Het Zonneterp warmtesysteem
De elementaire bestanddelen van het Zonneterp-warmtesysteem zijn:
Laagwaardige warmte
Verwarming in de Zonneterp vindt plaats op basis van ‘laagwaardige warmte’. Deze warmte wordt direct verkregen van de zon, zonder verdere opwerking via warmtepompen. Opwerking zou namelijk extra energie vergen, waardoor het rendement onder druk komt te staan, of zelfs negatief wordt.
Verwarming op basis van laagwaardige warmte is beproefde techniek. Men spreekt van Lage Temperatuur Verwarming (LTV), waarmee inzet van duurzame energiebronnen binnen handbereik komt. De voordelen zijn legio: hogere rendementen, minder warmteverlies bij distributie, lager energieverbruik, minder stof, meer veiligheid en een aanzienlijk beter thermisch comfort in de woning. Volgens Novem-onderzoek leidt LTV tot ‘uiterst positieve waarderingen door eindgebruikers’.
Diverse regelingen waarderen Lage Temperatuur Verwarming bovendien door middel van subsidies of belastingvoordeel.
Van Lage Temperatuur Verwarming is sprake wanneer de aangevoerde warmte niet hoger is dan 55°C en de retourtemperatuur maximaal 45°C is. De praktijk kent ook de Zeer Lage Temperatuur Verwarming (ZLTV). Hierbij ligt de aanvoerwarmte op maximaal 30°C.
In de Zonneterp is sprake van ZLTV bij een gemiddelde aanvoertemperatuur van 25°C en een retourtemperatuur van 21°C. Dit vraagt om speciale aandacht voor verwarming, gebruik en ventilatie van de bebouwing.
Warmtedrager en -transporteur in de Zonneterp is (grond)water dat in verbinding staat met de aquifer en de warmtewisselaars in de kas.
Gesloten of energieproducerende kas
Om de warmte te kunnen oogsten, moet de kas gesloten zijn en blijven. Een gesloten kas brengt de tuinder echter het risico van oververhitting. Bij te hoge temperaturen (> 35°C) lopen de gewassen in de kas schade op. Er zijn situaties denkbaar waarbij de capaciteit van het koelsysteem onvoldoende is om alle overtollige warmte te oogsten en af te voeren. In het uiterste geval (van oververhitting) moet de kas toch geopend worden. Hiervoor worden dan ook voorzieningen getroffen.
Meer info: kas als energiebron / Energieproducerende kas: voorontwerp voor een pilot (rapportnr. 03.2.044, juni 2003 )
Inrichting voor koeling en verwarming
Voor duurzame koeling en verwarming van de gesloten Energieproducerende Kas zijn vooralsnog weinig technieken beschikbaar. In het Zonneterp-ontwerp wordt uitgegaan van een dunne-draadwarmtewisselaar uitgerust met speciale voorzieningen voor in de kas. Deze warmtewisselaar bestaat uit buisjes waarin waterstromen lopen die in verbinding staan met de ‘thermische massa’ voor warmteopslag. Langs die buisjes zijn dunne draden geweven. Dit levert een gaas waarlangs een luchtstroom wordt gevoerd. De buisjes en draden zijn van koper voor optimale warmtegeleiding. Afhankelijk van het temperatuurverschil tussen water in het gaas en de lucht die erdoorheen geblazen wordt, wordt de lucht verwarmd of gekoeld. Tegelijkertijd verandert ook het water van temperatuur.
De warmtewisselaars leveren warmte (water van ongeveer 26°C) aan de thermische massa. Bovendien leveren ze koelte vanuit de thermische massa aan de kas.
De warmtewisselaars zijn niet alleen toe te passen in de kas, maar ook in de overige bebouwing binnen de Zonneterp. Dit om in voorkomende gevallen te zorgen voor extra verwarming.
De koeltoren
Voor een goede balans in de grond, de bebouwing en de kas, is koelte net zo belangrijk als warmte. Het ontwerp van de Energieproducerende Kas voorziet dan ook in een koeltoren die met name in de winter het koude deel van de thermische massa verder afkoelt.
Thermische massa voor warmteopslag
Voor warmteopslag is ‘thermische massa’ nodig: het vermogen van materie om warmte op te nemen en vast te houden. Ook wel uitgedrukt als warmtecapaciteit: de hoeveelheid energie (in Joule) die nodig is om een voorwerp 1 graad in temperatuur te laten stijgen. De warmtecapaciteit geeft aan hoeveel energie er in een constructie kan worden opgeslagen. Een zware constructie houdt meer energie vast dan een lichte constructie.
In de Zonneterp kan echter toch ‘licht’ worden gebouwd, wat materiaal-, milieu- en kostenvoordelen biedt. De thermische massa zit niet in de constructie maar in de aarde: in een watervoerende zandlaag in de bodem (aquifer). Hierin wordt de zonnewarmte opgeslagen. Uit ‘bronnen’ wordt de energie weer verkregen. Voorzien zijn een koude bron (van 8 °C), een warme bron (van 25°C) en een lauwe bron (van 18°C).
Een aquifer is een ondergronds ‘open systeem’. De stabiliteit is afhankelijk van de plaatselijke stroomsnelheid van het grondwater en de waterdichte/waterdoorlatende eigenschappen van de aanwezige aardlagen. Met een aquifer kan tegen relatief lage kosten een grote warmtebuffer worden gecreëerd. Aanleg van een gesloten buffer wordt – wegens de enorme omvang - binnen het Zonneterp-ontwerp niet rendabel geacht.
Putten, pompen en regelingen
Via putten en pompen wordt het water in de aquifers geïnjecteerd en ook weer opgepompt. Gesproken wordt van ‘bronnen’: ‘warme’, ‘koude’ en ‘lauwe’ bronnen.
De ´communicatie´ tussen de bronnen en de klimaatbeheersing in kas en bebouwing vergt een uitgebalanceerd systeem. In het ontwerp ´Energieproducerende Kas´ wordt gesproken van een ´bronmanagementsysteem´ waarbij het gaat om bediening van de warme en koude bronnen in de aquifer. Dit bronmanagementsysteem is de centrale computer waarop de lokale warmtewisselaars zijn aangesloten.
De temperatuurregeling in de kas – waar de zonnewarmte wordt geoogst – is het meest geavanceerd. Vergeleken daarmee is de warmtelevering vanuit de aquifer aan de overige bebouwing relatief eenvoudig, en praktisch reeds beproefd.
De putten betreffen geboorde gaten in de ondergrond, die reiken tot de watervoerende zandlaag die als thermische massa kan worden gebruikt. Diepte en dimensionering van de putten zijn afhankelijk van de locatie en de schaalgrootte van de Zonneterp.
Leidingen voor warmtetransport
Lage Temperatuur Verwarming betekent geringer energieverlies bij het warmtetransport. Maar voor dat transport moeten wel bijzondere voorzieningen worden getroffen. Deze wegen zwaar op de totale investering van de Zonneterp. Als richtlijn wordt aangenomen dat 1 meter warmteleiding een kostprijs heeft van € 500,--. Dit impliceert dat het economisch rendement van de Zonneterp vereist dat de Energieproducerende Kas en warmteafnemende bebouwing dicht bijeen worden gezet.
Wat het energieverlies betreft, is een afstand tussen kas en bebouwing van enkele kilometers denkbaar. De prijs van de warmteleidingen nodigt er echter toe uit om kas en bebouwing meer bijeen – en onderling verweven – te ontwerpen. Zeker wanneer naast gebruik van zonnewarmte ook sluiting van stofkringlopen wordt beoogd.
|
