Omgaan met Thermische Interferentie tussen Gesloten Bodemenergiesystemen H.J.L. Witte
Bodemenergie en Klimaatverandering COP21 (Parijs, 2015) : Bovengrens 2 o C opwarming (juridisch instrument) Streven opwarming te beperken tot 1,5 o C Nederland ambitie: 49% reductie CO2 in 2030 40 50% van energieverbruik voor verwarmen en koelen van gebouwen URGENDA: Rechtbank Den Haag beslist dat de Staat meer moet doen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen New York, Southern District lawsuit: The New York City government is attempting to shift the costs of bracing the city for climate change onto the world s five largest publicly traded oil companies, which it claims have done nearly all they could to create this existential threat.
Prestatiecoefficient Temperatuur (oc) Bodemenergie Waarom Eigenlijk Duurzaam opwekken is nog geen warmte of koude: omzetting Warmtepomp efficiente machine om naar warmte/koude om te zetten Rendement en temperatuur sterk gekoppeld Bodem heeft dan een gunstig temperatuur regime Bodem heeft dan een opslagfunctie 8.00 20.00 7.00 6.00 5.00 4.00 7.00-8.00 6.00-7.00 5.00-6.00 4.00-5.00 3.00-4.00 2.00-3.00 15.00 10.00 0.05 m 1 m 2 m 3 m 5 m 3.00 11 5.00 2.00 25 30 35 40 Condensor watertemperatuur 45 50-3 3 Verdamper watertemperatuur 0.00 0 73 146 219 292 365 dag
Bodemenergiesystemen Tot 500 meter diepte: ondiepe geothermie Twee hoofdtypen: open en gesloten bodemenergiesystemen Open bodemenergiesystemen vooral in utiliteit en grootschalige toepassing Gesloten bodemenergiesystemen vooral in woningbouw, maar seriematig in grote aantallen
Bodemenergie - Groei Projectomvang een tot enkele woningen tot 5000 woningen Met de groei wordt bescherming van de bodem en reguleren van systemen aandachtspunt
2013 : Wijzigingsbesluit Bodemenergie Overheid wil toepassing van bodemenergie stimuleren om een impuls te geven aan duurzaamheidsambities Door vergunningstrajecten te versnellen en te harmoniseren, met name voor open bodemenergiesystemen Tegelijkertijd oog voor bescherming van de bodem en drinkwatervoorziening Borging van kwaliteit, o.a. door een erkennings- en certificeringsregeling Gesloten bodemenergiesystemen meldings- of vergunningplichtig
Doelmatig Gebruik van de Bodem Activiteiten besluit, artikel 1.21a 1,e Besluit lozen buiten inrichtingen, artikel 1.10a een onderbouwing waaruit blijkt dat het in werking hebben van het systeem niet leidt tot zodanige interferentie met een eerder geïnstalleerd bodemenergiesysteem dat het doelmatig functioneren van een van de desbetreffende systemen kan worden geschaad Wat verstaan we onder doelmatig functioneren: De systemen behalen het beoogde rendement Rendement en temperatuur zijn gekoppeld: De beoogde ontwerptemperatuur van de systemen wordt niet beinvloed negatieve interferentie is verlagen of verhogen van de lokale bodemtemperatuur door naburige systemen
Voorkomen Negatieve Interferentie Methode om deze effecten te kunnen bepalen Planmatige ontwikkeling gebieden Open bodemenergiesystemen Inpassen met behulp van gekoppelde hydro-thermische modellen die ook bij ontwerp gebruikt worden Gesloten bodemenergiesystemen Toepassen reguliere ontwerpmethoden niet mogelijk Fundamenteel verschil: ontwerpen alsof systeem collectief is Kunnen niet met verschillende systeemeigenschappen in samenhang rekenen
Open bodemenergiesystemen Warmtetransport door rondpompen grondwater (druk) Probleem vooral mengen warme/koude bronnen Zoneren warme en koude bronnen
GESLOTEN SYSTEMEN Warmtetransport door temperatuurverschil Individuele effecten optellen (= superpositie)
Temperatuur GESLOTEN SYSTEMEN Warmtetransport door temperatuurverschil Individuele effecten optellen (= superpositie) Onwerpsoftware: gemiddelde
Methode Bepalen Temperatuureffecten Lijnbronmethode bekende analytische oplossing Kelvin (1861); Ingersoll et. al (1954); Hart & Couvillion (1986) Lijnbronmethode is erg snel en flexibel Gebruikt om eenvoudige methode voor bepalen negatieve interferentie te bepalen Opdracht I&M, 2011. Uitgewerkt in BUM BE Bijlage 2 (SIKB) Methode toetsen interferentie tussen kleine gesloten bodemenergiesystemen, Bijlage 2 bij de BUM s en HUM s bodemenergiesystemen, versie 2.3
Methode Bepalen Temperatuureffecten Vraagstelling Met behulp van tabellen / nomogrammen Eenvoudig toepasbaar Beperkte gegevens beschikbaar (gegevens melding) Aanpak Vaststellen welke systemen meenemen (zoekstraal) Vaststellen wanneer methode toegepast kan worden (grondwaterstroming) Ontwerp-onafhankelijk: Definitie van specifieke warmteonttrekking en specifieke warmtetoevoer, in energie per meter per jaar (kwh/m/j) Met lijnbronmethode vele energie scenario s berekend voor drie bodemtypen
Zoekstraal: Welke Systemen neem je Mee? Worst case analysis: grote onttrekking (130 kwh/m/y) 0.1K temperatuur effect op 60 meter Om van systeem aan horizon ook de buren mee te nemen, zoekstraal: 120 meters
Wanneer kan je Methode Toepassen (grondwaterstroming)? Hyrdothermisch model: bepaal verschil temperatuur met en zonder grondwaterstroming Voor verschillende energiebalans scenario s
Van LSA naar Lineaire Nomogrammen Vereenvoudigingen - kwh/m/jaar - Onafhankelijk lengte - Seizoensmatig Nomogrammen -Warmte- en koudevraag -3 bodemtypen
Voorbeeld Toepassen Methode 1. Vind alle systemen in de omgeving WKO tool (web), eerste stap. Maar: incompleet en geen gegevens over de systemen Altijd navraag doen bij bevoegd gezag (Gemeente, omgevingsdienst)
Voorbeeld Toepassen Methode 2. Algemene toetsing: grondwaterstroming 3. Selectie van bodemtype
Voorbeeld Toepassen Methode 4. Verzamel gegevens, bepaal afstanden en reken om naar kwh/m/j
Voorbeeld Toepassen Methode 5. Bepaal afstanden en temperatuureffecten 6. Aanpassen van ontwerp indien nodig
Grootschalige Toepassing Wie het eerst komt het eerst maalt, latere systemen komen in de knel Eerste grootschalige toepassing 2006: Schoenmakershoek, Etten-Leur (> 1200 woningen)
Grootschalige Toepassing Bevoegd gezag kan Interferentiegebied aanwijzen Alle systemen worden vergunningplichtig Eisen aan systemen in Bodemenergieplan
Doelen Bodemenergieplan Alle gebruikers eerlijk deel van bodemenergie toekennen - Energetisch verkavelen ondergrond - Harmoniseren van aanleg en ontwerp bodemenergiesystemen - Thermische bodemparameters - Bodemopbouw en aanwezigheid scheidende lagen - Eisen aan minimaal rendement systemen - Regelen van locatie specifieke zaken - Lozingen werkwater, behandelen uitgeboord materiaal, archologie etc. - Wanneer systemen aan eisen bodemenergieplan voldoen is verdere toetsing interferentie niet nodig
LSA Methode, Toepassing bij Bodemenergieplan Bereken voor elk kavel een energiebudget, zodanig dat: Elk kavel een maximale hoeveelheid te winnen energie toegewezen krijgt De energiebudgetten zo gelijk mogelijk verdeeld worden Op geen enkel kavel het maximale temperatuureffect overschreden wordt Elk systeem een minimum energiebudget toegewezen krijgt Ontwerpverantwoordelijkheid blijft bij leverancier Rekenmethode zeer snel, optimalisatie mogelijk 400 systemen: 399 x 399 = 159201 evaluaties Optimalisatie procedure: 100 500 runs nodig Totaal 1.6 x 10 7 tot 8 x 10 7 evaluatie nodig 10 8 evaluaties nemen 30 seconds op een Intel Xeon E3 @ 3.3 GHz
Interferentiegebied Mannee (gemeente Goes) 365 Kavels, 123 al gerealiseerd met bodemenergiesysteem Gerealiseerde kavels deels als integraal ontwerp aangeleverd
Interferentiegebied Mannee (gemeente Goes) Bestaande systemen met ontwerpgegevens Binnen clusters (gezamenlijk ontworpen) effecten niet berekenen Na optimalisatie relatieve energiebudgetten bepaald
Voor de Ontwerper
Voor Bevoegd Gezag Geautomatiseerde controle
Toekomst Op basis ervaring afgelopen jaren werkt methode voor bepalen temperatuurinvloeden en interferentiegebieden goed Evaluatie Wijzigingsbesluit (BURO38) Enkele knelpunten gesignaleerd Verbeteringen: Automatiseren nomogrammen, verbeteren nomogrammen Verbeteren procedure selectie naburige systemen Verbeteren procedure omgaan met grondwaterstroming Verbeteren rekenmethode en validatie Met TU Delft Nieuwere en snelle modellen (forward models) Meer objectieve optimalisatiemethode (b.v. pareto-front) Met Deltares en andere partijen Validatie methoden en fundamenteel inzicht door geavanceerde monitoring temperatuurevolutie in en rondom bodemwarmtewisselaars
DANK U