Wat is een warmtenet? Werking, voordelen en toepassingen eenvoudig uitgelegd 

Eén warmtebron die meerdere gebouwen, een volledige woonwijk, bedrijventerrein of zelfs een stad van warmte voorziet: dat is het basisprincipe van een warmtenet. 

In plaats van in ieder gebouw afzonderlijk warmte te produceren, wordt warmte centraal of op verschillende plaatsen binnen het netwerk opgewekt of gerecupereerd. Via een ondergronds leidingnet wordt die energie vervolgens naar de aangesloten gebouwen getransporteerd. 

Warmtenetten kunnen gebruikmaken van uiteenlopende energiebronnen: van industriële restwarmte en geothermie tot warmtepompen, biomassa en andere hernieuwbare bronnen. 

Daardoor kunnen ze een belangrijke rol spelen in de verduurzaming van onze warmtevoorziening. 

Maar hoe werkt een warmtenet precies? Uit welke onderdelen bestaat het? Welke warmtebronnen kunnen worden gebruikt? En welke rol speelt het leidingsysteem?

Wat is een warmtenet? 

Een warmtenet is een systeem waarbij warmte via een leidingnet naar meerdere gebouwen of gebruikers wordt verdeeld. 

De warmte wordt dus niet noodzakelijk individueel in ieder gebouw geproduceerd. 

Een warmtebron of energiecentrale verwarmt water dat via een netwerk van leidingen naar de aangesloten gebouwen wordt getransporteerd. 

Daar wordt de warmte via een warmtewisselaar overgedragen aan de interne installatie van het gebouw. 

Het afgekoelde water stroomt vervolgens via een retourleiding terug naar de warmtebron, waar het opnieuw wordt verwarmd. 

Zo ontstaat een gesloten circuit voor de distributie van thermische energie. 

Van lokaal warmtenet tot stadsverwarming 

Warmtenetten kunnen sterk verschillen in omvang. 

Een kleiner netwerk kan bijvoorbeeld enkele appartementsgebouwen, een ziekenhuiscampus, bedrijventerrein of woonwijk met elkaar verbinden. 

Grotere warmtenetten kunnen volledige stadsdelen of steden voorzien van warmte. 

Internationaal wordt daarom vaak een onderscheid gemaakt tussen local heating en district heating. 

Het technische basisprincipe blijft echter hetzelfde: warmte wordt op één of meerdere plaatsen geproduceerd of gerecupereerd en via een leidingnet naar verschillende gebruikers gebracht. 

Hoe groter het netwerk wordt, hoe belangrijker aspecten zoals hydraulische dimensionering, warmteverlies, druk, temperatuurregime en netwerkregeling worden. 

Hoe werkt een warmtenet? 

Een klassiek warmtenet bestaat uit een aantal belangrijke onderdelen: 

1. Warmtebron of energiecentrale 
2. Primair leidingnet 
3. Aansluitleidingen naar de gebouwen 
4. Overdrachtstation met warmtewisselaar 
5. Interne verwarmingsinstallatie van het gebouw 
6. Retourleiding naar de warmtebron 

Samen zorgen deze componenten ervoor dat warmte efficiënt van de bron naar de gebruiker wordt getransporteerd. 

1. De warmtebron 

Alles begint bij de productie of recuperatie van warmte. 

Traditionele warmtenetten werden vaak gevoed door grote verwarmingscentrales of warmtekrachtkoppeling. 

Moderne warmtenetten kunnen echter veel verschillende warmtebronnen combineren. 

Denk bijvoorbeeld aan: 

• industriële restwarmte; 
• restwarmte van datacenters; 
• geothermie; 
• grote warmtepompen; 
• biomassa; 
• afvalverbranding; 
• zonthermie; 
• warmtekrachtkoppeling; 
• en andere hernieuwbare of lokale warmtebronnen. 

Net die flexibiliteit maakt warmtenetten interessant voor de energietransitie. 

De warmtebron kan bovendien tijdens de levensduur van het netwerk veranderen. 

Een bestaand netwerk kan bijvoorbeeld oorspronkelijk gevoed worden door een klassieke verwarmingscentrale en later steeds meer gebruikmaken van restwarmte, warmtepompen of geothermie. 

Het leidingnet vormt daarbij de infrastructuur waarmee verschillende warmtebronnen en gebruikers met elkaar worden verbonden.

2. Het primaire leidingnet 

Vanuit de warmtebron wordt het verwarmde water via het primaire leidingnet naar de verschillende gebruikers getransporteerd. 

Dit leidingnet wordt doorgaans ondergronds aangelegd en kan verschillende kilometers lang zijn. 

Een klassiek systeem bestaat uit twee leidingen: 

• een aanvoerleiding, die het warme water naar de gebruikers transporteert; 
• een retourleiding, die het afgekoelde water terug naar de warmtebron brengt. 

Bij grotere netwerken ontstaat een vertakte infrastructuur met hoofdleidingen en verschillende aftakkingen naar wijken, gebouwen of individuele gebruikers. 

De correcte dimensionering van dit leidingnet is essentieel. 

Diameter, debiet, drukverlies, watertemperatuur en warmteverlies hebben allemaal invloed op de efficiëntie van het volledige systeem. 

3. De aansluiting van het gebouw 

Vanuit het hoofdnet wordt een aansluitleiding naar het gebouw gebracht. 

Binnen het gebouw bevindt zich doorgaans een overdrachtstation. 

Daar wordt de warmte uit het warmtenet via een warmtewisselaar overgedragen aan het interne verwarmingscircuit van het gebouw. 

De twee watercircuits blijven daardoor hydraulisch van elkaar gescheiden. 

Het overdrachtstation kan onder andere instaan voor: 

• warmteoverdracht; 
• regeling van temperatuur en debiet; 
• drukregeling; 
• energiemeting; 
• en beveiliging van de installatie. 

Het gebouw heeft hierdoor geen traditionele individuele warmteproductie nodig voor het gedeelte dat door het warmtenet wordt geleverd. 

4. Warmteafgifte in het gebouw 

Na de warmtewisselaar wordt de energie verdeeld via de interne installatie van het gebouw. 

Dat kan bijvoorbeeld gebeuren via: 

• radiatoren; 
• vloerverwarming; 
• plafondverwarming; 
• luchtbehandelingsinstallaties; 
• of andere warmteafgiftesystemen. 

Ook sanitair warm water kan via het warmteconcept worden geproduceerd, afhankelijk van de configuratie van de installatie.

5. Het afgekoelde water stroomt terug 

Nadat de warmte aan het gebouw is afgegeven, stroomt het afgekoelde water via de retourleiding terug naar de warmtebron. 

Daar wordt het opnieuw verwarmd en begint de cyclus opnieuw. 

Het temperatuurverschil tussen aanvoer en retour speelt een belangrijke rol in de efficiëntie van het netwerk. 

Een goed ontworpen installatie probeert de beschikbare thermische energie zo efficiënt mogelijk te benutten.

Welke energiebronnen kunnen een warmtenet voeden? 

Een belangrijk voordeel van een warmtenet is dat het niet afhankelijk hoeft te zijn van één specifieke energiebron. 

Verschillende warmtebronnen kunnen afzonderlijk of gecombineerd worden ingezet. 

Industriële restwarmte 

Veel industriële processen produceren warmte die niet volledig binnen het productieproces kan worden hergebruikt. 

In plaats van deze energie verloren te laten gaan, kan ze onder geschikte omstandigheden in een warmtenet worden geïnjecteerd. 

Bedrijven kunnen daardoor niet alleen warmteverbruiker zijn, maar ook warmteproducent. 

Restwarmte van datacenters 

Datacenters produceren continu grote hoeveelheden warmte die via hun koelsystemen moet worden afgevoerd. 

Die warmte kan onder bepaalde omstandigheden worden gerecupereerd en via een warmtenet nuttig worden ingezet voor andere gebouwen of processen. 

Hierdoor ontstaat een interessante koppeling tussen datacenterkoeling en lokale warmtevoorziening. 

Geothermie 

Geothermie maakt gebruik van warmte uit de ondergrond. 

Bij diepe geothermie kan warm grondwater worden opgepompt en via warmtewisselaars worden ingezet als warmtebron voor een warmtenet. 

Vooral wanneer het beschikbare water sterk gemineraliseerd is, stelt dit specifieke eisen aan de gebruikte materialen en componenten. 

Grote warmtepompen

Warmtepompen kunnen warmte uit verschillende bronnen opwaarderen naar een bruikbaar temperatuurniveau. 

Dat kan bijvoorbeeld warmte zijn uit: 

• oppervlaktewater; 
• afvalwater; 
• bodem; 
• industriële processen; 
• datacenters; 
• of andere laagwaardige warmtebronnen. 

Warmtepompen spelen daardoor een belangrijke rol in moderne lage-temperatuurwarmtenetten. 

Zonthermie en andere hernieuwbare bronnen 

Ook grootschalige zonnecollectoren kunnen warmte produceren die rechtstreeks of via thermische opslag in een warmtenet wordt geïntegreerd. 

Door verschillende bronnen te combineren, kan een netwerk flexibeler worden en kan het aandeel hernieuwbare of gerecupereerde energie verder worden verhoogd. 

Van traditionele naar lage-temperatuurwarmtenetten 

Niet ieder warmtenet werkt met dezelfde temperaturen. 

Oudere netwerken werden vaak ontworpen voor relatief hoge aanvoer- en retourtemperaturen. 

Moderne netwerken evolueren steeds meer naar lagere temperatuurregimes. 

Dat heeft verschillende voordelen. 

Lagere watertemperaturen kunnen warmteverliezen beperken en maken het eenvoudiger om laagwaardige warmtebronnen zoals restwarmte, geothermie en warmtepompen te integreren. 

Daarom wordt vaak gesproken over verschillende generaties warmtenetten. 

Vooral vierde- en vijfdegeneratienetten zijn gericht op lagere temperaturen, een hogere energie-efficiëntie en een sterke integratie van lokale en hernieuwbare energiebronnen. 

Een warmtenet kan ook koude distribueren 

Hetzelfde basisprincipe kan worden toegepast voor koeling. 

Bij district cooling wordt gekoeld water via een leidingnet naar verschillende gebouwen of processen getransporteerd. 

Dat kan interessant zijn voor bijvoorbeeld: 

• kantoren; 
• ziekenhuizen; 
• datacenters; 
• industriële gebouwen; 
• winkelcentra; 
• en andere gebouwen met een aanzienlijke koelvraag. 

Warmte- en koudenetten kunnen bovendien steeds sterker met elkaar verbonden worden. 

Restwarmte uit een koelproces kan bijvoorbeeld elders in het netwerk als warmtebron worden ingezet. 

Hierdoor ontstaat een geïntegreerd energiesysteem waarin warmte en koude zo efficiënt mogelijk worden uitgewisseld. 

Wat zijn de voordelen van een warmtenet? 

Een goed ontworpen warmtenet kan verschillende voordelen bieden. 

Verschillende energiebronnen combineren 

Een netwerk kan warmte uit meerdere bronnen ontvangen. 

Daardoor kan de energievoorziening in de toekomst worden aangepast zonder dat iedere aangesloten gebruiker individueel zijn volledige verwarmingsinstallatie moet vervangen.

Restwarmte nuttig gebruiken 

Warmte die anders verloren zou gaan, kan via het netwerk worden ingezet op plaatsen waar er wel vraag naar is. 

Dat maakt warmtenetten bijzonder interessant in gebieden waar industrie, datacenters, woningen en andere gebouwen dicht bij elkaar liggen.

Minder technische installaties in het gebouw 

Omdat de warmte centraal wordt geleverd, is in het aangesloten gebouw doorgaans geen volledige individuele warmteproductie nodig. 

Een compact overdrachtstation kan volstaan om de warmte aan de interne installatie over te dragen. 

Mogelijkheid tot verdere verduurzaming 

Een warmtenet is infrastructuur met een lange levensduur. 

Wanneer nieuwe of duurzamere warmtebronnen beschikbaar komen, kunnen deze in veel gevallen later in het netwerk worden geïntegreerd. 

Daardoor kan het energiesysteem stapsgewijs evolueren. 

Welke uitdagingen hebben warmtenetten? 

Warmtenetten bieden veel mogelijkheden, maar vragen een goede voorbereiding. 

De aanleg van een ondergronds leidingnet vereist een aanzienlijke initiële investering. 

De economische haalbaarheid hangt bovendien sterk af van de warmtevraag, het aantal aansluitingen, de afstand tussen warmtebron en gebruikers en de benodigde infrastructuur. 

Ook technisch zijn verschillende aspecten belangrijk: 

• correcte dimensionering; 
• beperking van warmteverlies; 
• geschikte temperatuurregimes; 
• hydraulische balans; 
• beschikbare warmtebronnen; 
• toekomstige uitbreidingsmogelijkheden; 
• betrouwbare lekdetectie en monitoring; 
• en de keuze van het juiste leidingsysteem. 

Een warmtenet moet daarom vanaf het begin als een geïntegreerd energiesysteem worden ontworpen.

Waarom is het leidingsysteem zo belangrijk? 

Het leidingnet vormt letterlijk de verbinding tussen warmtebron en gebruiker. 

Wanneer warmte over honderden meters of verschillende kilometers moet worden getransporteerd, hebben de eigenschappen van het leidingsysteem rechtstreeks invloed op de prestaties van het netwerk. 

Belangrijke aandachtspunten zijn onder andere: 

Warmteverlies
Hoe beter het leidingnet thermisch geïsoleerd is, hoe minder energie onderweg verloren gaat. 

Hydraulische eigenschappen
Drukverlies beïnvloedt het benodigde pompvermogen en daarmee het energieverbruik van het systeem. 

Corrosiebestendigheid
Ondergrondse leidingen moeten gedurende tientallen jaren betrouwbaar kunnen functioneren. 

Levensduur
Het vervangen van een ondergronds leidingnet is ingrijpend en kostbaar. Een lange technische levensduur is daarom essentieel. 

Montage en verbindingstechniek
De snelheid en betrouwbaarheid waarmee leidingen op de werf kunnen worden verbonden, hebben invloed op de uitvoering en totale aanlegkosten. 

PP-RCT voor warmte- en koudenetten 

Naast traditionele metalen en andere kunststof leidingmaterialen kunnen voor warmte- en koudenetten ook leidingsystemen uit PP-RCT worden toegepast. 

Polypropyleen heeft een aantal eigenschappen die voor deze toepassing interessant zijn. 

Het materiaal is corrosiebestendig en heeft een relatief lage thermische geleidbaarheid. 

De gladde binnenwand zorgt bovendien voor een lage oppervlakteruwheid en gunstige hydraulische eigenschappen. 

Het lage materiaalgewicht vereenvoudigt transport en verwerking op de werf. 

De verbindingen worden gerealiseerd door middel van thermische lastechnologie, waarbij leiding en fitting tot een materiaalhomogene verbinding versmelten. 

Aquatherm energy voor ondergrondse distributie 

Aquatherm energy is ontwikkeld voor de ondergrondse distributie van warmte en koude. 

Het systeem combineert een PP-RCT-mediumleiding met thermische isolatie en een beschermende buitenmantel tot een voorgeïsoleerd leidingsysteem. 

Hierdoor kan het worden ingezet voor onder andere: 

• warmtenetten; 
• koudenetten; 
• industriële energievoorziening; 
• geothermie; 
• verbindingen tussen energiecentrales en gebouwen; 
• en andere ondergrondse verwarmings- en koeltoepassingen. 

De combinatie van corrosiebestendigheid, een laag gewicht, hydraulische eigenschappen en thermische isolatie maakt PP-RCT een interessant alternatief voor traditionele leidingmaterialen. 

Praktijkvoorbeeld: warmtenet in Veksø, Denemarken 

Een concreet voorbeeld bevindt zich in Veksø, ten noordwesten van Kopenhagen. 

Daar worden ongeveer 400 woningen aangesloten op het lokale warmtenet. 

Voor de distributie van het verwarmde water werd een leidingnet van meer dan 15 kilometer voorzien. 

Bij een dergelijke lengte wordt de thermische efficiëntie van het leidingnet bijzonder belangrijk: iedere hoeveelheid warmte die onderweg verloren gaat, moet opnieuw door de warmtebron worden geproduceerd. 

Daarom werd voor dit project gekozen voor het voorgeïsoleerde PP-leidingsysteem aquatherm energy. 

Het project illustreert hoe de keuze van het leidingmateriaal onderdeel wordt van de totale energie-efficiëntie van een warmtenet. 

Een warmtenet vraagt samenwerking 

Een warmtenet is meer dan een technisch leidingproject. 

Voor een succesvolle realisatie moeten verschillende partijen samenwerken. 

Denk aan: 

• lokale overheden; 
• energiebedrijven en netbeheerders; 
• studiebureaus; 
• projectontwikkelaars; 
• industriële bedrijven; 
• eigenaars van grote gebouwen; 
• installateurs; 
• en leveranciers van technische systemen. 

Warmteproducenten en warmteverbruikers moeten bovendien op elkaar worden afgestemd. 

Een industrieel bedrijf of datacenter kan bijvoorbeeld restwarmte beschikbaar hebben, terwijl woningen, ziekenhuizen of andere gebouwen in de omgeving net warmte nodig hebben. 

De kracht van een warmtenet ligt erin deze verschillende energiestromen met elkaar te verbinden.

Een warmte- of koudenet plannen? 

Aquatherm Belux-France ondersteunt studiebureaus, installateurs, energiebedrijven en andere projectpartners bij de technische uitwerking van warmte- en koudenetten met aquatherm energy. 

We kunnen ondersteuning bieden bij de keuze van het leidingsysteem, hydraulische dimensionering, technische uitwerking en projectspecifieke oplossingen. 

Neem contact op met aquatherm Belux-France om samen te bekijken hoe een PP-RCT-leidingsysteem kan worden geïntegreerd in jouw warmte- of koudenet.