15bodem nummer 1 | februari 2015

Vier Zuid-Hollandse omgevingsdiensten gebruiken tool bij afhandeling meldingen

Online interferentietoets voor gesloten bodemenergiesystemen

INLEIDING/A ANLEIDING

Sinds de invoering van het wijzigingsbesluit bodemenergiesyste-men op 1 juli 2013 zijn gemeenten bevoegd gezag voor de gesloten bodemenergiesystemen. Voor nieuwe gesloten bodemenergiesyste-men moet de initiatiefnemer aantonen dat er geen sprake is van interferentie (ontoelaatbare nadelige invloed op bestaande bodem-energiesystemen). Voor kleine gesloten systemen kan gebruik wor-den gemaakt van de methode uit BUM BE bijlage 2.1 Bij mogelijke interferentie moet de initiatiefnemer een berekening conform BUM BE bijlage 2 of gelijkwaardig uitvoeren. Als daaruit volgt dat de maximale temperatuurverlaging bij andere gesloten systemen kleiner is dan 1,5 °C, dan is er geen sprake van interferentie.1

In opdracht van vier Zuid-Hollandse omgevingsdiensten (Zuid-Holland Zuid, West-Holland, Midden-Holland en Haaglanden) en stadsgewest Haaglanden heeft IF Technology een online tool ontwikkeld waarmee het 1,5 °C invloedsgebied van een klein ge-sloten bodemenergiesysteem (< 70 kW) op kaart kan worden ge-presenteerd. De tool is bedoeld als openbaar hulpmiddel bij de toets op interferentie voor initiatiefnemers en is te vinden op https://productie.bodemenergieonline.nl/burgerportaal.aspx.

UITWERKING

Voor het berekenen van de veroorzaakte temperatuurveranderin-gen, conform de methodiek uit BUM BE bijlage 2, is gebruik ge-maakt van de oneindige lijnbron-methode. Het warmtetransport van en naar de bodemlus vindt in deze benadering alleen plaats in horizontale richting. Warmtetransport in de verticale richting (uitwisseling van warmte met het maaiveld en diepere bodemla-gen) wordt buiten beschouwing gelaten, waardoor de invloed

enigszins wordt overschat. Verder is in deze methode aangeno-men dat de invloed van de grondwaterstroming verwaarloosbaar is. Hier komen we later op terug.

De informatie die de tool nodig heeft voor de berekening volgt deels uit de gegevens die worden opgegeven bij de melding (jaar-lijkse warmte- en koudevraag, totale lengte en einddiepte bodem-lussen en coördinaten middelpunt systeem). Om een goede be-nadering van het te verwachten invloedsgebied te krijgen, berekent de online tool de gemiddelde waarde voor de warmtege-leidingcoëfficiënt en de warmtecapaciteit op basis van de bodem-opbouw en grondwaterstand uit het NHI (Nationaal Hydrologisch Instrumentarium), de diepte van de bodemlussen en typische waarden voor de bodemeigenschappen van de ge-bruikte bodemlagen.

GRONDWATERSTROMING

Aanname bij de lijnbron-methode is dat de grondwaterstroming mag worden verwaarloosd. Volgens BUM BE bijlage 2 mag de lijnbron-methode niet worden gebruikt als de snelheid van de grondwaterstroming boven een bepaalde grenswaarde ligt. Om na te gaan wat de invloed van de grondwaterstroming is, zijn voor verschillende stroomsnelheden berekeningen uitgevoerd met HSTWin2D, een softwarepakket voor berekeningen aan warmtetransport in de ondergrond. In de berekeningen is uitge-gaan van een (voor kleine gesloten systemen) relatief hoge jaar-gemiddelde warmteflux van 10 W/m gedurende 20 jaar. Ter con-trole op de resultaten van HSTWin2D is voor de situatie zonder

Sinds 1 juli 2013 hebben de gemeenten als bevoegd gezag voor de gesloten bodemenergiesystemen de taak om te controleren of nieuwe systemen geen nadelige invloed hebben op andere bodemenergiesys-temen. In opdracht van vier Zuid-Hollandse omgevingsdiensten is binnen het softwarepakket BodemenergieOnline een tool ontwikkeld die ondersteuning biedt bij deze interferentietoets.

Door: Benno Drijver en Marc Koenders

Over de auteurs:Benno Drijver, Senior geohydroloog bij IF TechnologyMarc Koenders, Senior adviseur bij IF Technology

Snelle en eenvoudige schatting invloedsgebied

16 bodem nummer 1 | februari 2015

grondwaterstroming ook een analytische berekening uitgevoerd. De resultaten van de analytische berekening blijken goed overeen te komen met de resultaten van HSTWin2D.

VERRASSEND EFFECT

Op basis van de ervaring bij open bodemenergiesystemen was de verwachting dat het invloedsgebied in stroomafwaartse richting groter wordt bij een toename van de stroomsnelheid van het grondwater. Uit de berekeningen blijkt echter dat het 1,5 °C in-vloedsgebied bij een toenemende snelheid van de grondwater-stroming juist kleiner wordt (figuren 1 en 2). Buiten het in-vloedsgebied nemen de berekende temperatuurveranderingen juist toe, maar deze blijven ruim onder de 1,5 °C. Dichtbij de bo-demlus, waar de grootste temperatuurveranderingen optreden, neemt de invloed dus af bij een toename van de snelheid van de grondwaterstroming en verder stroomafwaarts van de bodemlus neemt de invloed juist toe.

VERKLARING

Dit verschijnsel is als volgt te verklaren: een gesloten systeem dat jaarlijks meer warmte aan de ondergrond onttrekt dan toevoegt zorgt voor afkoeling van de omgeving van de bodemlus. In een situatie zonder grondwaterstroming blijft deze koude rond de bo-demlus hangen en koelt de ondergrond in de loop van de jaren steeds verder af. Als wel sprake is van grondwaterstroming dan stroomt het afgekoelde grondwater weg, waardoor de ondergrond rond de bodemlus minder afkoelt. De afstromende koude zorgt er wel voor dat in stroomafwaartse richting van de bodemlus tot grotere afstanden enige afkoeling merkbaar is.

TOEPASBA ARHEID

Uit de berekeningen blijkt dat bij een gesloten systeem met een jaargemiddelde warmteflux van 10 W/m het invloedsgebied zeer klein is (enkele meters) en dat de grondwaterstroming zorgt voor een afname van het 1,5 °C invloedsgebied. Omdat de lijnbron-methode uitgaat van de situatie zonder grondwaterstroming wordt het invloedsgebied niet onderschat en is dit een goed uit-gangspunt voor de eerste interferentietoets. Het overgrote deel van de kleine gesloten systemen heeft een jaargemiddelde warm-teflux kleiner dan 10 W/m en kan dus op deze manier worden benaderd. Ook bij een jaargemiddelde warmteflux tussen 10 en 20 W/m kan de invloed van de grondwaterstroming nog worden verwaarloosd (gemaakte fout is klein).

Als de warmteflux groter is dan 20 W/m, dan dient rekening te worden gehouden met de mogelijke invloed van de grondwater-stroming. Het invloedsgebied kan dan groter zijn dan de tool berekent. Dat is vooral relevant als er in stroomafwaartse rich-ting een ander systeem ligt en bovendien een belangrijk deel van de bodemlussen in watervoerende lagen geplaatst wordt. Een warmteflux groter dan 20 W/m komt bij een lusdiepte van 150 meter overeen met een netto warmteonttrekking >26 MWh/jaar. Bij relatief grote systemen met een aanzienlijke on-balans kan de tool daarom niet worden toegepast en is een mo-delberekening nodig. Deze situatie komt niet vaak voor.

BODEMENERGIEONLINE

De online tool presenteert het 1,5 °C invloedsgebied van een ge-sloten bodemenergiesysteem op kaart. Na het aanklikken van de betreffende locatie op de kaart verschijnen een aantal invoervel-den: de jaarlijks aan de bodem toegevoegde hoeveelheid warmte en koudeen de diepte van de bodemlussen (figuur 3). De tool be-paalt vervolgens de bodemparameters, berekent de straal van de 1,5 °C invloedszone en toont het berekende invloedsgebied. Als

10500

0.5

1.5

2.5

3.5

1

2

3

15Afstand in stroomafwaartse richting [m]

Bere

kend

e te

mpe

ratu

urve

rand

erin

g [0 C]

HST 0m/jaar

HST 1m/jaar

HST 2m/jaar

HST 5m/jaar

HST 10m/jaar

HST 20m/jaar

HST 50m/jaar

HST 100m/jaar

Analytisch (0m/j)

1,50C grens

20 25 30 35 40 45 50

FIGUUR 1: BEREKENDE TEMPERATUURVERANDERINGEN IN STROOMAFWAARTSE RICHTING VOOR VERSCHILLENDE SNELHEDEN VAN DE GRONDWATERSTROMING. DE BEREKENING

GAAT UIT VAN 20 JAAR WARMTEONTTREKKING MET 10 W PER METER DIEPTE.

Grotere grondwaterstroming geeft kleiner invloedsgebied

Verrassend: grondwaterstroming verkleint invloedsgebied

17bodem nummer 1 | februari 2015

Wat is een gesloten bodemenergiesysteem?

Deze systemen (ook wel bodemwarmtewisselaars genoemd) bestaan uit

kunststof leidingen die in de bodem zijn gebracht. De diepte van deze lus-

sen bedraagt meestal 50 tot 150 meter. In de lussen wordt water, veelal

met een toegevoegd antivriesmiddel in de gesloten lussen door de onder-

grond geleid (toevoegingen om corrosie of bacteriegroei te beperken ko-

men ook voor). Bij een warmtevraag wordt met een warmtepomp via de

lussen warmte onttrokken aan de ondergrond. Bij een koelbehoefte wordt

koeling geleverd door de overtollige warmte via de lussen af te voeren

naar de ondergrond. Een nadeel ten opzichte van een open systeem is

dat de temperatuur van de circulatievloeistof in de winter snel daalt en in

de zomer snel stijgt.

50

25

Grondwaterstroming = 10 m/jaar

-25

-50

50

25

-25

-50

50

25

0

-25

-50

-150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50

-150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50

-150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50

-10 -5 0 5 10

-10 -5 0 5 10

-10 -5 0 5 10

-10

-5

0

5

10

-10

-5

0

5

10

-10

-5

0

5

10

0

0

Grondwaterstroming = 0 m/jaar

Grondwaterstroming = 5 m/jaar

FIGUUR 3: VOORBEELD VAN HET INVOERSCHERM EN HET RESULTAAT VAN DE ONLINE TOOL (FICTIEVE LOCATIE).

FIGUUR 2: BEREKENDE TEMPERATUURVERANDERINGEN BIJ 20 JAAR WARMTEONTTREK

KING MET 10 W PER METER DIEPTE EN STROOMSNELHEDEN VAN 0, 5 EN 10 METER PER

JAAR.

De tool geeft in veel gevallen voldoende informatie om snel en eenvoudig te kunnen nagaan of sprake is van interferentie. Daarmee is de tool niet alleen een nuttig hulpmiddel bij het af-handelen van meldingen voor kleine gesloten bodemenergiesys-temen door de overheid, maar ook voor burgers/bedrijven die een gesloten systeem willen toepassen.

binnen het berekende invloedsgebied een ander systeem ligt, dan is sprake van mogelijk nadelige interferentie en zijn modelbereke-ningen nodig om een meer nauwkeurige inschatting te maken. Als er binnen een straal van 120 meter, maar buiten de 1,5 °C contour, één andere systeem ligt dan is er zeer waarschijnlijk geen nadelige interferentie. Bij meerdere andere systemen binnen 120 m afstand, blijft het nodig om voor deze systemen de cumu-latieve effecten te bepalen.

Koude vraag Warmte vraag

NOOT1 SIKB (2014). Methode toetsen interferentie tussen kleine gesloten systemen,

versie 2.2, 19-06-2014. Bijlage 2 van de BUM’s en HUM’s bodemenergiesyste-men deel 1 en deel 2. Stichting Infrastructuur Kwaliteitsborging Bodembeheer, Gouda.