Verwarming en sanitair warm water met een warmtenet

Een warmtenet is niets meer dan een netwerk van leidingen dat warmte, geproduceerd door een of meerdere warmteproducenten, transporteert naar de warmte-afnemer(s). Om de warmte te vervoeren, wordt ofwel stoom, ofwel water als een warmtedragend medium gebruikt. Een warmtenet voldoet in de vraag naar sanitair warm water en verwarming.

Mogelijkheden

Het water in de leidingen wordt op een bepaalde temperatuur en druk gebracht, afhankelijk van de behoeftes van wie de warmte gebruikt. Vandaag wordt de derde generatie van warmtenetten het vaakst toegepast. Naar de toepassing van de vierde generatie van warmtenetten gebeurt er veel onderzoek.

1e generatie

Dit zijn de stoomnetten, bekend van in New York. Een stoomnet heeft steeds een hoge werkdruk en tempera­tuur, tot wel 300 °C. De belang­rijkste voordelen van een stoomnet zijn de kleine leidingdiameters en de hoge temperatuurregimes die een aansluiting voor meer warmte­behoevenden interessant maken. De voornaamste nadelen zijn de grote warmteverliezen door de hoge temperaturen en het be­perkte aantal mogelijke warmte­producenten. De warmte is meestal afkomstig van een elek­triciteitscentrale, een verbrandings­oven enz. en is vooral bestemd voor grootsteden en industriële verbruikers.

2e generatie

Heetwaternetten kennen vertrektemperaturen van 130 à 160 °C. Om te beletten dat het water zou koken en stoom zou vormen, wordt het net op een hoge druk geplaatst. Voordelen van een heetwaternet zijn o.a. de kleine buisdiameters en kleine warmtewisselaars. Warmte­buffe­ring is mogelijk en in de zomer­periode zijn heetwaternetten rendabel voor de absorptie­koeling. Nadelen zijn de warmte­verliezen en het beperkte aantal mogelijke warmteproducenten door de hoge temperaturen. De warmte van de heetwaternetten wordt geproduceerd door elektriciteitscentrales, verbrandingsovens enz. en is bestemd voor steden en sites (bijvoorbeeld ziekenhuizen).

3e generatie

Warmtenetten op hoge temperatuur. Deze warmte­netten met vertrektemperaturen tussen 80 en 110 °C zijn zeer geschikt voor de huishoudelijke verwarming en de productie van sanitair warm water. Nadelen zijn de relatief grote leidingdiameters (tot 60 cm, inclusief isolatie) en de hogere kostprijs van de aanleg. De warmte wordt meestal opge­wekt door klassieke ketels op fos­siele brandstoffen of met behulp van warmte-krachtkoppeling en geleverd aan een aantal nabij­gelegen gebouwen zoals woon­blokken of een schoolcampus. In het gebouw zelf kunnen hernieuw­bare-energiesystemen zorgen voor een aanvulling op de warmte van het warmtenet (bv. 40% van het sanitair water wordt opgewarmd door zonnecollectoren, 60% wordt verwarmd door het warmtenet).

4e generatie

Warmtenetten op lage temperatuur, nl. met vertrek­temperaturen tussen 20 en 50 °C, maken gebruik van duur­zame warmteopwekkers, bv. warmte­pompen aangesloten op een geo­thermische open bron. Werken op lage temperatuur is een groot voordeel. Het laat toe om meer warmtebronnen op het net aan te sluiten (het is immers niet altijd evident om restwarmte te vinden op een hoge tempe­ratuur van bv. 130 °C). Er gaat minder warmte verloren (hoe lager de temperatuur van het medium, hoe minder verliezen in het net) en de lage temperaturen bieden mogelijk­heden om, behalve te verwarmen, ook te koelen met hetzelfde net (bv. met 20 à 25 °C kan er zowel gekoeld als ver­warmd worden). Als men koelt en verwarmt met hetzelfde net, spreekt men niet langer van een warmtenet, maar van een energie­net. Nadelen van warmtenetten op lage temperatuur zijn de relatief grote wisselaars bij zowel de producenten als de verbrui­kers, de grote leidingdiameters en de noodzaak om een bijkomend lokaal verwarmingssysteem voor de sanitairwarmwaterproductie (om legionella te voorkomen, moet sanitair warm water 60 °C halen) te voorzien. Warmtenetten op lage temperatuur bewijzen vooral hun nut in lage-energie­projecten (bv. passiefwoningen).

Hoe lager de vertrektemperaturen in de leidingen van het warmtenet, hoe minder warmteverliezen en hoe meer warmteproducenten er zich kunnen aandienen, maar hoe groter de buisdiameters dienen te zijn en hoe meer de warmtenet­infrastructuur dus zal kosten. De keuze voor een bepaald temperatuurregime gebeurt dus weloverwogen.

Warmte op het net steken

Een warmtenet kan bestaan uit één, twee, drie of vier leidingen. Een distributienet met twee leidingen (aanvoer- en retourlus) is het meest gebruikte systeem en kan zowel voor stoom als warm water dienen. Een of meerdere producenten kunnen warmte op het warmtenet injecteren. Warmte op het net steken gebeurt via warmtewisselaars. De warmtewisselaar kan zich bv. bevinden in een schoorsteen die hete rook­gassen van afvalverbranding naar buiten voert. De rookgassen warmen het water in de wisselaar dan op en zo wordt het water in de aanvoerleiding op temperatuur gebracht. Het water in de aanvoer­leiding wordt met een aantal omlooppompen naar de warmte­verbruikers gebracht. Mogelijke warmtebronnen voor het opwarmen van het water in de aanvoerlus zijn:

• restwarmte (verbrandingsovens, energie-intensieve industrie);
• hernieuwbare lokale bronnen zoals: biomassa, geothermie, zonthermie ...;
• fossiele brandstoffen;
• warmte-krachtkoppeling (uit gas, biomassa, steenkool, elektriciteit).

Warmte van het net gebruiken

Het interne net (voor sanitair warm water en cv) van de gebruikers is losgekoppeld van het warmtenet, zodat problemen in het net van de gebruikers geen invloed zouden kunnen hebben op de goede werking van het warmtenet. Een deel van het warme water uit de aanvoerleiding van het warmtenet wordt via een aftakking afgeleid naar het gebouw dat om warmte vraagt. Het afgekoelde water wordt vanuit het gebouw naar de retourleiding van het warmtenet afgevoerd.

• Voor centrale verwarming: het warme aangevoerde warmtenet­water stroomt rechtstreeks richting de cv-lichamen in een woonunit. Via een twee- of driewegkraan kan er retourwater bijgemengd worden. Soms wordt er gebruik­gemaakt van een wisselaar. Het afgekoelde cv-water wordt naar de retourleiding van het warmtenet afgeleid.
• Voor sanitair warm water: sanitair warm water wordt ofwel in elke woonunit geproduceerd (twee­pijpssysteem met etagestations in elke woonunit), ofwel op een centrale plaats in het gebouw (vierpijpssysteem). De productie van sanitair warm water gebeurt door koud stadswater op te warmen via een warmtewisselaar, waardoor het warme water uit het warmtenet stroomt.

Sterktes warmtenet

De belangrijkste sterktes van warmtenetten zijn:

• restwarmte uit industriële pro­cessen, elektriciteitsproductie, afvalverwerking kan worden gebruikt;
• hernieuwbare-energiebronnen kunnen worden aangewend;
• minder afhankelijkheid van fossiele brandstoffen;
• terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen;
• flexibiliteit om later nog extra warmteproducenten toe te voegen op het net;
• een centraal beheer en onder­houd zijn kosten- en middelen­besparend;
• vermindering transport van brandstoffen.

Zwaktes warmtenet

De belangrijkste zwaktes van warmtenetten zijn:

• de perceptie uit het verleden;
• ze zijn locatiegebonden;
• hoge investeringskost;
• langetermijnengagement tussen leveranciers en warmtegebruikers;
• voldoende warmteafname nodig om de investering te kunnen terugverdienen.