Een van de belangrijkste invoerparameters voor elke geothermische simulatie is de vraag naar verwarming, koeling en sanitair warm water van het gebouw. Hoewel deze waarden soms bekend zijn op basis van gedetailleerde simulaties of metingen, moeten ze meestal, vooral in het beginstadium, worden geschat. Dit hoofdstuk werpt licht op dit onderwerp en onderzoekt verschillende benaderingen om deze uitdaging aan te gaan.
Voordat we aan dit hoofdstuk beginnen, willen we eerst wat belangrijke terminologie bespreken. Als we het hebben over de bouwvraag, de termen ‘verwarming’, ‘koeling’ en ‘warm water voor huishoudelijk gebruik’ worden gebruikt. Gezien de efficiëntie van de warmtepomp (die we zullen bespreken in het volgend hoofdstuk), wordt dit omgezet in de ‘extractie’ en ‘injectie’ belasting, die de grondbelasting.
Thermische bouwvraag
Binnen GHEtool kunnen verschillende soorten belastingsprofielen worden gebruikt. Ten eerste is er een onderscheid tussen per uur en maandelijks resoluties, met respectievelijk 8 760 en 12 tijdstappen per jaar. Naast de resolutie wordt de belasting meestal gespecificeerd voor één volledig jaar, gebaseerd op de aanname dat elk jaar van de simulatieperiode identiek is. Als dit echter niet het geval is - bijvoorbeeld als je project gefaseerd is - kun je meerjarige invoer gebruiken.
In de volgende paragrafen worden zowel de maandelijkse als de uurlijkse resoluties besproken.
Maandelijkse resolutie
Als er geen uurgegevens beschikbaar zijn, kan er een maandelijkse simulatie worden uitgevoerd. Hiervoor zijn vier belangrijke invoergegevens nodig: het piekvermogen voor verwarming en koeling, en de jaarlijkse energievraag voor verwarming en koeling. Als de vraag naar sanitair warm water wordt meegenomen, is een vijfde invoer vereist. Elk van deze wordt hieronder in meer detail besproken.
Piekvermogen voor verwarming
De verwarmingspiek komt overeen met het maximale vermogen van de warmtepomp van het gebouw. Als de warmtepomp een capaciteit van 10 kW heeft, kan het gebouw niet meer dan dit vermogen opnemen, dus moet deze waarde worden ingesteld als de verwarmingspiek. Afhankelijk van de regionale bouwnormen wordt de capaciteit van de warmtepomp meestal bepaald door een statische warmteverliesberekening op basis van een referentietemperatuur buiten (bijv. -8 °C in België).
De situatie is iets anders wanneer modulerende warmtepompen worden gebruikt. Stel dat het berekende statische warmteverlies van een gebouw 7 kW is. Een installateur zou ervoor kunnen kiezen om een warmtepomp van 8 kW te installeren om wat oversizing toe te staan. Dit zou echter leiden tot een te groot boorveld, omdat het boorveld de piekvraag moet aankunnen. Als het systeem gebruik maakt van een modulerende warmtepomp, kun je vaak een lager piekvermogen instellen in de regelaar van de warmtepomp - bijvoorbeeld door de 8 kW warmtepomp te beperken tot maximaal 7 kW - en zo onnodige overdimensionering van het boorveld voorkomen. Dezelfde redenering geldt als het afgiftesysteem (bijv. radiatoren of vloerverwarming) niet het volledige vermogen van de warmtepomp kan benutten.
Vroeg stadium
Als de specificaties van de warmtepomp nog niet bekend zijn, kan de piekverwarmingsvraag worden geschat met behulp van vastgestelde vuistregels. Deze zijn gebaseerd op de capaciteit van het emissiesysteem of op algemene richtlijnen met betrekking tot het type en de leeftijd van het gebouw. Hieronder staat een voorbeeldtabel met typische waarden. Houd er echter rekening mee dat deze cijfers regiospecifiek zijn en moeten worden aangepast aan uw lokale context.
| Type | Emissievermogen in verwarming | Emissievermogen in koeling |
|---|---|---|
| Vloerverwarming | 40-80 W/m² | 15-25 W/m² |
| Klimaatplafond | 30-55 W/m² | 25-50 W/m² |
| Wandverwarming | 30-70 W/m² | 25-60 W/m² |
| Ventilatorconvector (niet-condenserend) | 200-2000 W | 250-500 W |
| Ventilatorconvector (condenserend) | 200-2000 W | 1000-2000 W |
(Gegevens verkregen uit het Cooling 2.0-project)
| Type | Warmtevraag |
|---|---|
| Woningbouw (na 2002) | 45 W/m² |
| Kantoorgebouw (oud) | 89 W/m² |
| Kantoorgebouw (nieuw) | 59 W/m² |
| School (oud) | 109 W/m² |
| School (nieuw) | 60 W/m² |
| Detailhandel (oud) | 56 W/m² |
| Detailhandel (nieuw) | 54 W/m² |
(Gegevens verkregen van nPro, waarden voor het klimaat van Berlijn)
Gelijktijdigheid
Wanneer meerdere warmtepompen zijn aangesloten op een centraal, gedeeld boorveld, is het resulterende piekvermogen niet simpelweg de som van de individuele units. In plaats daarvan moet een gelijktijdigheidsfactor worden toegepast. Het probleem van gelijktijdigheid en de oplossingen daarvoor worden later in deze cursus besproken.
Naast het piekvermogen zelf is ook de duur van deze piek belangrijk. Als er met een belastingsprofiel per uur wordt gewerkt, is dit in het profiel zelf ingebouwd. Bij een maandelijks belastingsprofiel moet dit echter expliciet worden opgegeven. De piekduur kan worden gedefinieerd als de langste periode waarin de warmtepomp op maximaal vermogen werkt. Als de warmtepomp bijvoorbeeld wordt ingeschakeld en acht uur achter elkaar op maximaal vermogen draait, is de piekduur acht uur.
Piekvermogen voor koeling
De aanpak voor het bepalen van het piekkoelvermogen hangt af van het feit of het boorveld actief is ontworpen voor koeling of dat koeling wordt beschouwd als een secundair voordeel, een ‘nice to have’.
Design voor koeling
In warmere klimaten, waar koeling een belangrijkere rol speelt dan verwarming, wordt het boorveld meestal beperkt door de piekinjectietemperatuur. In dergelijke gevallen wordt de koelvraag meestal bepaald in overeenstemming met de plaatselijke bouwvoorschriften, waarbij rekening wordt gehouden met factoren zoals het glasoppervlak, de g-waarde en de U-waarde. De koelvraag van het gebouw wordt dan op dezelfde manier afgeleid als de verwarmingsvraag, gebaseerd op deze berekeningen.
Leuk om te hebben
In regio's waar koeling geen primaire zorg is, is het afgiftesysteem meestal niet ontworpen om thermisch comfort in de zomer te garanderen. Hier wordt koeling vaak beschouwd als een ‘leuk extraatje’ - een bijkomend voordeel van de installatie van een geothermisch boorveld. In dergelijke gevallen is het piekvermogen voor koeling meestal gebaseerd op de capaciteit van het emissiesysteem, dat oorspronkelijk ontworpen was voor verwarming. Zie de eerder gegeven tabel met typische capaciteiten van emissiesystemen.
Vroeg stadium
In het beginstadium van een project kan de piekvraag naar koeling, net als de vraag naar verwarming, worden geschat met behulp van vuistregels. Dit kan worden gedaan door gebruik te maken van de capaciteit van het emissiesysteem of door waarden van vergelijkbare referentiegebouwen te gebruiken.
Energievraag voor verwarming
Hoewel piekvermogen één belangrijk aspect is van het energieprofiel van een gebouw, is de andere belangrijke parameter voor het ontwerp van een boorveld de jaarlijkse energievraag voor verwarming. Deze kan op verschillende manieren worden geschat, zoals met behulp van vollasturen, vuistregels of verwarmingsgraaddagen.
Uren volledige belasting
Het gebruik van vollasturen is een eenvoudige manier om de jaarlijkse energievraag te schatten op basis van bekend (of geschat) piekvermogen. Als een systeem x uur per jaar op piekbelasting werkt, wordt de totale energievraag gegeven door de volgende formule: $$energy = peak cdot FLH$$De onderstaande tabel geeft indicatieve waarden voor vollasturen voor verschillende typen gebouwen.
| Type | Uren volledige belasting |
|---|---|
| Verpleeghuis | 1300-1900 |
| Ziekenhuizen | 1500-2000 |
| Kantoren | 900-1600 |
| Scholen | 800-1300 |
| Residentieel | 1200-1500 |
| Anderen | 1000-2000 |
(Gegevens ontleend aan SenterNovem, Cijfers en Tabellen 2007)
Vuistregel
Net als bij piekvermogen kan de jaarlijkse verwarmingsvraag worden geschat met behulp van empirische waarden op basis van vloeroppervlak. De onderstaande tabel geeft typische warmtevraagwaarden voor gebouwen in de klimaatregio Berlijn.
| Type | Warmtevraag |
|---|---|
| Woningbouw (na 2002) | 72 kWh/m² |
| Kantoorgebouw (oud) | 125 kWh/m² |
| Kantoorgebouw (nieuw) | 65 kWh/m² |
| School (oud) | 120 kWh/m² |
| School (nieuw) | 60 kWh/m² |
| Detailhandel (oud) | 95 kWh/m² |
| Detailhandel (nieuw) | 65 kWh/m² |
(Gegevens verkregen van nPro)
Verwarmingsgraaddagen
Een andere methode om de verwarmingsvraag te schatten is het gebruik van Heating Degree Days (HDD's). HDD's kwantificeren de mate waarin, en hoe lang, de buitenluchttemperatuur onder een bepaalde basistemperatuur ligt, die de evenwichtstemperatuur wordt genoemd. Onder deze temperatuur moet het gebouw worden verwarmd. De totale HDD is de som van de verschillen tussen de basistemperatuur en de werkelijke buitentemperatuur elke dag tijdens het stookseizoen.
Vergeleken met FLH bieden HDD-gebaseerde methoden een verfijndere schatting omdat ze afzonderlijk rekening houden met gebouwkenmerken (zoals isolatie en zonnewinsten) en klimaatomstandigheden.
Energievraag voor koeling
Dezelfde principes die gelden voor verwarming zijn ook van toepassing op koeling. Als er geen gedetailleerde uurgegevens beschikbaar zijn, kan de vraag naar koeling worden geschat met behulp van volledige belastinguren (FLH) of een vuistregel.
Uren volledige belasting
Voor het Belgische klimaat ligt de typische FLH-waarde voor koeling tussen 500 en 1.000 uur. Zodra het piekkoelvermogen is bepaald, kan de energievraag als volgt worden berekend:
$$energie = piekdot FLH$$
Vuistregel
Je kunt ook de benchmarkwaarde voor de jaarlijkse koelvraag per vierkante meter gebruiken. De tabel hieronder geeft deze waarden.
| Type | Dienstensector | Residentiële sector | Gemiddeld |
|---|---|---|---|
| Oostenrijk | 83 kWh/m² | 38 kWh/m² | 49 kWh/m² |
| België | 50 kWh/m² | 23 kWh/m² | 28 kWh/m² |
| Duitsland | 74 kWh/m² | 33 kWh/m² | 46 kWh/m² |
| Nederland | 37 kWh/m² | 16 kWh/m² | 22 kWh/m² |
| Spanje | 130 kWh/m² | 59 kWh/m² | 69 kWh/m² |
(Gegevens verkregen uit de Warmte Roadmap Europa)
Koelingsgraaddagen
Net zoals verwarmingsgraaddagen (HDD) kunnen worden gebruikt om de verwarmingsvraag in te schatten, kunnen koelingsgraaddagen (CDD) worden gebruikt om de koelingsbehoefte in te schatten. CDD's worden berekend op basis van het verschil tussen een evenwichtspunttemperatuur (meestal 18°C) en de werkelijke buitentemperatuur wanneer deze laatste hoger is.
Twee empirische formules, ontwikkeld door de Europese Commissie (ENER/C1/2018-493, doi: 10.2833/158083) zijn
Voor ruimtekoeling in de residentiële sector:
$$FLH=96+0.85\cdot CDD$$
Voor ruimtekoeling in de tertiaire sector:
$$FLH=475+0.49\cdot CDD$$
Energievraag voor sanitair water
Een steeds belangrijkere parameter bij het ontwerp van boorvelden is de vraag naar sanitair warm water. In de meeste woonomgevingen ligt de typische waarde rond de 1000 kWh per persoon per jaar. Dit cijfer kan echter aanzienlijk hoger liggen in gebouwen zoals hotels en ziekenhuizen.
Uurresolutie
Designing van een boorveld met een resolutie van een uur levert de meest nauwkeurige resultaten op, omdat piekvermogens (en hun duur) niet meer geschat hoeven te worden. Dit heeft als voordeel dat complexe problemen zoals de combinatie van actieve en passieve koeling en gelijktijdigheid (die beide later in deze cursus worden besproken) automatisch worden opgelost. Gewoonlijk worden uurgegevens gegenereerd uit dynamische gebouwsimulaties (met software zoals IESVE, DesignBuilder, VICUS Buildings, IDA ICE, etc.) of, in het geval van een renovatie, gebaseerd op meetgegevens.
Belastingsprofielen per uur aanmaken in GHEtool
Omdat gegevens over de belasting per uur een aanzienlijke waarde toevoegen aan het ontwerp van boorvelden (dit zal later in de cursus duidelijk worden), maar vaak niet beschikbaar zijn, is GHEtool uitgerust met een methode om een belastingsprofiel per uur te maken. Deze methode is geïnspireerd op de graaddagmethode en kan worden gebruikt om uw geschatte piekvermogen voor verwarming en koeling en uw jaarlijkse energievraag op te schalen naar een uurprofiel op basis van buitentemperaturen. De methode bestaat uit drie opeenvolgende stappen.
- Door te beginnen met een weerbestand en een initiële drempeltemperatuur, waarboven de verwarming begint, wordt een uurprofiel verkregen. De hogere waarden komen voor op de uren dat de temperatuur lager is en het verschil tussen de temperatuur en de drempel dus het grootst. Op deze momenten verwachten we ook de hoogste piekvraag. Dezelfde redenering kan worden toegepast op de koelvraag.
- Vervolgens wordt dit uurprofiel geschaald met de jaarlijkse energievraag (die een invoer is) om een belasting per uur te creëren die dezelfde jaarlijkse vraag heeft als het gebouw.
- Tot slot moet het piekvermogen worden gecontroleerd. Als het piekvermogen van het profiel afwijkt van de piekvraag van het gebouw, wordt de temperatuurdrempel aangepast zodat de verwarming eerder of later start en wordt de tweede stap herhaald.
Conclusie
In dit hoofdstuk bespraken we de vraag van het gebouw en hoe deze in een vroeg stadium kan worden geschat met behulp van verwarmingsgraaddagen of vuistregels. Er werd onderscheid gemaakt tussen een maandelijkse belasting en een uurlijkse belasting en er werd een methode geïntroduceerd om een uurlijkse belasting te maken. Aangezien tot nu toe alle eisen gebouwgerelateerde eisen waren, is er een efficiëntie vereist om deze te vertalen naar grondbelastingen. Dit is het onderwerp van de volgend hoofdstuk.
Vragen
Referenties
-
- https://www.duurzamekoeling.be/publicaties.html [laatst bekeken op 22/01/2026]
- https://www.npro.energy/main/en/load-profiles [laatst bekeken op 22/01/2026]