal van 2 tot 5 meter. Deze turbines kunnen wél in bewoond gebied en op gebouwen worden geplaatst. Kleinschalige windturbines zijn sterk in ontwikkeling. Hieronder worden enkele modellen weergegeven. Figuur 4.15 Kleinschalige windturbines In de praktijk blijkt dat deze kleinschalige windturbines hun beloften veelal nog niet waarmaken. Zo blijkt dat de door de leveranciers geschatte opbrengst gemiddeld drie maal hoger was dan de werkelijke opbrengst. Deze kleinschalige turbines zijn echter sterk in ontwikkeling, waardoor de opbrengst een stuk hoger kan worden de komende jaren. Naast geluidshinder zijn betrouwbaarheid en levensduur belangrijke factoren. Hierover is helaas nog weinig bekend, terwijl deze het milieu en de rentabiliteit beïnvloeden. Indien gekozen wordt voor kleinschalige windturbines dienen meerjarige garantie- en onderhoudsafspraken gemaakt te worden met de leveranciers. Aangezien kleinschalige windmolens ongeveer even duur zijn als PV panelen, maar slechter scoren op onderhoud en betrouwbaarheid, zal dit voor het Stadhuisplein nog niet het beste alternatief zijn voor duurzame elektriciteitsproductie op dit moment. 4.4 Financiële analyse Volgt in later stadium. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 50
4.5 Organisatorische analyse Volgt in later stadium. 22.049/59144/RW 11 juni 2010 51
5 Masterplan bronnen KWO Volgt in later stadium 22.049/59144/RW 11 juni 2010 52
6 Conclusies en aanbevelingen Volgt in later stadium 22.049/59144/RW 11 juni 2010 53