Warmte en koude

Ruim de helft van het totaal finaal energetisch verbruik in Nederland is gerelateerd aan het invullen van de warmtevraag voor ruimteverwarming in gebouwen en processen in de industrie (bron: Warmtemonitor 2019 – cbs.nl). Momenteel wordt de warmte voornamelijk geproduceerd door lokale verbranding van fossiele brandstoffen in ketels. Daarnaast worden lokale duurzame warmtebronnen ingezet en wordt warmte geleverd met warmtenetten. De mogelijke bronnen voor hernieuwbare warmte zijn divers: biobrandstoffen (variërend van houtige biomassa tot biogas), 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 voor lage temperatuurwarmte 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 de toepassing 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 aftapwarmte, restwarmte, hernieuwbare warmte en warmte als energiedrager. Geothermie

Warmte uit warmtenetten kan net als warmte uit lokale verbranding worden ingezet voor verwarming van gebouwen en voor warm water en voor processen in de industrie en in de glastuinbouw. Het grootste deel van de huidige warmtenetten worden gevoed met aftapwarmte uit gasgestookte warmtekrachtcentrales en afvalverbrandingsinstallaties. Daarnaast wordt gebruikt gemaakt van biomassacentrales; centrales die volledig op biomassa draaien en die worden gebruikt voor de warmteproductie. In een deel van de elektriciteitscentrales wordt vaste biomassa (hout) bijgestookt. Aftapwarmte uit afvalverbrandingsinstallaties geldt voor ongeveer de helft als hernieuwbaar, omdat het afval ruwweg voor de helft van biogene oorsprong is. Het leveren van aftapwarmte gaat wel ten koste van de elektriciteitsproductie, waardoor dit niet als ‘pure’ restwarmte mag worden gezien.

Gebruik van restwarmte uit de industrie voorkomt inzet van fossiele energiedragers voor warmteproductie en de bijbehorende CO₂-emissies. Het is daarmee energiebesparend. 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.

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 op het ogenblik verspild door rendementsverliezen in industriële installaties en gebrekkige isolatie van gebouwen. Dit betekent dat met besparingsmaatregelen, 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.

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 veel te leren van Denemarken, waar al tientallen jaren ervaring met warmtenetten is. 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.

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.

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

In 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.

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. 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 aanzetten 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. Er is echter wel met zekerheid te zeggen dat het energiegebruik voor koeling met bodemenergie beperkt zal zijn, omdat er 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.

Koelingsopties die energie gebruiken zullen de energievraag laten stijgen en, afhankelijk van de energiebron, leiden tot meer CO₂-emissies; zaken 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 potentieel risico 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 koelprocessen (ruimte- of proceskoeling) om te verwarmen. Ook kan dit door toepassen van WKO of andere lage-temperatuurnetten, zoals aquathermie.

Sinds 1998 meet EurObserv’ER de inzet van hernieuwbare energie in alle lidstaten van de Europese Unie. EurObserv’ER geeft met kwantitatieve indicatoren inzicht in de energetische, technologische en economische ontwikkelingen op het gebied van hernieuwbare energie. Bekijk hier de laatste EurObserv’ER-barometer Warmtepompen.