Wenen, een stad met 1,9 miljoen inwoners, heeft veel historische gebouwen en ongeveer 60 procent van de flats (400.000) wordt verwarmd met aardgas. Door de opwarming van de aarde neemt ook de vraag naar koeling toe. Er zijn dus nieuwe oplossingen nodig om de energietransitie tegen 2040 uit te voeren. Een veelbelovende mogelijkheid is het systeem van energieroosters, dat reeds in nieuwe gebouwen wordt toegepast.
In het proefproject AnergieUrban1 is nu onderzocht of, en zo ja, hoe dit systeem ook achteraf in bestaande gebouwen kan worden ingebouwd. Het onderzoeksconsortium kreeg de opdracht van het Oostenrijkse ministerie van Milieu. De onderzoekspartners waren de Technische Universiteit Wenen, het Federaal Geologisch Instituut, de Oostenrijkse Vereniging voor Milieu en Technologie (ÖGUT) en het architectenbureau Zeininger Architekten dat een adviserende rol heeft.
Anergienet
Anergienet – ook bekend als koude lokale verwarming of koude stadsverwarming – is een veelbelovende variant van warmtevoorziening die duurzaam is en potentieel vrij van broeikasgassen en emissies. Deze netten kunnen volledig met hernieuwbare energie worden gevoed en kunnen de fluctuerende productie van wind- en zonneenergie compenseren. Bovendien kunnen netwerkdeelnemers optreden als prosumenten en niet alleen energie verbruiken, maar ook produceren.
In de Weense proef werden bestaande gemeenschappelijke componenten op een nieuwe manier aangepast en gecombineerd. Het resultaat is een systeem dat bestaat uit zonne-energie, benutting van afvalwarmte en geothermische sondes. Intensief gebruik van geothermische energie – zoals in stedelijke gebieden – kan de grond doen afkoelen. Daarom was het belangrijk om de warmte die in de winter aan de grond werd onttrokken in de zomer terug te geven aan de grond.
Dat aspect maakt dat de stad als het ware zijn eigen cv-radiator wordt. Bovendien is er de kwestie van de beschikbaarheid van voldoende grond in de ondergrond. Aangezien de stedelijke grond al dicht is aangelegd met riolering, drinkwater, glasvezel en elektriciteitsleidingen. Een uitdaging die werd aangegaan met twee verschillend dichtbevolkte testgebieden:
- een woonwijk uit de jaren ’60 in het 14e district met ongeveer 2.000 inwoners;
- een woonblok in het 16e district, waar 10.000 mensen voornamelijk in huizen wonen die eind 19e en begin 20e eeuw zijn gebouwd. De huizen in beide wijken worden momenteel nog verwarmd met aardgas.
Warmte uit aardsonden
Specifiek voor anergienetwerken is dat zij werken bij lage temperaturen in het bereik van de omgevingstemperatuur. Deze liggen meestal tussen 10 en 25 graden. Hierdoor kunnen energienetwerken warmte-energie gebruiken die anders verloren zou gaan. Zoals bijvoorbeeld het geval is met geothermische energie en afvalwarmte. De temperaturen van deze natuurlijke of gerecycleerde warmte-energieën zijn te laag om warm water te produceren of gebouwen te verwarmen. Daarom worden ze door middel van een warmtepomp op het vereiste niveau gebracht.
In het Weense proefproject werd de anergie verkregen uit zonnecollectoren en afvalwarmte van gebouwkoeling en vervolgens via geothermische sondes in de grond opgeslagen. Vanaf een diepte van tien meter is de natuurlijke warmte van de grond in Oostenrijk het hele jaar door tien tot twaalf graden Celsius. De geothermische sondes worden geplaatst via boorgaten op een diepte tot 135 meter. Daar worden ze beschermd met een cement-bentoniet mengsel en kunnen ze via het grondwater de omgevingswarmte uit de grond opnemen.
De overdracht vindt plaats via de warmtewisselaar. Dit is een plastic buis die in een U-vorm in het boorgat wordt ingebracht. In de zomer kan de overtollige warmte worden afgevoerd en opgeslagen met behulp van aardsondes; in de winter kan de in de grond opgeslagen warmte weer worden gebruikt via dezelfde aardsondes.
Bodemtemperatuur
Aangezien niet alleen aardwarmte aan de bodem wordt onttrokken, maar ook warmte wordt toegevoegd, kan op jaarbasis gemiddeld een evenwichtige bodemtemperatuur worden gewaarborgd. Door de opwarming van de aarde en de overbouwing raakt de bodem echter steeds meer oververhit. Op sommige plaatsen in Wenen is de bodemtemperatuur inmiddels al achttien graden. Dat is een derde meer dan het normale gemiddelde van twaalf graden. Het Weense onderzoeksconsortium denkt dat het gebruik van geothermische energie aan de oppervlakte ook een strategie kan zijn om de oververhitte bodem af te koelen.
In het kader van het proefproject werd in een Weens woonblok uit het begin van de twintigste eeuw het eerste duurzame energienetwerk gecreëerd, dat zich ontwikkelde tot een wereldwijd voorbeeldproject op het gebied van energietransitie. Het flatgebouw bestaat uit achttien woningen. Er waren evenveel boorgaten nodig om de geothermische sondes te plaatsen voor het opvangen, opslaan en verdelen van de anergie in de grond.
Uit de gedetailleerde analyses van de open ruimtes blijkt dat zelfs in de dichte stedelijke bodem in principe nog voldoende ruimte is voor geothermische sondes. Technisch gezien staat niets de vervanging van fossiele verwarmingssystemen in de weg, aldus het consortium in zijn rapport. Het systeem zou kunnen worden ingevoerd in alle districten en steden in Oostenrijk.
Er zijn echter nog passende wettelijke regelingen nodig, aangezien de analyse van de open ruimten ook betrekking had op openbare ruimten – trottoirs, parkeerplaatsen en straten. Er zijn momenteel geen plannen om deze gebieden te gebruiken voor energie-infrastructuur. Maar de stad Wenen werkt momenteel aan een richtlijn die het gebruik van de openbare ruimte voor geothermische sondes regelt.
Hele stad als radiator
Ook wordt de bodem niet geëxploiteerd door de installatie van geothermische sondes. Vergeleken met andere vormen van energieopwekking is geothermische energie zelfs zeer vriendelijk voor het landschap. Bovendien moeten strenge voorschriften voor de bescherming van de bodem in acht worden genomen.
Zodra de geothermische sondes zijn geïnstalleerd, kunnen ze worden overbouwd of bedekt met humus zodat ze niet zichtbaar zijn. Het energienetwerk is modulair en kan achtereenvolgens groeien, waarbij het ene pand na het andere wordt verbonden. Het biedt dus eigenlijk de mogelijkheid om de hele stad als radiator te gebruiken en af te stappen van geïsoleerde thermische oplossingen in de flats. Dit is belangrijk omdat gebouwen goed zijn voor ongeveer een derde van het huidige energieverbruik.
Overstappen op Anergie-energie
Als huizen worden verwarmd of gekoeld met Anergie-energie, dan is alleen de elektriciteit voor de warmtepomp en voor de pomp van het watercircuit nodig. Met één kilowattuur elektriciteit kan tot zes kilowattuur warmte worden opgewekt. Overschakelen op een zonne-, geothermische-, sonde warmtepompsysteem is ook economisch aantrekkelijk. Volgens een volledige kostenvergelijking betaalt dit zich voor een huis uit begin twintigste eeuw met gasverwarming binnen twintig jaar terug. Daarbij kost de voortzetting van de bestaande gasverwarmingssystemen evenveel als de omschakeling.
Zonder extra kosten
Dit betekent dat de omschakeling op hernieuwbare energiebronnen mogelijk is zonder extra kosten. Ook zou het koelsysteem in de zomer geen extra kosten veroorzaken. Het bijzondere van een energienet is dat het ook huizen kan voorzien die zelf niet voldoende warmtebronnen of opslagmogelijkheden hebben. Deze kunnen wel op het net worden aangesloten en maken gebruik van de energie-overschotten van naburige huizen.
Om ervoor te zorgen dat het systeem ook in andere Oostenrijkse stedelijke gebieden kan worden toegepast, zijn er de AnergieUrban voorbeeldprojecten. Op basis van concrete bouwprojecten wordt hierin onderzocht welke juridische, organisatorische en sociaaleconomische randvoorwaarden moeten worden gecreëerd om een optimaal gebruik van geothermische energie in stedelijke gebieden mogelijk te maken.
Foto boven: Het Smart Block in de Geblergasse in Wenen – Zeininger Architekten (c) Kurt Hoerbst
