Bodemenergie instrument tegen hittestress

Het is bekend dat binnenstedelijke gebieden te kampen hebben met overmatige opwarming in de zomerperiode met soms extreme temperaturen tot gevolg. Uiteindelijk kunnen deze extreme temperaturen leiden tot klachten bij mensen en dieren, ook wel ‘hittestress’ genoemd. In de stad kan de temperatuur al snel 2 tot 3 graden hoger, of soms zelfs nog meer, dan buiten de stedelijke gebieden.

Oorzaken van hittestress

De voornaamste oorzaak ligt in het feit dat er in de binnenstedelijke gebieden te weinig plek is voor ‘groen’. Bomen zorgen door de verdamping van water voor een zelfregulerend verkoelend effect in de directe omgeving. Een andere oorzaak voor de opwarming is dat verharde oppervlaktes in een stad (denk aan wegen, daken, gebouwen) vaak bestaan uit materialen die warmte absorberen. Hierdoor wordt de straling van de zon tijdelijk opgeslagen om later weer te worden afgegeven aan de omgeving. Door hoge gebouwen in steden wordt de natuurlijke luchtcirculatie verminderd en kan deze warmte niet ontsnappen. Er ontstaan zogenaamde hitte-eilanden (Urban Heat Island).

Warmte lozen door mensen

Naast bovengenoemde statische oorzaken, zijn er ook dynamische oorzaken (zie TNO-rapport ‘Ruimtelijke verdeling en mogelijke oorzaken van het hitte-eiland effect’, juli 2010), die het gevolg zijn van menselijke activiteiten. Te denken valt aan plaatselijke industriële warmtebronnen, verkeer, maar ook actieve koeling van gebouwen waarbij met behulp van koelinstallaties de uit het gebouw onttrokken warmte wordt ‘geloosd’ in de buitenlucht (waarbij er ook nog eens, door het elektriciteitsverbruik van de koelmachines en airco’s, beduidend meer warmte wordt geloosd dan er koude is geproduceerd).

Oververhitting woningen, actief koelen noodzakelijk!

Tot voor kort werd dat warmte-lozen in de binnenstedelijke gebieden vrijwel uitsluitend gedaan door commerciële functies zoals winkels en kantoren. Maar door de steeds hogere eisen aan de verlaging van de energiebehoefte worden ook woningen en woongebouwen steeds beter geïsoleerd en kan de warmte in deze gebouwen niet meer op een natuurlijke manier worden afgevoerd. Bij de invoering van de BENG-normering (Bijna Energie Neutrale Gebouwen, NTA 8800) in 2021 werd dit probleem onderkend en worden er tegenwoordig ook eisen gesteld aan het tegengaan van overmatige opwarming van woningen (TOjuli).

Daardoor zien we nu in praktijk dat met de huidige bouwmethodieken woongebouwen nauwelijks meer zonder actieve koeling kunnen worden ontworpen om te voorkomen dat de oververhitting zich eveneens binnen gebouwen manifesteert.

Maar betekent dit dan, dat er nog meer koelinstallaties op de daken zullen verschijnen die hun warmte ‘dumpen’ in de toch al te warme binnenstedelijke gebieden, of maken we van een nood een deugd en kiezen we voor een meer duurzame oplossing?

Warmteontwikkeling in stad opslaan in de bodem?

Bij de toepassing van bodemenergie wordt gebruikgemaakt van seizoenopslag van warmte- en koude. De warmte wordt in de winter onttrokken uit de ‘warme’ bron, waarbij de relatief lage temperatuur uit de bodem (ca. 15-18°C) door middel van warmtepomptechnologie wordt omgezet naar bruikbare warmte (>40°C) voor verwarming van een gebouw. De warmtepomp produceert op dat moment tegelijkertijd koude die in de ‘koude’ bron wordt opgeslagen om juist in de zomer te worden gebruikt om het gebouw te koelen. De warmte die tijdens het koelen van het gebouw wordt afgevoerd wordt weer opgeslagen in de ‘warme bron’.

Voorwaarde voor het goed functioneren van deze seizoensopslag, is dat de te onttrekken hoeveelheid warmte en koude aan de bodem over het jaar gezien min of meer in balans is.

Voorkomen dat warmte vrijkomt in de omgeving

In tegenstelling tot in commerciële gebouwen, blijft in woningen en woongebouwen de jaarlijkse energiebehoefte voor warmte, ondanks de verbeterde isolatie van gebouwen, hoger dan de jaarlijkse energiebehoefte voor koeling. De warmte die in de zomer vrijkomt in de gebouwen zou dus prima kunnen worden ingezet om in de winter te benutten door gebruik te maken van een bodemenergiesysteem. En die opgeslagen warmte komt dan in ieder geval niet vrij in de omgeving!

Gratis koeling

In steeds meer commercieel geëxploiteerde bodemenergiesystemen zien we bijvoorbeeld dat de koude voor woningen vaak gratis wordt aangeboden, om zodoende de gebruikers te stimuleren zoveel mogelijk koude in de zomer af te nemen en daarmee de warme bron voldoende te kunnen laden. Het mes snijdt dus al aan twee kanten, enerzijds wordt de oververhitting in de woning voorkomen, anderzijds wordt de weg vrijgemaakt voor de inzet van duurzame warmte-opwekking door middel van warmtepomptechnologie in combinatie met bodemenergie.

Positief effect op plaatselijk buitenklimaat

Maar het heeft ook een positief effect op het plaatselijke buitenklimaat! Door gebruik te maken van het bodemenergie-systeem komt de warmte niet meer direct vrij in de omgevingslucht maar wordt opgeslagen in de bodem om te worden hergebruikt in de winter. Op die plekken waar de jaarlijkse energiebehoefte voor verwarming hoger is dan voor koeling is het is zelfs mogelijk om de zonnewarmte die bijvoorbeeld op daken of wegen valt, direct af te voeren naar een warme bron, zodat de opwarming van de stad verder afneemt. Dergelijke oplossingen worden veelvuldig toegepast, zoals bijvoorbeeld droge koelers op daken die warmte invangen (en dus direct de omgeving koelen), TEO-systemen (oppervlaktewater om warmte in te vangen, dit is in theorie zelfs de grootste zonnecollector van Nederland, waarmee in enkele dagen per jaar voldoende warmte kan worden ingevangen voor de jaarlijkse warmtebehoefte van Nederland), PV-panelen met geïntegreerde zonnecollector en energiedaken.

Win-win-win-win-situatie

Conclusie is dus dat bodemenergie in combinatie met warmtepomptechnologie niet alleen zorgt voor veel minder CO2-uitstoot, en er dus voor zorgt dat er minder broeikasgas in de lucht komt wat bijdraagt aan de vermindering van de lange-termijn opwarming van de aarde, maar ook een direct en positief effect heeft op het voorkomen van hittestress in de binnenstedelijke gebieden door de woningen beter op temperatuur te houden, door minder warmte in de omgeving te lozen en zelfs door de buitenlucht actief te koelen. Een win-win-win-win situatie dus!

Kan bodemenergie worden ingezet als maatregel tegen opwarming van de binnenstedelijke gebieden en het op een duurzame manier voorkomen van hittestress? Het antwoord is dus een volmondig en viervoudig ja!