Energieopslag met bodem­warmte­wisselaar

Bij bodem­warmte­wisselaar opslag wordt de warmte en/of de koude in de ondergrond opgeslagen met behulp van een bodem­warmte­wisselaar. Deze bestaat meestal uit een aantal kunststof U-lussen die in boorgaten zijn aangebracht. De onderlinge afstand tussen de boorgaten bedraagt 2 tot 3 meter. In het geval van warmte­opslag stroomt de warme transport­vloeistof in de zomer­periode door de lussen, vanaf het centrum naar de rand van de opslag. Hierbij wordt de warmte door warmte­geleiding over­gedragen aan de omringende bodem. Gedurende de winter­periode wordt de stroming­srichting omgekeerd en stroomt de vloeistof door de lussen vanaf de rand naar het centrum van de opslag, waarbij de warmte van de omringende bodem weer aan de vloeistof wordt over­gedragen.

Er zijn enige tientallen bodem­warmte­wisselaar opslag­systemen operationeel, waarvan er een aantal ontworpen zijn door IF Technology. Eén van de voornaamste toepassingen op dit moment is de opslag van zonnewarmte in de zomer­periode op een relatief hoog temperatuur­niveau, oplopend tot 80 à 90°C, waarbij deze zonnewarmte zoveel mogelijk recht­streeks wordt benut voor ruimte­verwarming gedurende de winter­periode. Bij deze toepassing wordt een aparte warmte isolerende laag aangebracht aan de bovenzijde van de opslag, om de verliezen van warmte naar de atmosfeer te beperken. Een andere belangrijke toepassing is de combinatie van de opslag van koude en lage temperatuur warmte ten behoeve van de koeling en verwarming van gebouwen. In deze toepassing wordt de koude zoveel mogelijk direct, dus zonder inscha­keling van een warmtepomp, benut voor koeling.

X

Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada)

Bodemwarmtewisselaar opslag

In dit project worden ´s winters 52 woningen verwarmd met in de bodem opgeslagen zonnewarmte.

In de zomer wordt middels zonnepanelen warmte gegenereerd voor opslag in de bodem middels een gesloten bodemwarmtewisselaar. De zonnepanelen zijn geïnstaleerd op de garagedaken van de woningen en via een distributiesysteem verbonden met een energiecentrale met korte termijn opslag in buffertanks. In de zomermaanden wordt het warme water vanuit deze buffertanks naar de bodemwarmtewisselaar geleid voor de opslag van de zonnewarmte in de omringende bodem. In de wintermaanden wordt de stromingsrichting in de bodemwarmtewisselaar omgedraaid en levert de bodem, via de buffertanks en een distributie-netwerk warmte aan de aangesloten woningen.

Gegevens bodemwarmtewisselaar:
- Aantal boringen: 144
- Boordiepte: 35 m
- Opslagtemperatuur: max. 80 ºC

Meer informatie over dit project, dat sedert 2007 in bedrijf is, is te vinden op de website: www.dlsc.ca

Zonnepanelen op garagedakenBovenaanzicht bodemwarmtewisselaarAanleg bodemwarmtewisselaar
Zonnepanelen op garagedakenBovenaanzicht bodemwarmtewisselaarAanleg bodemwarmtewisselaar
X

Hospital de Mollet, Barcelona (Spanje)

Bodemwarmtewisselaar opslag met warmtepompen

Voor de verwarming en koeling van het nieuwe ziekenhuis in Mollet del Vallès (nabij Barcelona) wordt gebruik gemaakt van warmtepompen en een bodemwarmtewisselaar voor koude/warmte opslag in de bodem

Het ziekenhuis heeft 160 bedden en een verzorgingsgebied van 150.000 inwoners. De boringen voor de installatie van de bodemwarmtewisselaar zijn uitgevoerd in 2007, vóór de bouw van het ziekenhuis en bevinden zich onder het gebouw.

Gegevens bodemwarmtewisselaar:
- Aantal boringen: 144
- Boordiepte: 145 m

In het project zijn twee door IFTech ontwikkelde HPS (Heat Pump Skids) toegepast. De HPS is een geprefabriceerd en gestandardiseerd product voor bodemgekoppelde warmtepompen en ondergrondse energieopslagsystemen.

Vermogen bodemwarmtewisselaar opslag met warmtepompen:
- Koude vermogen: 1.000 kW
- Verwarmingsvermogen: 1.200 kW

Het systeem is in gebruik sinds augustus 2010

Hospital de MolletHeat Pump Skid (HPS)Warmtepomp in technische ruimte
Hospital de MolletHeat Pump Skid (HPS)Warmtepomp in technische ruimte

Voorbeeldprojecten

Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada)Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada)

Bodemwarmtewisselaar opslag

In dit project worden ´s winters 52 woningen verwarmd met in de bodem opgeslagen zonnewarmte.

Hospital de Mollet, Barcelona (Spanje)Hospital de Mollet, Barcelona (Spanje)

Bodemwarmtewisselaar opslag met warmtepompen

Voor de verwarming en koeling van het nieuwe ziekenhuis in Mollet del Vallès (nabij Barcelona) wordt gebruik gemaakt van warmtepompen en een bodemwarmtewisselaar voor koude/warmte opslag in de bodem

Lees verder:

 Bodem­gekoppelde warmte­pomp.

 Terug naar diagram.

Veel gestelde vragen

Welk opslagrendement is realiseer­baar?

Dit is afhankelijk van het toepassings­gebied. Bij koudeopslag of lage temperatuur warmte­opslag is een energetisch opslag­rendement van 70 tot 90% realiseer­baar. Toepassing van een bodem­warmte­wisselaar opslag voor de combinatie van koudeopslag en lage temperatuur warmte­opslag is in veel gevallen een mengvorm tussen een bodem­gekoppeld warmte­pomp­sys;teem en een bodem­warmte­wisselaar opslag­systeem. Op het moment dat de temperatuur van de bodem­warmte­wisselaar opslag in de zomer te hoog wordt voor directe koeling, wordt overgegaan op koeling met behulp van de warmtepomp, waardoor het systeem gaat functioneren als een bodem­gekoppeld warmte­pomp­sys;teem. Hierdoor is het opslag­rendement van de bodem­warmte­wisselaar opslag voor deze toepassing moeilijk te definiëren.

Bij warmte­opslag op hogere temperatuur­niveaus, dat wil zeggen in de range van 60 tot 90°C, is een opslag­rendement realiseer­baar van 50 tot 70%.

Voorwaarden voor het bereiken van de genoemde opslag­rendementen zijn een geschikte bodemopbouw en een voldoend grote project omvang.

Is de bodem altijd geschikt?

De bodem is meestal geschikt voor koudeopslag of lage temperatuur warmte­opslag. De voornaamste uitzon­dering is een bodem waar de natuurlijke grond­water­stroming ter plaatse van de bodem­warmte­wisselaars hoog is. Als vuistregel kan een maximum grond­water­stroming van 25 meter per jaar worden aangehouden. Bij een hoge natuurlijke grond­water­stroom­snelheid is een bodem­gekoppeld warmte­pomp­sys;teem een betere optie.

Voor warmte­opslag geldt nog een aanvullende voorwaarde: het doorlaat­vermogen van de bodem mag niet hoog zijn, omdat anders te grote warmte­verliezen door vrije convectie ontstaan.

De van nature aanwezige bodemlagen hebben verschillende thermische eigen­schappen, zoals warmte­geleiding­coëfficiënt en warmte­capaciteit. Deze thermische eigen­schappen zijn van belang voor de dimensio­nering van de bodem­warmte­wisselaar opslag en dienen vooraf­gaande aan het ontwerp te worden gemeten met behulp van een zogenaamde thermische respons test . Deze thermische eigen­schappen bepalen de grootte van de bodem­warmte­wisselaar opslag, zoals het aantal en de diepte van de U-lussen en daarmee de economische haalbaar­heid van het opslag­systeem. Ze zijn echter niet van invloed op de technische haalbaar­heid.

Wat is een geschikte project­omvang?

Voor het verkrijgen van een voldoend hoog opslag­rendement over een seizoen dient de omvang van de opslag voldoende groot te zijn. Voor koude opslag en lage temperatuur warmte­opslag is een opslag­capaciteit groter dan 200 à 300 MWh/jaar gewenst, voor hoge temperatuur warmte­opslag groter dan 800 à 1000 MWh/jaar.

Is het grouten van de boorgaten vereist?

De regelgeving betreffende het grouten van de boorgaten voor bodem­warmte­wisselaars bij bodem­gekoppelde warmtepomp systemen verschilt per land en binnen sommige landen zelfs per staat. Deze regelgeving is in beginsel ook van toepassing op bodem­warmte­wisselaar opslag­systemen. De voornaamste redenen om grout toe te passen zijn het beperken van de versprei­ding van de transport vloeistof bij eventuele lekkage en het voorkomen van ongewenste grond­water­stroming via de boorgaten. Door het toepassen van de juiste grouts kunnen de thermische eigen­schappen van het boorgat worden verbeterd.

Diagram

Energie­opslag

Bodem­gekoppelde warmte­pomp

Projecten Publicaties