Warmte en koude

De vraag naar warmte beslaat meer dan de helft van de totale energievraag.

Die energievraag kan via warmtelevering ook met restwarmte en hernieuwbare warmte worden ingevuld. Ruim de helft van de energielevering voor energetisch verbruik betreft het invullen van de warmtevraag naar ruimteverwarming in gebouwen of voor processen in de industrie. In plaats van het omzetten van fossiele brandstoffen of elektriciteit in warmte kan warmte ook afkomstig zijn van restwarmte van elektriciteitscentrales, verbrandingsinstallaties en industriële processen, of uit hernieuwbare bronnen. De bronnen voor hernieuwbare warmte zijn divers: biobrandstoffen, geothermie, omgevingswarmte uit water en lucht door toepassing van warmtepompen (daaronder valt ook aquathermie, winning van warmte uit voornamelijk oppervlaktewater en afvalwater), en zonthermie (winning van zonnewarmte). De aandacht voor aquathermie is de laatste tijd toegenomen; door de Unie van Waterschappen wordt er een potentieel van 25 tot 40% van de warmtevraag van huishoudens aan toegekend. Voor het kunnen toepassen van warmte als energiedrager is het van belang vraag en aanbod wat betreft omvang en locatie goed op elkaar aan te laten sluiten. We richten ons hier vooral op restwarmte, hernieuwbare warmte en warmte als energiedrager.

Warmtenetten leveren nu veelal restwarmte voor productieprocessen en ruimteverwarming.

Warmte uit warmtenetten kan net als warmte uit lokale verbranding worden ingezet voor verwarming van gebouwen en voor warm water, voor processen in de industrie en in de glastuinbouw. Een groot deel van de warmtenetten wordt gevoed met restwarmte uit de industrie die nog zo goed als volledig van fossiele oorsprong is. Restwarmte uit afvalverbrandingsinstallaties geldt voor ongeveer de helft als hernieuwbaar omdat afval ruwweg voor de helft biogeen is.

Doordat de inzet van restwarmte energie bespaart en door de inzet van hernieuwbare bronnen kan warmtelevering de energievoorziening helpen verduurzamen.

De inzet van restwarmte kan worden gezien als een vorm van energiebesparing die de inzet van fossiele energiedragers voor warmteproductie en de bijbehorende CO2-emissies elders kan voorkomen. Dat geldt ook voor warmte/krachtkoppeling die een hoog gecombineerd rendement heeft bij de productie van elektriciteit en warmte. En door inzet van warmte- en koudeopslag (WKO) valt er veel energie te besparen: zomerwarmte wordt opgeslagen voor de winter (dat gebeurt ook bij aquathermie) en koude voor de zomer. Diverse hernieuwbare warmtebronnen zijn niet weersafhankelijk, en kunnen dus een betrouwbaar potentieel bieden voor warmtelevering.

Er moet wel met verschillende vereiste temperatuurniveaus rekening worden gehouden.

Warmte als energiedrager wordt nu vooral ingezet bij productieprocessen in de industrie (daar gaat het in verband met de hogere vereiste temperaturen meestal om stoom) en in warmtenetten met een relatief hoge temperatuur (> 70°C) voor ruimteverwarming en warm water in gebouwen. Het gaat vaak om restwarmte die anders verloren zou gaan. Veel warmte wordt verspild door gebrekkige isolatie van industriële installaties en gebouwen, dus als er besparingsmaatregelen worden genomen zullen in het geval van inzet van fossiele brandstoffen voor de warmteproductie CO2-emissies worden vermeden. In goed geïsoleerde nieuwe gebouwen kan warmte met een lage temperatuur (+/- 40 °C) worden ingezet die afkomstig is van restwarmte die in andere situaties niet nuttig kan worden ingezet.

Warmtenetten zijn tevens een belangrijke optie om gebouwen van het aardgas te halen.

In het Klimaatakkoord is een grote rol voorzien voor verduurzaming van de warmtevoorziening van gebouwen. Elke wijk heeft eigen karakteristieken en een bijbehorende geschikte duurzame warmtebron: warmtenetten met hoge of lage temperatuur met allerlei verschillende mogelijke warmtebronnen, ketels op hernieuwbaar gas of warmtepompen (op hernieuwbare elektriciteit). Het streven is dat de uitgespaarde kosten voor aardgas de investering in de nieuwe warmtevoorziening terugverdienen. Over hoe de markt voor warmtenetten zou kunnen worden geordend is er veel te leren van Denemarken, waar al tientallen jaren ervaring met warmtenetten bestaat. Transparantie over de kostenopbouw van warmte uit warmtenetten blijkt van groot belang te zijn. Keuzevrijheid voor de consument zou ook bij warmtenetten kunnen blijven bestaan.

Door stijgende temperaturen gaat ook de vraag naar koeling toenemen.

Volgens klimaatscenario’s van het KNMI is de gemiddelde temperatuur rond 2050 met 1 tot 2,3 ᵒC gestegen ten opzichte van periode 1981-2010. Door de opwarming van het klimaat komen er meer zomerse dagen en meer hittegolven. Vooral de extreem koude en warme dagen worden gemiddeld genomen warmer. Op extreem warme dagen betekent dit dan ook dat het risico op temperatuuroverschrijding binnenshuis (oververhitting van woningen) zal toenemen. Ook bij kantoren en andere gebouwen neemt de koelbehoefte toe.

Hierin spelen ook bouwkundige eigenschappen en verstedelijking een rol.

Door de toenemende isolatiegraad van bestaande en nieuwe gebouwen en het luchtdicht maken van gebouwen wordt het effect op de koelvraag verder versterkt. Indien een stijgende binnentemperatuur niet voorkomen wordt, bijvoorbeeld met (natuurlijke) ventilatie of zonwering, neemt de koelbehoefte toe.

In dicht stedelijke gebieden speelt ook het urban heat island effect. Warmte blijft tussen de gebouwen hangen en kan niet goed worden afgevoerd waardoor de gemiddelde temperatuur in de stad hoger ligt dan erbuiten.

Die koelbehoefte kan op verschillende manier worden ingevuld.

Er zijn verschillende koelingsopties waaronder airco’s (lucht-lucht warmtepompen) en lucht-water warmtepompen. Daarnaast zijn er bodemenergiesystemen waaronder bodemwarmtepompen en warmte-koude opslag (WKO). Verder zijn er koudenetten die gevoed kunnen worden met verschillende bronnen waaronder collectieve airco’s, WKO-netten en aquathermie.

Momenteel wordt er slechts beperkt gebruik gemaakt van koelingsopties en er is weinig bekend over het energiegebruik voor koeling.

Recente cijfers geven aan dat circa 6% van de woningen een airco bezit. Dit kan een vaste of een mobiele airco zijn. Het huidige elektriciteitsverbruik van airco’s ligt naar schatting zo rond de 0,2 TWh per jaar (0,7 PJ). Hierbij hoort een koudevraag van ongeveer 2,5 PJ. Dit is zeer beperkt ten opzichte van de huidige warmtevraag van rond de 300PJ. Het gaat hier om een ruwe schatting, omdat het energiegebruik van airco’s afhangt van het gebruik.

Het WoON-onderzoek in 2018 heeft de respondenten met een airconditioner gevraagd hoe zij deze gebruiken. Ruim 70% geeft aan dat zij de airco alleen aan zetten als het binnen te warm is, tegen 6% die de airco ook aanzet als het binnen nog niet zo warm is. 1% heeft de airco bijna altijd aan staan in de zomer tegenover 19% die de airco bijna nooit aan heeft staan.

Ongeveer 1,5% van de woningen heeft een lucht-water warmtepomp. In welke mate lucht-water warmtepompen worden toegepast voor koeling (d.w.z. het energiegebruik voor koeling) is onbekend. Verder heeft bijna 1% van de woningen een aansluiting op een bodemwarmte/-koude bron, maar wat het energiegebruik is voor koeling is ook onbekend. Het is echter wel met zekerheid te zeggen dat het energiegebruik voor koeling met bodemenergie beperkt zal zijn, dit omdat geen compressor (onderdeel van de warmtepomp) nodig is, maar alleen een circulatiepomp om koud water mee rond te pompen.

In de dienstensector wordt meer gekoeld dan in woningen. De huidige WKO-systemen en koudenetten leveren vooral koude aan de dienstensector. Naar schatting gaat het in de gehele dienstensector om 7 PJ elektriciteitsverbruik voor ruimtekoeling.

In de toekomst moet de vraag naar koeling zoveel mogelijk worden beperkt en verder zo duurzaam mogelijk worden ingevuld, al dan niet in combinatie met verduurzaming van de warmtevraag.

Koelingsopties die energie gebruiken zullen bijdragen aan de energievraag en, afhankelijk van de energiebron, aan CO2-emissies die we juist moeten voorkomen. Het is daarom belangrijk om de energievraag voor koeling zoveel mogelijk te beperken. Dit kan met (natuurlijke) ventilatie en zonwering, maar ook met andere manieren om opwarming binnen het gebouw te voorkomen. Denk aan de koelende werking van bomen, water of groene daken. Een probleem dat zich voor kan doen op warme dagen is dat de piekvraag voor koeling capaciteitsproblemen kan opleveren voor het elektriciteitsnet. Dit probleem kan verergeren indien de vraag in de toekomst niet genoeg beperkt wordt. Bij verduurzamingsstrategieën in de gebouwde omgeving moet worden stilgestaan bij de stijgende vraag naar koeling enerzijds en de dalende vraag naar ruimteverwarming anderzijds. Er zijn verschillende mogelijkheden om een warmtevraag en een koelvraag aan elkaar te verbinden, bijvoorbeeld door gebruik te maken van de restwarmte van koeling (ruimte- of proceskoeling) om te verwarmen. Ook kan dit door toepassen van WKO of andere lage-temperatuurnetten, zoals aquathermie.