Riolering en warmtepompen: een duurzame combinatie in de renovatie en bouwsector

Inleiding

In de huidige tijd, waar duurzaamheid en energiebesparing centraal staan in de bouw- en renovatiebranche, worden warmtepompen steeds vaker ingezet als alternatief voor traditionele verwarmingsinstallaties. Daarbij ontstaat steeds meer interesse voor de toepassing van warmtepompen in combinatie met rioolwater, een onderzoekt terrein dat mogelijke voordelen biedt in termen van energie-efficiëntie en duurzaamheid.

Hoewel de meeste warmtepompen traditioneel werken met lucht, grond of water als warmtebron, biedt het gebruik van rioolwater een interessante en relatief onbekende mogelijkheid. Een warmtepomp die warmte uit rioolwater haalt, maakt gebruik van de restwarmte die vrijkomt bij huishoudelijke of industriële activiteiten. Dit artikel onderzoekt de technische mogelijkheden, voordelen, beperkingen en praktische toepassingen van warmtepompen die werken met rioolwater als warmtebron. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de beschikbare informatie uit de opgegeven bronnen, waarbij zowel technische details als kostenaspecten worden belicht.

Wat is een warmtepomp?

Een warmtepomp is een technische installatie die warmte opneemt uit een bron (zoals lucht, grond, water of, in sommige gevallen, rioolwater) en deze omzet naar een vorm die bruikbaar is voor verwarmingsdoeleinden in een woning of gebouw. Het principe van een warmtepomp berust op een thermodynamisch proces dat vergelijkbaar is met dat van een airco, maar in omgekeerde richting. De warmte wordt dus "verpompt" van een lage temperatuur naar een hogere temperatuur, waarbij energie wordt toegevoegd door een compressor.

De warmtepomp bestaat uit drie kringen: 1. De bron, waaruit warmte wordt onttrokken (zoals lucht, water of in dit geval rioolwater). 2. De koudemiddelkring, die bestaat uit een compressor, verdamper, condensor en expansieventiel. 3. Het afgifte-systeem, waarin de warmte wordt afgegeven, zoals vloerverwarming, radiatoren of een boiler.

De koudemiddelkring transporteert warmte van de bron naar het afgifte-systeem, waarbij de compressor een cruciale rol speelt in het opwaarmeren van de warmte. Deze cyclus is herhaalbaar en maakt het mogelijk om energie op een efficiënte manier te benutten.

Technisch overzicht van warmtepompen

Werking van de koudemiddelkring

De basiswerking van een warmtepomp is gebaseerd op een koudemiddelkring, die door een gesloten systeem loopt. Het koudemiddel, een vloeistof met een laag kookpunt, verdampt bij lage temperaturen en condenseert bij hoge temperaturen. De cyclus verloopt als volgt:

1. Verdamper: Het koudemiddel opneemt warmte uit de bron (zoals rioolwater) en verdampt.
2. Compressor: De verdampte stof wordt samengeperst, wat zorgt voor een toename van druk en temperatuur.
3. Condensor: Het warme gas geeft warmte af aan het afgifte-systeem (zoals een vloerverwarming) en condenseert tot vloeistof.
4. Expansieventiel: De druk wordt verlaagd, waardoor het koudemiddel opnieuw kan verdampen en de cyclus zich herhaalt.

Deze cyclus zorgt ervoor dat energie uit de omgeving wordt verplaatst naar het verwarmingssysteem van een woning of gebouw. De hoeveelheid energie die wordt afgegeven is groter dan de hoeveelheid elektriciteit die nodig is om de compressor aan te drijven, waardoor warmtepompen efficiënter zijn dan conventionele verwarmingsinstallaties.

Riolering als warmtebron

Hoewel lucht, grond en water de meest gebruikelijke warmtebronnen zijn voor warmtepompen, biedt rioolwater een minder bekende, maar potente bron voor warmteopwekking. Bij huishoudelijke of industriële activiteiten ontstaat restwarmte in het afvalwater, die via een rioolstelsel wordt afgevoerd. Deze warmte kan worden opgevangen door een warmtepomp en gebruikt worden voor het verwarmen van een gebouw.

Werking van een rioolwarmtepomp

Een warmtepomp die werkt met rioolwater als bron, haalt warmte uit het afvalwater dat door het rioolstelsel loopt. Deze warmte wordt gebruikt om het koudemiddel in de koudemiddelkring op te warmen, waarna het via de compressor en condensor naar het afgifte-systeem wordt gebracht. Het rioolwater dient dus als een warmtebron, vergelijkbaar met grond- of waterbronnen, maar met een belangrijk verschil: het is een "open" bron die continu ververst wordt.

De werking van een rioolwarmtepomp is vergelijkbaar met die van een water-water warmtepomp. Het koudemiddel trekt warmte op uit het rioolwater in de verdamper, waarna het via de compressor wordt opgewarmd en via de condensor wordt afgegeven. Het expansieventiel zorgt ervoor dat het koudemiddel weer in een lagedruktoestand komt, waarna de cyclus zich herhaalt.

Voordelen van een rioolwarmtepomp

Er zijn meerdere voordelen te noemen bij het gebruik van een rioolwarmtepomp:

• Duurzaamheid: Door gebruik te maken van restwarmte uit rioolwater, wordt minder elektriciteit of gas nodig voor verwarming.
• Beschikbaarheid van warmtebron: In wijkgebieden met goed ontwikkelde rioolstelsels is een vaste warmtebron beschikbaar.
• Efficiëntie: Een warmtepomp kan energie uit rioolwater omzetten in warme vloeren of warm water met een hoge COP (Coefficient of Performance).
• Geen boringen of grondwerken: In tegenstelling tot grondwarmtepompen, is er geen noodzaak voor horizontale of verticale boringen of buizen in de grond.

Beperkingen en uitdagingen

Hoewel een rioolwarmtepomp veelbelovend is, zijn er ook beperkingen en uitdagingen:

• Technische eisen: Het rioolstelsel moet goed geïsoleerd zijn en voldoen aan bepaalde technische eisen om efficiënt te functioneren.
• Certificering en installatie: Het installeren van een rioolwarmtepomp vereist meestal een gecertificeerd bedrijf en kan duidelijk complexer zijn dan luchtwarmtepompen.
• Toegang tot het rioolstelsel: Niet in elk gebouw of wijk is toegang tot het rioolstelsel mogelijk, of is het technisch haalbaar om een warmtepomp aan te sluiten.
• Kosten: Hoewel de energiekosten lager kunnen zijn, zijn de installatiekosten voor een rioolwarmtepomp vaak hoger dan voor andere warmtepompvarianten.

Praktische toepassingen en voorbeelden

In de praktijk zijn er enkele toepassingen waarbij warmtepompen worden ingezet in combinatie met rioolwater. Dit is vooral het geval in nieuwe wijkontwikkelingen of bij de renovatie van bestaande gebouwen waarbij een nieuw of aangepast rioolstelsel beschikbaar is.

Een voorbeeld is een woonwijk waarbij een geïntegreerd warmteterminal is aangelegd, dat gebruik maakt van de restwarmte in het rioolwater. Hierbij wordt een centrale warmtepomp geïnstalleerd, die warmte opneemt uit het rioolwater en deze verspreidt over meerdere woningen via een warmtedistributienet. Deze aanpak biedt de voordelen van een duurzame warmtebron, maar vereist wel een sterke samenwerking tussen bouwbedrijven, installateurs en gemeenten.

In individuele woningen is het minder gebruikelijk om een rioolwarmtepomp toe te passen, vooral vanwege de technische en logistieke uitdagingen. Echter, in situaties waarbij een woning direct op een rioolstelsel is aangesloten en toegang tot het rioolwater gemakkelijk is, kan het een interessante optie zijn om een warmtepomp te installeren die gebruik maakt van deze restwarmte.

Kosten en rendement van een warmtepomp met rioolwater

De kosten van een warmtepomp die werkt met rioolwater zijn afhankelijk van meerdere factoren, zoals de grootte van de installatie, de complexiteit van de aansluiting op het rioolstelsel en de benodigde technische voorzieningen. Uit de beschikbare informatie is te zien dat warmtepompen in het algemeen niet goedkoop zijn in aanschaf, maar dat de energiekosten aanzienlijk lager zijn dan bij conventionele verwarmingsinstallaties.

De volgende kostengegevens zijn beschikbaar:

Hoewel de kosten van een rioolwarmtepomp niet expliciet vermeld zijn in de bronnen, is het redelijk om aan te nemen dat deze hoger ligt dan die van een luchtwarmtepomp, maar dichter bij die van een grondwarmtepomp. Dit komt door de extra investering in het aansluiten op het rioolstelsel en eventuele isolatie- of voorbereidingswerkzaamheden.

Het rendement van een warmtepomp wordt uitgedrukt in de COP (Coefficient of Performance), wat het verhoudingstaal is tussen de hoeveelheid warmte die wordt afgegeven en de hoeveelheid elektriciteit die wordt gebruikt. Een COP van 4 betekent bijvoorbeeld dat voor elke kWh elektriciteit die wordt gebruikt, er 4 kWh warmte wordt afgegeven. Het rendement van een rioolwarmtepomp kan variëren afhankelijk van de temperatuur van het rioolwater en de efficiëntie van de installatie.

Technische aspecten van de warmtepompinstallatie

Koudemiddel en compressieproces

Het koudemiddel dat in de warmtepomp wordt gebruikt, is van groot belang voor de efficiëntie en duurzaamheid van de installatie. In moderne warmtepompen wordt vaak een koudemiddel gebruikt dat milieuvriendelijk is en een laag kookpunt heeft. Het koudemiddel verdampt bij lage temperaturen en condenseert bij hoge temperaturen, waardoor het efficiënt kan fungeren in het warmteopwekproces.

De compressor speelt een centrale rol in het proces. Het samengeperste koudemiddel bereikt hoge temperaturen, waardoor het in de condensor kan afgeven aan het verwarmingssysteem. De compressor moet dus efficiënt en betrouwbaar zijn, en moet ook voldoen aan technische eisen zoals drukcontrole en temperatuurbeperkingen.

Veiligheid en beveiliging

Om de veiligheid van de warmtepompinstallatie te waarborgen, zijn er meerdere beveiligingsmaatregelen nodig. Deze omvatten onder andere:

• Lagedrukschakelaar: Deze schakelaar schakelt de warmtepomp uit als de druk te laag is, wat kan wijzen op een lek of technisch probleem.
• Hogedrukschakelaar: Deze schakelaar zorgt ervoor dat de warmtepomp niet blijft werken als de druk te hoog wordt, wat kan leiden tot schade aan de installatie.
• Temperatuurregeling: De temperatuur van het koudemiddel moet worden gereguleerd om schade aan de compressor en andere onderdelen te voorkomen.
• Oververhitting en onderkoeling: Door het proces van oververhitting en onderkoeling wordt ervoor gezorgd dat het koudemiddel correct verdampt en condenseert, wat essentieel is voor de efficiëntie van de warmtepomp.

Afgifte-systeem en verwarmingstechnologie

Het afgifte-systeem van een warmtepomp kan verschillen afhankelijk van de toepassing. In de meeste gevallen wordt gebruik gemaakt van een vloerverwarmingssysteem, omdat dit efficiënter is bij lagere temperaturen. Echter, ook radiatoren of warmwaterproductie kunnen worden gebruikt.

Bij een vloerverwarmingssysteem wordt warmte gelijkmatig verspreid over de vloer, wat leidt tot een comfortabele temperatuur in de woning. Bij radiatoren is het comfortgevoel iets minder, omdat de warmte eerst moet worden verplaatst door ventilatie. Bij warmwaterproductie kan een warmtepomp ook gebruikt worden om warm water te genereren, wat een duurzame alternatief biedt voor een traditionele boiler.

Duurzaamheid en milieuaspecten

Een warmtepomp die werkt met rioolwater als warmtebron kan een belangrijke bijdrage leveren aan de duurzaamheid van een woning of gebouw. Omdat het gebruik van restwarmte uit rioolwater geen extra brandstof nodig heeft en minder CO₂-uitstoot veroorzaakt, is dit een duurzame en milieuvriendelijke optie.

CO₂-reductie

Een warmtepomp die werkt met een elektriciteitsbron die uit duurzame energie komt (zoals wind- of zonne-energie), kan aanzienlijk bijdragen aan de reductie van CO₂-uitstoot. Door warmte op te wekken uit restwarmte in rioolwater, wordt er minder elektriciteit of gas nodig voor verwarming, wat leidt tot een lagere CO₂-uitstoot in vergelijking met conventionele verwarmingsinstallaties.

Energie-efficiëntie

De energie-efficiëntie van een warmtepomp wordt uitgedrukt in de COP (Coefficient of Performance), die aangeeft hoeveel warmte wordt afgegeven in vergelijking met de hoeveelheid elektriciteit die wordt gebruikt. Een hoge COP betekent dat de warmtepomp efficiënt is en minder energie nodig heeft om hetzelfde resultaat te bereiken. Een warmtepomp die werkt met rioolwater kan een hoge COP bereiken, vooral in situaties waarbij het rioolwater een hoge temperatuur heeft.

Invloed op het rioolstelsel

Het gebruik van een warmtepomp die werkt met rioolwater kan ook een positieve invloed hebben op het rioolstelsel zelf. Omdat de warmte wordt opgevangen en niet meer volledig afgevoerd, kan dit bijdragen aan een lager energieverbruik van het rioolstelsel en kan het helpen om het stelsel efficiënter te laten functioneren.

Toekomstperspectieven en ontwikkelingen

De toepassing van warmtepompen die werken met rioolwater als warmtebron is nog relatief nieuw en vereist verder onderzoek en ontwikkeling. Echter, met de toenemende focus op duurzaamheid en energie-efficiëntie in de bouw- en renovatiebranche, is het aannemelijk dat deze technologie steeds vaker zal worden ingezet.

Innovaties in warmtepomptechnologie

Er zijn meerdere innovaties die mogelijk zijn om de efficiëntie en toepasbaarheid van rioolwarmtepompen te verbeteren:

• Smart warmtepompen: Deze warmtepompen kunnen automatisch aanpassen aan de warmtebehoefte van een woning en het beschikbare rioolwater, wat leidt tot een hogere energie-efficiëntie.
• Integreerde warmteterminals: In wijkontwikkelingen kan een centrale warmtepomp worden geïnstalleerd die warmte opwekt uit rioolwater en deze verspreidt over meerdere woningen.
• Verbetering van de aansluiting op het rioolstelsel: Door het rioolstelsel te isoleren en aan te passen, kan de warmte-opname efficiënter worden gemaakt.

Samenwerking tussen partijen

Om het gebruik van rioolwarmtepompen effectief te maken, is er een sterke samenwerking nodig tussen bouwbedrijven, installateurs, gemeenten en andere betrokken partijen. Deze samenwerking is essentieel om de technische en logistieke uitdagingen aan te pakken en om ervoor te zorgen dat de warmtepompinstallatie functioneert zoals bedoeld.

Conclusie

De toepassing van warmtepompen die werken met rioolwater als warmtebron biedt interessante mogelijkheden voor de bouw- en renovatiebranche. Hoewel deze technologie nog relatief nieuw is en niet overal toepasbaar is, kan het een waardevolle bijdrage leveren aan de duurzaamheid en energie-efficiëntie van een woning of gebouw. Door het gebruik van restwarmte uit rioolwater, kan minder elektriciteit of gas worden verbruikt voor verwarming, wat leidt tot een lagere CO₂-uitstoot en lagere energiekosten.

De technische en logistieke uitdagingen die verbonden zijn aan de toepassing van rioolwarmtepompen zijn niet onoverkomelijk, maar vereisen wel een zorgvuldige planning en samenwerking tussen bouwbedrijven, installateurs en andere betrokken partijen. In situaties waarbij een rioolstelsel beschikbaar is en toegang tot het rioolwater mogelijk is, kan het installeren van een warmtepomp een interessante optie zijn om verwarming te realiseren op een duurzame en efficiënte manier.

Bronnen

1. Warmtepomp-weetjes.nl
2. Van Dal Installaties
3. Warmtepomp-info.nl
4. Warmtepompenadvies.nl