De verwarming van onze huizen draagt ook bij aan de opwarming van de aarde. Universitair docent Phil Vardon en promovendus Ivaylo Pantev willen gebouwen gaan verwarmen en koelen via de paalfundering door de natuurlijke temperatuur van de bodem te gebruiken. Mits goed uitgevoerd kan deze gloednieuwe technologie nog generaties lang bewoners elektriciteit, geld en problemen besparen.

Graaf een gat van 18 meter diep. Zet daar de wapening in. Stort vol met beton. Herhaal. Uitgerust met veiligheidshelm, jas en werkschoenen leiden Vardon en Pantev de werkzaamheden.  Voor de allereerste keer worden er in Nederland energiepaalfunderingen uitgerust met precieze instrumenten neergezet. Dat gebeurt in The Green Village te Delft, om de palen te testen en de commerciële toepassing te versnellen. “In Nederland staat een grootschalige energietransitie voor de deur”, aldus Pantev. “We willen dat de energiepalen een stuwende kracht worden achter deze verandering.” Alleen al in 2018 nam het verwarmen en koelen van ruimtes 50% van het jaarlijkse Europese energieverbruik voor zijn rekening. Op dit moment is de financiering van onderzoek naar dit probleem en het vinden van alternatieven cruciaal voor ingenieurs. “We willen onze technologie standaardiseren voor palen tot 30 meter diep en de bouwsector helpen om milieuvriendelijkere constructies neer te zetten.”

Het ongebaande pad

Energiepalen hebben twee functies: warmte in de bodem stoppen en eruit halen, en het gebouw dragen. De zachte bodem van Nederland vormt een uitdaging, omdat ingenieurs bij het ontwerp rekening moeten houden met extra effecten. Hierdoor aarzelen Nederlandse bouwbedrijven over deze nieuwe technologie. “Als een structuur wordt verhit, zetten de deeltjes uit; koelt hij af, dan trekken ze samen”, zegt Pantev. “Die extra langdurige belasting maakt het ontwerp van de energiepalen een grotere uitdaging. De zachte bodem maakt het nog complexer; als er niet goed op wordt geanticipeerd, kunnen er ongewenste vervormingen in de structuur ontstaan.” Nederlandse bouwbedrijven hebben een schat aan kennis over het storten van funderingspalen, maar de energiepaal is onbekend terrein. Het is aan Vardon en Pantev om ze aan de hand te nemen en te laten zien hoe ze die kennis naar een milieuvriendelijker niveau kunnen tillen. “Energiepalen worden al jaren in de stijve, overgeconsolideerde klei in het Verenigd Koninkrijk en Zwitserland gebruikt”, zegt Vardon. “Op dit moment kunnen de extra berekeningen die hier nodig zijn een hindernis vormen om het systeem te gebruiken, maar we zijn ervan overtuigd dat zowel de Nederlandse bouwsector als de maatschappij er de komende jaren plezier van zullen krijgen."

Koelkast en achtbaan in één

Gebouwen verwarmen ruimtes via het water in warmtewisselaarbuizen. Energiepalen verschillen van conventionele systemen door hun achtbaansysteem.  Het water gaat vanuit het gebouw de bodem in - door de funderingspalen heen - en dan weer terug het gebouw in, waarbij de constante temperatuur van 12°C op dieper dan 5 meter in de Nederlandse bodem wordt gebruikt en een warmtepomp. “Als je achter de koelkast voelt, voel je daar warmte. Dat komt door de warmtepomp”, zegt Vardon. “Het is een mechanisch apparaat dat een vloeistof aan één kant onder druk zet om hem op te warmen en hem aan de andere kant uit laat zetten om hem af te koelen.” In de winter neemt het water in de bodem warmte op en de warmtepomp in het gebouw drukt de vloeistof samen om hem verder op te warmen. In de zomer daarentegen geeft het water warmte af in de bodem; de bodem is daar koel genoeg voor, dus het elektriciteitsverbruik is minimaal. “Energiepalen kunnen 20 keer zo weinig energie verbruiken voor koelen en tot 5 keer zo weinig voor verwarmen dan conventionele verwarmingssystemen”, aldus Vardon. “Bovendien werkt het systeem op elektriciteit in plaats van gas en kunnen we zo het verbruik van fossiele brandstoffen afbouwen. Zo’n technologie kan enorm helpen het energieverbruik en de uitstoot van CO2 van gebouwen te verminderen.”

Een mooiere toekomst

Tegen 2021 zullen gebouwen met een minimale CO2-voetafdruk verplicht zijn voor aannemers die nieuwbouw in Nederland willen neerzetten. Nieuwe oplossingen, zoals energiepalen, zijn onontbeerlijk om dat doel te halen en het leven van toekomstige bewoners te verbeteren. “We leven in een tijd waarin mensen hun steentje willen bijdragen om de klimaatverandering tegen te gaan,” zei Vardon. “Ze installeren zonnepanelen, vervangen hun gloeilampen of gaan met het openbaar vervoer, maar ze kunnen weinig tot niets doen om het energieverbruik van hun verwarming te verminderen. Daarnaast is Nederland een dichtbevolkt land en is het lastig om alternatieve methodes voor energieopwekking neer te zetten die ruimte innemen. Energiepalen bieden de kans om die kloof te overbruggen, zodat we een mooiere toekomst tegemoet kunnen zien.”

Gepubliceerd: februari 2019


Contact


Phil Vardon (universitair hoofddocent) en Ivaylo Pantev (PhD student) zijn niet de enige betrokkenen bij het Energy Pile project. Ali Golchin (PhD) en Dr Mehdi Arzanfudi onderzoeken en modelleren het gedrag van het materiaal. Dr Rafid Al-Khoury leidt het project samen met Vardon. Professors Michael Hicks en Bert Sluys dragen hieraan bij. NWO financiert het project met steun van FUNDEX, Diana FEA, the Green Village en Deltares. De testlocatie van de energy piles in op het terrein van The Green Village in Delft.