Koelen met boorvelden: Goedkope en duurzame technologie als antwoord op de energiecrisis

Door actief en passief koelen te combineren kan de investeringskost van boorvelden drastisch verminderd worden. De hierbij bijkomende werkingskosten zijn beperkt en laten daardoor toe om over de volledige levensduur van het boorveld een kostenbesparing van 30% te bekomen. Dit is een doorbraak die de competiviteit van boorvelden ten opzichte van andere technologieën sterk vergroot en kan zo een cruciale rol spelen in de energietransitie en de evolutie naar een CO2-arme economie.

Boorvelden als duurzame koel- en verwarmingstechnologie

Boorvelden laten toe om warmte in de grond te injecteren of te onttrekken bij respectievelijk koelen en verwarmen. Indien er niet voldoende warmte onttrokken kan worden voor de warmtevraag van een gebouw, kan het boorveld gebruikt worden in combinatie met een warmtepomp. Dit laat toe om te verwarmen op een energie-efficiënte en goedkope manier. Bij koelen geldt eenzelfde verhaal: er kan direct warmte uit het gebouw geïnjecteerd worden in de bodem (passief koelen) of er kan gebruik gemaakt worden van een warmtepomp om extra koeling te voorzien (actief koelen).

Zowel actief als passief koelen met boorvelden zijn gekenmerkt door een relatief hoge kost, al is de oorzaak hiervan bij beide technologieën verschillend. Voor passief koelen dient het boorveld groter te zijn, wat zich vertaalt in meer boringen en dus een hogere investeringskost. Bij actief koelen is een kleiner boorveld voldoende, al lopen hier de elektriciteitskosten van de warmtepomp op. Daarom is het interessant om het beste van beide werelden te combineren: Een compact boorveld waar een warmtepomp de piekbelastingen kan opvangen door gericht actief te koelen indien nodig en passief te koelen indien mogelijk.

Significante kostenbesparing door gecombineerd actief en passief koelen

Deze masterscriptie onderzoekt of deze combinatie in de praktijk ook de verhoopte kostenbesparingen kan bekomen. Hiervoor is een nieuwe dimensioneringsmethode ontwikkeld die de optimale grootte van het boorveld bepaalt voor een specifieke warmte- en koudevraag van een gebouw. Deze methode gaat daarbij op zoek naar de meest geschikte tijdstippen om de warmtepomp in te zetten opdat de werkingskosten beperkt blijven, maar een compact boorveld volstaat voor de gevraagde belasting. Het finale resultaat is de ideale boorveldgrootte waarmee over de hele levensduur van het boorveld, verondersteld over 50 jaar, een minimale totale kost bereikt wordt. 

De keuze tussen passief en actief koelen wordt gemaakt op basis van de temperatuur in het boorveld. Indien de vloeistof die door het boorveld gepompt wordt kouder is dan 16°C, kan er passief gekoeld worden. Indien deze waarde overschreden wordt, moet de vloeistof extra gekoeld worden opdat er steeds een voldoende temperatuurverschil tussen de vloeistof en het gebouw bewaard blijft. Dit is nodig om aan de koudevraag van het gebouw te voldoen. Op deze manier kan er op basis van de temperatuur voortdurend gewisseld worden tussen beide regimes met een tijdsresolutie van één uur.

Deze methodologie werd toegepast op verschillende case studies, met name voor een gebouwencomplex en een sporthal. De conclusies hieruit waren duidelijk: actief en passief koelen combineren kan leiden tot een kostenbesparing van 30%. Deze besparing is te wijten aan een significante verkleining van het boorveld en het inzetten van actief koelen op enkel de piekmomenten. Hierdoor wordt slechts een beperkt deel van de belasting actief gekoeld en blijven de werkingskosten beperkt.

Een efficiënte investering op vlak van CO2 emissies

Een belangrijke afweging die hierbij gemaakt dient te worden is de grotere CO2-uitstoot door het elektriciteitsgebruik van de warmtepomp. Om dit te kunnen kaderen, worden hiervoor de abatement cost bepaald. Deze kost geeft aan wat de prijs is om één ton CO2 te vermijden, wat toelaat om verschillende investeringen met elkaar te vergelijkingen. Deze waarde kan ook worden afgetoetst met de prijs van de emissierechten in de EU. Deze berekening en vergelijking geeft aan dat de abatement cost een factor 100 hoger ligt dan de  referentieprijs. Dit rechtvaardigt de (beperkte) bijkomende uitstoot en toont dat investeren in boorvelden met gecombineerd actief en passief koelen een efficiënte investering is.