Warmte en koude

De huidige warmtevraag voor ruimteverwarming van gebouwen is bijna 300 PJ voor woningen en 125 PJ voor utiliteitsgebouwen. De gevraagde warmte in de gebouwde omgeving wordt momenteel voornamelijk geproduceerd door de verbranding van aardgas in HR-ketels. De totale uitstoot van de gebouwde omgeving is 19,6 megaton in 2022, bijna volledig door aardgasgebruik (KEV 2023) (de emissies van elektriciteitsopwekking tellen niet mee voor de gebouwde omgeving). Aardgasvrije nieuwbouw, na-isolatie, efficiëntere verwarmingsinstallaties, zuiniger stookgedrag en opwarming van de aarde door klimaatverandering zullen naar inschatting leiden tot een afname van de broeikasgasemissies voor verwarming.

Er is nog weinig bekend over de koudevraag van gebouwen in Nederland. De verwachting is wel dat deze toeneemt door klimaatverandering. Volgens de nieuwe klimaatscenario’s van het KNMI (2023) stijgt de gemiddelde temperatuur rond 2050 in de zomer met 1,1 tot 2,1 ᵒC ten opzichte van periode 1991-2020. Een stijgende buitentemperatuur betekent dat het risico op hoge temperaturen binnenshuis (oververhitting van woningen) toeneemt. Ook bij kantoren en andere gebouwen neemt de koelbehoefte toe. In stedelijke gebieden speelt ook het urban heat island-effect (gebouwen en wegen houden de warmte vast), waardoor de temperatuur ’s nachts tot 8 graden warmer kan zijn dan in het buitengebied. Door dit effect neemt de warmtevraag af en de koelvraag toe.

De beste manier om de warmte- en koudevraag in de gebouwde omgeving te verduurzamen is door te zorgen dat een gebouw in de winter zo min mogelijk warmte verliest en in de zomer niet te veel opwarmt. Door het isoleren van dak, gevel, vloer en ramen (de buitenschil) kan veel warmteverlies worden voorkomen. Hoewel een betere isolatie in principe de warmte van buiten ook beter tegenhoudt in de zomer, maakt dit het wel lastiger om warmte die eenmaal binnen is – bijvoorbeeld door instralende zon – weer kwijt te raken. Om hittestress te voorkomen en het energiegebruik voor koeling te beperken is het daarom belangrijk om in de zomer de zoninstraling te voorkomen. Zonwering is hiervoor een belangrijke maatregel en kan vaak een groot deel van de koudevraag wegnemen. Vooral buitenzonwering is hierbij effectief.

Ook door nachtventilatie (als het buiten kouder is dan binnen) kan de woning goed worden gekoeld. Dit effect kan worden versterkt als er veel groen in de omgeving van de woning is. Zie Milieucentraal en TNO voor tips om opwarming te voorkomen en de airco efficiënt te gebruiken.

De resterende warmte- en koudevraag moet zoveel mogelijk worden ingevuld door hernieuwbare energiebronnen. De mogelijke bronnen voor hernieuwbare warmte en koude zijn divers: geothermie, omgevingswarmte uit lucht en water (aquathermie) door toepassing van warmtepompen, zonthermie (winning van zonnewarmte), restwarmte en biobrandstoffen (variërend van houtige biomassa tot biogas). Diverse hernieuwbare warmtebronnen kunnen een betrouwbaar potentieel bieden voor warmte- en koudelevering, al dan niet in combinatie met seizoensopslag. Geothermie (aardwarmte) Zonne-energie Biomassa Biogas en synthetisch gas

Momenteel worden de warmte- en koudevraag vaak apart beschouwd, maar het is efficiënter om ze integraal mee te nemen in de transitie. Er zijn verschillende mogelijkheden om een warmtevraag en een koelvraag aan elkaar te verbinden, bijvoorbeeld door toepassen van warmte- en koudeopslag (WKO) en warmtenetten die warmte op lage-temperatuur leveren (zie ook verderop ‘Warmtenetten en koudenetten’).

In overeenstemming met de Europese Klimaatwet voor de gebouwde omgeving is in het voorjaarspakket (2023) bepaald dat de emissies van de gebouwde omgeving in Nederland in 2030 tot 13,2 megaton CO₂-eq moeten worden gereduceerd (bron: KEV (PDF)). Om dit doel te bereiken is 9,3 miljard euro vrijgemaakt voor klimaatuitgaven voor de gebouwde omgeving: 3,0 miljard euro voor het Nationaal Isolatieprogramma, 1,9 miljard euro voor de subsidieregeling duurzaam maatschappelijk vastgoed (DUMAVA), 1,4 miljard euro voor de Warmtenetten Investeringssubsidie (WIS) en 0,9 miljard euro voor de stimulering van hybride warmtepompen in de bestaande bouw (bron: KEV).

De Investeringssubsidie Duurzame Energie en Energiebesparing (ISDE (PDF)) stimuleert zowel isolatie als efficiënte verwarmingsinstallaties. Het totale ISDE-budget voor de periode 2023- 2030 is 4,4 miljard euro. Een vergelijkbare regeling is er voor VvE’s: de Subsidieregeling Verduurzaming voor Verenigingen van Eigenaars (SVVE (PDF)): 48,5 miljoen tot en met 2027. Bovendien kunnen woningeigenaren (zowel particulier als VvE) en scholen via het Nationaal warmtefonds gebruik maken leningen tegen een gunstige rente of zelfs rentevrije leningen.

De overheid heeft daarnaast verschillende concrete eisen gesteld om de verduurzaming van de gebouwde omgeving te versnellen. Zo gaat in 2026 een energieprestatie-eis gelden waardoor bij vervanging van een cv-ketel moet worden overgestapt op een substantieel efficiënter alternatief, zoals een hybride warmtepomp of een warmtenet. En er is aangekondigd dat alle huurwoningen, zowel sociaal als particulier, vanaf 2029 niet meer verhuurd mogen worden als ze niet minimaal label D hebben. Voor nieuwbouwwoningen geldt sinds 1 januari 2021 een nieuwe indicator voor eisen aan de energieprestatie: TO-juli. Deze indicator geeft het risico weer op temperatuuroverschrijding in de maand juli. Als de berekende waarde te hoog is, zijn aanpassingen aan het ontwerp nodig.

In de dienstensector wordt extra emissiereductie verwacht door de aanscherping en betere handhaving van de energiebesparingsplicht, de uitfasering van de slechtste energielabels, de DUMAVA-subsidieregeling en extra budget voor verduurzaming van Rijksoverheidsvastgoed.

Lees hier meer over verduurzaming in de gebouwde omgeving >> Gebouwde omgeving

Er is nog weinig bekend over in hoeverre de koudevraag in de gebouwde omgeving ingevuld wordt met een koelsysteem, zoals een airco. Wel is bekend dat er de laatste jaren een sterke toename is geweest in de verkoop van lucht-luchtwarmtepompen, oftewel vaste of split-unit airco’s (bron: CBS). 89% van de split airco’s is in de laatste 5 jaar geplaatst. In 2022 had 13% van de huishoudens een vaste airco. Naar schatting is het aantal mobiele airco’s ongeveer even groot, dus nog eens 13%. Huishoudens met een vaste airco gebruiken het systeem in tweederde van de gevallen ook voor verwarming. Zie ook Cijfers gebruik airconditioning. Cijfers gebruik airconditioning

Airco’s gebruiken elektriciteit wat leidt tot een toename in de energievraag en, afhankelijk van de energiebron, meer CO₂-emissies. Airco’s kunnen op warme dagen voor een piekvraag voor koeling zorgen en mogelijk capaciteitsproblemen opleveren voor het elektriciteitsnet. Beperkt en efficiënt gebruik van de airco is daarom belangrijk.

In plaats van verbranding van aardgas in ketels kunnen elektrische warmtepompen worden gebruikt voor de verwarming van gebouwen. Ze kunnen omgevingswarmte uit de buitenlucht, de bodem of uit water halen. Vervolgens kan deze warmte worden opgewaardeerd in temperatuur en afgegeven aan de binnenlucht van het gebouw (in geval van de water-lucht en lucht-lucht warmtepompen) of aan circulerend water in verwarmingssystemen (de bodem/water-water en lucht-water systemen).

Het geïnstalleerde vermogen aan warmtepompen in Nederland neemt toe (CBS), met name bij lucht-lucht warmtepompen (airco’s). Een hybride warmtepomp kan uitkomst bieden als de isolatiewaarde van een woning onvoldoende is. Het gasverbruik wordt daarmee al gauw gehalveerd.

Op dit moment liggen de grootste belemmeringen voor de verdere opschaling van warmtepompen bij het installatieproces door hoge installatiekosten en weinig gekwalificeerde installateurs. Ontwikkelingen van plug & play-systemen voor warmtepompen zijn daarom cruciaal. Deze vergemakkelijken het installatieproces waardoor de kosten omlaag kunnen en er minder arbeidskrachten nodig zijn (zie ook Trends technologische verduurzamingsopties voor de gebouwde omgeving). Trends technologische verduurzamingsopties voor de gebouwde omgeving

Aantal in gebruik zijnde lucht-lucht warmtepompen in de gebouwde omgeving

Thermisch vermogen van warmtepompen (megawatt)

De traditionele warmtenetten die momenteel in Nederland liggen, zijn voornamelijk hoge- (>75 °C) en middentemperatuurnetten (55-75 °C). Ze worden voornamelijk gevoed door aardgas, restwarmte uit de industrie en elektriciteitssector, warmte uit afvalverbranding en biomassa. Bij deze typen netten is er een constant aanbod van warmte. Het nadeel hiervan is dat er naast distributieverliezen ook warmte verloren gaat als er geen vraag is. Zeker in zomermaanden, wanneer de warmtevraag laag is, kunnen deze verliezen hoog oplopen.

Er zijn ook systemen beschikbaar op lagere temperaturen, waardoor verliezen sterk worden gereduceerd. Bronnetten of zeer lage temperatuurnetten (<30 °C) maken gebruik van warmte-koudeopslag (WKO), aquathermie en (bodem)warmtewisselaars. De lage temperatuurwarmte wordt met een centrale warmtepomp opgewaardeerd tot 70 °C of met individuele warmtepompen tot 45 – 60 °C. Er wordt momenteel veel gesproken over lage temperatuur (LT-) (30 – 55 °C) netten, maar deze netten worden op dit moment vrijwel uitsluitend bij nieuwbouwprojecten aangelegd. Lagetemperatuurnetten bieden voordelen ten opzichte van midden- en hogetemperatuurnetten:

• De mogelijkheid om meer duurzame bronnen te ontsluiten
• Betere energie-efficiëntie door minder warmteverlies en een beter rendement van de warmtepomp (wat ook het elektriciteitsnet ontlast)
• Het biedt meer kansen voor de combinatie met grootschalige warmteopslag en daarmee voor flexibiliteit in het elektriciteitsnet
• Optie tot koeling naast verwarming

60% van de woningen is nu al LT-ready is en kan zonder aanpassingen met lage temperatuur verwarmd worden ().

In het Klimaatakkoord is afgesproken dat in 2030 750.000 bestaande woningen moeten zijn aangesloten op een warmtenet. Voor opschaling van warmtenetten is het cruciaal dat gemeenten een regierol op zich nemen en daarbij een toekomstvisie formuleren voor warmte én koude. Over hoe de markt voor warmtenetten zou kunnen worden geordend is veel te leren van Denemarken, waar al tientallen jaren ervaring met warmtenetten is. Lokale warmtenetten: hoe zorg je voor regie, coördinatie en afstemming?

Bodemenergiesystemen en koudenetten kunnen ook voor koeling gebruikt worden. De huidige WKO-systemen en koudenetten leveren vooral koude aan de dienstensector. Naar schatting gaat het in de gehele dienstensector momenteel om 7 PJ elektriciteitsverbruik voor ruimtekoeling.

Warmteopslag kan potentieel een grote bijdrage leveren aan de energietransitie . Door in tijden van overvloed energie op te slaan als warmte voor later gebruik, kunnen duurzame bronnen beter worden benut, congestie op het elektriciteitsnet worden voorkomen en kan de noodzaak voor extra (fossiele) centrales voor de piekvraag worden vermeden. Warmteopslag staat echter nog in de kinderschoenen (zie ook Trends technologische verduurzamingsopties voor de gebouwde omgeving). Trends technologische verduurzamingsopties voor de gebouwde omgeving

Er zijn verschillende technieken voor warmteopslag:

• Voelbare warmteopslag (Thermal Energy Storage) in water (meestal temperaturen tussen de 0-100 °C) of in vloeibaar zout, olie, zand, steen, keramiek (meestal temperaturen tussen de 100 en 1000 °C)
  Opslag in water wordt al toegepast voor grotere projecten (groter dan gebouwniveau), bijvoorbeeld in (on)diepe aquifers, mijnen, putten en watertanks. Bij bodemenergie wordt voelbare warmte opgeslagen in een ondergrondse waterlaag. Het is een mix van opwekking en opslag met als voordeel dat het ook koude kan leveren (zie ook nl).
  Hoge temperatuuropslag is warmteopslag vanaf zo’n 50 graden en is in ontwikkeling. In diverse pilots wordt nu gericht op dieptes van minstens 150 meter onder de grond. De opslag is bedoeld op de schaal van een wijk.
• Latente warmteopslag in faseovergangsmaterialen
  Faseovergangmaterialen (PCM) geven energie af of nemen energie op bij verandering van de fase, bijvoorbeeld van vast naar vloeibaar. PCM’s komen net op de markt en zijn een interessante technologie om warmte op te slaan die ook in bouwmaterialen zou kunnen worden toegepast.
• Warmteopslag in thermochemische materialen
  Thermochemische materialen moeten nog verder doorontwikkeld worden, maar kunnen interessant zijn, omdat ze warmte verliesvrij kunnen opslaan door gebruik te maken van een chemische reactie tussen een zout en water.
• Warmteopslag in metalen (redox)
  Metaal oxideert als het in contact komt met zuurstof en dan komt er warmte vrij. Dat oxidatieproces kan weer worden teruggedraaid als er waterstof aan wordt toegevoegd, waardoor er weer energie wordt opgeslagen.

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.