Hoe wordt warmte of koude onttrokken uit rivieren?
Rivieren kunnen ingezet worden als warmtebron voor de verwarming van gebouwen of als koellichaam voor de koeling van gebouwen. Deze vormen van thermisch gebruik zijn hernieuwbaar, betrouwbaar, en kunnen de co2 uitstoot gepaard met het verwarmen of koelen van gebouwen sterk verminderen. Een warmtepompsysteem is de techniek die warmte of koude uit een rivier zal onttrekken. De warmtepomp zal de warmte in de rivier via een elektrisch gevoede thermodynamische cyclus opwaarderen naar een grotere hoeveelheid warmte voor binnenshuis. Zo gaat men er dus voor zorgen dat binnenshuis water op een voldoende hoge temperatuur rondgepompt kan worden door het verwarmingssysteem. Hetzelfde maar omgekeerd principe wordt toegepast voor de koeling van gebouwen, dan wordt er koude en geen warmte onttrokken uit de rivier. Binnen het onttrekken van warmte of koude uit een rivier kunnen twee soorten systemen worden toegepast: een open of een gesloten systeem.
Open systeem
In een open systeem wordt rivierwater rechtstreeks naar de warmtepomp van het gebouw gepompt. In het geval van verwarming zal de warmtepomp warmte onttrekken uit het netwerk waarin het rivierwater stroomt (warmtebron) naar een ander netwerk dat warmte kan leveren in het gebouw. Na het onttrekken van de warmte wordt het afgekoelde water uit het rivierwater netwerk geloosd in de rivier.
Gesloten systeem
Een gesloten systeem bestaat uit een gesloten netwerk waarin een warmte-uitwisseling vloeistof (een mengsel van antivries en water) circuleert om warmte/koude te onttrekken van het oppervlaktewater bij verwarming/koeling van gebouwen. De warmte-uitwisseling gebeurt in dit systeem dus twee keer vergeleken met één enkele warmtewisseling in het open systeem. Eerst wordt thermische energie uit het rivierwater door middel van geleiding via de buiswanden overgedragen naar de warmte-uitwisseling vloeistof die door spiraalvormige leidingen (warmtewisselaar) stroomt. Daarna wordt warmte uitgewisseld tussen het netwerk van de warmtewisseling vloeistof en het binnennetwerk van het gebouw door de warmtepomp.
Open systemen zijn efficiënter dan gesloten systemen door de grote geleidbaarheid van water in vergelijking met het antivriesmiddel dat in het gesloten circuit circuleert. Bovendien wordt warmte tweemaal onttrokken in het gesloten systeem, wat resulteert in meer verliezen dan bij een open systeem. Anderzijds kan de slechte kwaliteit van het rivierwater een probleem zijn voor een open systeem. Daarom moet hier een filter worden geïnstalleerd om schade aan de warmtepomp te voorkomen
Warmteonttrekking uit rivieren in combinatie met een WKO
De warmteonttrekkingsmethode die hierboven beschreven werd kan geoptimaliseerd worden in combinatie met een warmte-koudeopslag in de bodem (WKO). Afhankelijk van het seizoen zal men energie lozen of onttrekken uit het WKO systeem.
Gelijkaardig aan het principe van energie-onttrekking uit rivieren kan de energie uit de ondergrond gehaald worden via een open of een gesloten systeem. Bij een gesloten systeem maakt men gebruik van een warmte-uitwisseling vloeistof dat wordt rondgepompt door een gesloten buizensysteem in de bodem. Open grondwatersystemen daarentegen staan in open verbinding met watervoerende pakketten en gebruiken grondwater dat wordt onttrokken en geïnfiltreerd. Het grondwater wordt via een warmtewisselaar geleid om daarna weer in de bodem te worden geïnfiltreerd. Het onttrekken en infiltreren gebeurt op enkele tientallen tot ruim tweehonderd meter diepte, afhankelijk van waar zich een geschikt watervoerend pakket bevindt. Twee bronnen op enige afstand van elkaar (ca. 100 meter) worden geboord, één voor een koude bron en één voor een warmtebron.
De onderstaande figuren geven wat meer duiding bij het bovenstaande verhaal. Per seizoen wordt de synergie tussen warmte onttrekken uit rivieren en uit een WKO beschreven om de nodige warmte of koude aan gebouwen te leveren. De figuren representeren voor zowel onttrekking uit rivieren als WKO en open systeem
Lente
In de vroege lente wordt de woning met de nodige warmte voorzien rechtstreeks vanuit de rivier. De open-loop aquathermische installatie onttrekt warmte uit het oppervlaktewater d.m.v. een warmtewisselaar. Het rivierwater wordt opgepompt richting de warmtewisselaar, warmte wordt uitgewisseld met het water in de interne cyclus en vervolgens loost men het afgekoelde rivierwater opnieuw in de rivier. De opgenomen warmte wordt naar een hogere temperatuur gebracht door een warmtepomp om vervolgens het gebouw te verwarmen. Ook in de lente kan het gebruik van de WKO aangewezen zijn opdat het temperatuurregime in de rivier het waterleven niet verstoort bij het ontwaken uit de winterslaap.
111111111111 Zomer
In de zomer wordt koeling van gebouwen voorzien door een combinatie van warmteontrrekking uit de rivier en het opladen van de WKO. De temperatuur van het water in de interne cyclus is na warmte-uitwisseling met het rivierwater nog steeds lager dan de temperatuur binnenhuis. Hierdoor wordt de woning gekoeld, zonder gebruik te maken van de warmtepomp (passief). Het opgewarmde medium zal vervolgens de WKO opladen met energie zodat optimaal gebruik wordt gemaakt van deze warme periode in het jaar en een warmtevoorraad wordt opgeslagen in de bodem. Ook in de zomer wordt de rivier dus aangewend voor warmte-extractie. De voornaamste reden hiervoor is het streven naar opslag van hoogwaardige energie in de bodem (op de hoogst mogelijke temperatuur). Anderzijds worden rivieren ook in de zomer gekoeld, bevorderlijk voor o.a. het zuurstofgehalte van het water en terugdringing van stedelijke hitte-eilanden.
Herfst
In de herfst wordt, zodra er warmtevraag is, alle warmte rechtstreeks uit het rivierwater onttrokken. De aquathermische installatie werkt volledig zelfstandig en voorziet het gebouw van de benodigde warmte. De voorraad aan warmte die opgeslagen is in het ondergrondse energieopslagsysteem (WKO) wordt nog niet aangewend, maar blijft bewaard voor het koudste deel van het jaar.
111111111111 Winter
In de winter wordt beroep gedaan op de voorraad aan warmte opgeslagen in de ondergrondse WKO. Het rivierwater is vaak erg koud en hierdoor bestaat ook de kans op interne bevriezing in de leidingen. Verder is het steeds efficiënter voor de warmtepomp om de nodige warmte aan een zo hoog mogelijke temperatuur te onttrekken, waarbij de opgeslagen energie in de WKO zich ruim op hogere temperatuur bevindt dan het koude rivierwater.
Contacteer ons
Sebastian Baes
Stijn De Jonge
Jan Denayer
sebastian@aquathermie.be
stijn@aquathermie.be
jan@aquathermie.be