Zeerlagetemperatuur (ZLT) warmte- en koudenetten zorgen voor verwarming én koeling door zoveel mogelijk lokaal de warmte- en koudevraag uit te wisselen tussen aangesloten gebouwen. Of door warmte en koude tijdelijk op te slaan in buffers. Deze warmtenetten worden ook 5e generatie warmte- en koudenetten genoemd.

Door de uitwisseling in de warmte- en koudevraag slim te regelen, kan een ZLT warmte- en koudenet heel duurzaam zijn. Er zijn nu pas enkele toepassingen, maar ZLT warmte- en koudenetten zijn in principe op veel plaatsen inzetbaar. 

Uitgangspunten ZLT warmte- en koudenet

Het uitwisselen van warmte en koude is vrijwel altijd gecombineerd met een vorm van warmte- of koudeopslag. ZLT warmte- en koudenetten werken met lokale (rest)warmtebronnen op lagetemperatuur of zeerlagetemperatuur. Bijvoorbeeld restwarmte, aquathermie en bodemenergie. Hiermee kun je de volgende mogelijke voordelen behalen:

• Door vraag en aanbod van warmte en koude zo veel mogelijk in balans te brengen door energie - warmte en koude - uit te wisselen tussen verbruikers en energie op te slaan, verlaag je de totale warmtevraag. Hierdoor hoeven de bronnen minder warmte op te wekken. 
• Door warmteopslag toe te passen, kan nog meer warmte en koude lokaal worden uitgewisseld en gaat de piekvraag omlaag. Opslag gebeurt in buffervaten of in systemen voor Warmte Koude Opslag (WKO’s). Door dit slim te doen, heb je minder warmtebronnen nodig. 
• Door de lage temperatuur van het netwerk kun je laagwaardige restwarmtebronnen gebruiken. Deze zijn over het algemeen goedkoper dan middentemperatuur of hogetemperatuur warmtebronnen en meestal ruim beschikbaar in stedelijke omgevingen.
• Door de temperatuur zo dicht mogelijk bij de verbruiker op het juiste temperatuurniveau te brengen, ben je flexibel in welke bronnen je inzet, verlaag je warmteverliezen en kun je toch altijd voor voldoende comfort zorgen.
• Het warmte- en koudenet is een groeimodel. Vanuit een of meerdere clusters worden steeds meer verbruikers aangesloten. Hierdoor breidt het net zich steeds verder uit en de clusters worden uiteindelijk verbonden tot één systeem. Op deze manier beperk je het vollooprisico en kun je vrijwel meteen beginnen met het leveren van duurzame warmte en koude. 
• Het warmte- en koudesysteem is in synergie met het elektriciteitssysteem. De druk op het elektriciteitsnet is minimaal en elektriciteitsgebruik wordt afgestemd met beschikbaarheid van lokale en duurzame elektriciteitsopwekkers.

Opbouw van een ZLT warmte- en koudenet

Er zijn verschillende vormen en varianten mogelijk van een ZLT warmte- en koudesysteem. Er zijn 4 schaalniveaus: gebouw, sector, cluster en gebied. Groepjes gebouwen kunnen aan elkaar verbonden worden in sectoren. Die sectoren vormen samen een cluster, waarin ook lokale warmte- en koudebronnen kunnen worden opgenomen. Door clusters aan elkaar te koppelen met een backbone (verbindingen), is het mogelijk een heel gebied van warmte en koude te voorzien.

Gebouw

Een ZLT warmte- en koudesysteem werkt het meest efficiënt als de woning met een lage temperatuur kan worden verwarmd. Dit is het geval als de woning tot de isolatiestandaard is geïsoleerd. De woning kan dan met maximaal 50 °C aangenaam worden verwarmd. Als je ook met het ZLT-systeem wilt koelen, moet de woning vloerverwarming of speciale LT-radiatoren hebben. Je kan een gebouw direct aansluiten op een ZLT-net, of je kunt een lokaal sectornet maken, waarbij er een energiecentrale tussen de gebouwen en het ZLT-net ligt.

Als je een gebouw direct aansluit op een cluster, krijgt elk gebouw een eigen individuele warmtepomp en een boilervat voor tapwater. Om het warm tapwater te verwarmen gebruik je bijvoorbeeld een boosterwarmtepomp of een elektrische boiler. De koeling voor de ruimte komt rechtstreeks vanuit het warmte- en koudenet. Deze optie heeft over het algemeen de voorkeur, want die zorgt voor de hoogste efficiëntie en de laagste druk op het elektriciteitsnet.

Aansluiten op een sectornet maakt het mogelijk om voor een groepje gebouwen de temperatuur van het warmtenet collectief te verhogen. Voor deze optie kan worden gekozen als het echt (nog) niet mogelijk is om de gebouwen met 50 °C te verwarmen. Of als er in de woning geen ruimte is voor een warmtepomp met boilervat. In dit geval is het leveren van koude alleen mogelijk als er een apart koude-sectornet wordt aangelegd.

Elke aansluiting op een ZLT-net is zowel afnemer als leverancier van energie. Als een gebouw of sector warmte afneemt, levert het automatisch koude terug aan de koudeleiding. Een gebouw dat koeling nodig heeft, levert automatisch warmte terug.

Sector

Binnen een sector sluit je een complex of een aantal gebouwen aan op een energiecentrale met collectieve warmtepompen en warmteopslag. Dit doe je alleen maar als het niet mogelijk is om de individuele woningen rechtstreeks met individuele warmtepompen op de warme- en koudeleiding aan te sluiten. Het kan gaan om 1 of enkele appartementencomplexen, een aantal grondgebonden woningen, 1 of enkele kantoren of ander soort bedrijven. Koudelevering vindt dan plaats met een apart koudenet. Als er binnen de sector zowel koude- als warmtelevering is, kan dat onderling worden uitgewisseld. Hierbij kan de retourwarmte van koudelevering bijvoorbeeld rechtstreeks worden gebruikt als voeding voor de warmtepomp voor de levering van warm tapwater. Tekorten en overschotten van warmte en koude wisselt de sector uit met het clusternet.

In hun positionpaper ZLT-warmtenetten zet TKI Urban Energy een aanpak uiteen hoe ZLT-uitwisselingsnetten onderdeel kunnen zijn van een duurzaam collectief energiesysteem. Afhankelijk van of er grondgebonden of gestapelde woningen worden aangesloten, is er de keuze om de sectoren anders in te richten. Ook het isolatieniveau en het afgiftesysteem hebben invloed op de keuze van de inrichting van de clusters in de sectoren.

Cluster

Sectoren zijn met elkaar verbonden met een clusternet. Dit vindt vaak op wijkniveau plaats en is analoog aan een distributienet bij middentemperatuur warmtenetten of het laagspanningsnet bij elektriciteit. Het clusternet bestaat uit een warme- en een koudeleiding. De verbinding met het clusternet zorgt ervoor dat:

• sectoren energie kunnen uitwisselen. Als er bijvoorbeeld een overschot aan warmte is in de ene sector, wordt dit ingezet in een andere sector. Dit is bijvoorbeeld het geval als een sector met kantoorpanden koeling nodig heeft en een andere sector met vooral woningbouw tegelijk nog warmte nodig heeft; 
• je meer lokale restwarmtebronnen kan benutten en de aanwezige bronnen breed kan inzetten in het cluster;
• je mismatch tussen vraag en aanbod in de tijd kunt opvangen door seizoensopslagtechnieken, zoals WKO’s, of tijdelijke opslag, zoals buffervaten;
• de totale piekvraag lager wordt. Hoe meer aansluitingen op het systeem hoe lager de gelijktijdigheid en daarmee de totale piekvraag.

Verschillende sectoren en rechtstreeks aangesloten bronnen kunnen vrij warmte uitwisselen met het sectornet. Sommige aansluitingen zullen hier netto meer warmte of koude bijdragen en de bijdragen verschillen ook naar verschillende momenten in het jaar. Op het cluster kunnen ook lokale warmte- en koudebronnen worden aangesloten. Uiteindelijk kan de inzet van warmtepompen ook worden afgestemd op de lokale beschikbaarheid van duurzame elektriciteit.

Gebied

Op gebiedsniveau verbind je verschillende clusters met elkaar door middel van een ‘backbone’. Je wisselt energie uit tussen clusters. Het is ook mogelijk om op de backbone grotere warmtebronnen zoals (ondiepe) geothermie of aquathermie aan te sluiten. Daarnaast kan de backbone ook goed op een middentemperatuur warmtenet worden aangesloten. De retourleiding van zo’n warmtenet is meestal ongeveer 30 °C. Dit is nutteloze warmte voor een middentemperatuur warmtenet, maar kan heel goed als bron dienen voor een ZLT warmte- en koudenet. Dit verhoogt ook de efficiëntie van het middentemperatuur warmtenet, zeker als deze gebruik maakt van geothermie.

Geschiktheid ZLT warmte- en koudenetten

Uit een eerste inventarisatie van adviesbureau CE Delft blijkt dat ZLT-netten een geschikte oplossing kunnen zijn in minimaal een kwart van de woonwijken. Of een gebied geschikt is voor een ZLT warmte- en koudenet hangt minimaal van onderstaande factoren af: 

• de aanwezigheid van duurzame en langdurig gegarandeerde middentemperatuur of hogetemperatuur warmtebronnen. Als zulke bronnen aanwezig zijn, ligt het vaak eerder voor de hand om een MT-net aan te leggen;
• bebouwingsdichtheid. Net als bij elke andere collectieve warmteoplossing is een zekere mate van stedelijkheid gewenst. Als de gebouwen te ver uit elkaar staan, dan is er relatief veel buis per gebouw nodig, wat de aanleg relatief duur maakt. Bij lagere bebouwingsdichtheid is er over het algemeen ook genoeg ruimte om de woningen individueel met een lucht/water- of bodem-warmtepomp te verwarmen en te koelen;
• bronnen en opslag. Er moeten voldoende lokale bronnen aanwezig zijn of ontwikkeld kunnen worden. Door de zeerlage temperatuur van de warmteleiding, is een ZLT-net uitermate geschikt om maximaal lokale warmte op te halen. Daarnaast is lokale opslag van warmte van belang om het systeem in alle seizoenen in balans te houden. Als je hiervoor WKO gebruikt is het belangrijk dat de ondergrond daarvoor geschikt is. Met de WKO-tool kun je onderzoeken of de ondergrond in jouw projectgebied geschikt is. Bij een ongeschikte ondergrond kun je thermische buffers naast tijdelijke warmteopslag als seizoensopslag gebruiken;
• koudevraag en de verwachte ontwikkeling van koudevraag van woningen. Een ZLT-net gaat uit van het zo veel mogelijk uitwisselen en balanceren van warmte en koude. Hoe meer verwachte koudevraag door gebouwen en proceskoeling in een gebied, hoe meer energie er lokaal kan worden uitgewisseld;  
• goede isolatie en een afgiftesysteem dat geschikt is voor lagetemperatuur verwarming. De warmtepompen binnen een ZLT warmte- en koudenet werken het meest efficiënt als woningen zijn geïsoleerd tot de isolatiestandaard. Een collectieve warmtepomp kan middentemperatuur warmte aanbieden voor een sector, maar dit leidt wel tot een hoger energiegebruik en grote warmteverliezen. Woningen isoleren is altijd een goed idee, ongeacht de uiteindelijke warmteoplossing, want het leidt tot comfortverhoging en het verlagen van de energierekening; 
• ruimtebeslag en ruimtelijke inpassing. Als je de warmtepompen individueel op gebouwniveau plaatst, moet er in de gebouwen voldoende ruimte zijn voor de warmtepomp en de boilervaten voor tapwater. Als dit niet het geval is, moet er een collectieve warmtepomp worden geplaatst waarvoor ruimte moet zijn in de openbare ruimte of in de technische ruimte van een aangesloten complex. Een ZLT-net vraagt daarnaast om ruimtelijke inpassing in het gebied. Er moet genoeg ruimte zijn voor de noodzakelijke infrastructuur en de energiecentrales met de warmtepompen, (ondergrondse) thermische buffers en de putafdekkingen van WKO’s. Een inventarisatie door TKI Urban Energy laat zien dat leidingen voor lage temperatuur goedkoper zijn in aanleg en minder ruimte innemen in de ondergrond dan leidingen voor hogere temperatuur;
• netcapaciteit. Er moet voldoende netcapaciteit zijn in het elektriciteitsnet voor de warmtepompen, energiecentrales en het gebouw om de warmtepomp te plaatsen. Een voordeel van dit systeem is dat het totale benodigde aansluitvermogen lager is als het systeem voldoende buffers heeft en/of als er gebruikt wordt gemaakt van restwarmte. 

Ontwikkelingsplanning

Voor een ZLT-systeem zijn grofweg 2 ontwikkelingsplanningen mogelijk:

1. Je kunt werken met een parelkettingmodel, waarbij je lokale sectoren en clusters ontwikkelt en deze op termijn aan elkaar “rijgt”.
2. Je werk vanaf een totaalvisie voor het lokale energiesysteem en legt het ZLT-net planmatig aan.

Van geen van beide aanpakken zijn er tot nu uitgevoerde projecten.

Projecten die nu zijn opgestart, maken over het algemeen gebruik van het parelkettingmodel. Je kunt deze ZLT-projecten vinden op de Warmteprojectentool-kaart van Stichting Warmtenetwerk. Of lees het Praktijkverhaal van het 5e generatie warmte-koudenet in Heerlen.

Werken met clusters verkleint investeringsrisico’s bij het uitblijven van aansluitingen in latere fases. Wel kan het gebeuren dat de lokale clusters tegen een lager rendement opereren, omdat ze nog niet met elkaar verbonden zijn. Een goede risico-inschatting van de verwachte volloop aan de voorkant van een project is daarom belangrijk. Het is essentieel dat het cluster wordt voorbereid op haar toekomstige functie in het warmte- en koudenet als geheel. Denk bijvoorbeeld aan de goede diameter van de hoofdtransportleidingen. 

Stand van de techniek

Momenteel heeft Nederland 1 ZLT-net voor bestaande bouw in Heerlen. Verder wordt het principe van energie-uitwisseling bij nieuwbouwprojecten toegepast, bijvoorbeeld in Amsterdam. Hierbij wordt een combinatie van utiliteit en woningbouw - warmte- en koude vraag - aangesloten op een WKO-installatie. Ook op campussen en bedrijventerreinen zijn ZLT-netten met een WKO-installatie al langer gangbaar. Voorbeelden vind je onder “bodemenergieprojecten” in de WKO-tool. Een aantal gemeenten verkent of een ZLT-warmte- en koudesysteem haalbaar is (zie ook de warmteprojecttool van Stichting Warmtenetwerk en filter op “ZLT”).

Meer informatie

• Een uitgebreide omschrijving van de werking en opbouw van een ZLT warmte- en koudenet lees je in het Technisch Handboek van het Kowanet-project
• Op de website van D2Grids staan KPI’s voor 5e generatie warmte- en koudenetten en gidsen over hoe aan de slag te gaan.
• De Open Universiteit heeft een gratis online cursus over 5e generatie warmte- en koudenetten
• De 5GDHC Industrial Alliance organiseert regelmatig webinars over het toepassen van 5e generatie warmtenetten in Europa.
• Webinar ZLT-warmtenetten van TKI Urban Energy en RVO
• Seminar 5e Generatie Warmtenetten van TKI Urban Energy en Stroomversnelling
• Webinar bestaande warmtenetten in de vijfde versnelling van TKI Urban Energy in Stroomversnelling
• Bekijk hier de veelgestelde vragen over ZLT-warmte en koude uitwisselingsnetten

Nog meer vragen? Stel ze aan de NPLW Helpdesk!