Nederland is een land van stalen damwanden. Alleen al als oeverbescherming staan er honderden kilometers. Daarnaast worden stalen damwanden veelvuldig toegepast voor andere permanente geotechnische constructies. Door damwandplanken te voorzien van een warmtewisselaar die warmte aan water en bodem onttrekt, is volgens Jacco Haasnoot van CRUX Engineering en Patrick Stoelhorst van Gooimeer een forse bijdrage aan het verduurzamen van de energievoorziening mogelijk.

Om de mogelijkheden van dergelijke energiedamwanden goed in beeld te brengen, vindt vlak bij het buurtschap De Zweth een tweejarige proef plaats. Op een opslagterrein van de provincie Zuid-Holland langs de Delftse Schie is een proefopstelling aangebracht. Naast een steiger staat een stuk damwand van ongeveer tien meter breed. De gebruikte damwandplanken zijn ‘thermisch geactiveerd’: aan de binnenkant, tegen de oever aan, zijn twee rechthoekige stalen leidingen gelast, die in de diepte met een bocht aan elkaar zijn verbonden. Deze leidingen werken als warmtewisselaar. Aan de bovenkant van de leidingen zijn slangen bevestigd, die naar een nabijgelegen container lopen waarin een warmtepomp staat. Verder gaan er rondom de damwand verschillende kabels de grond en het water in.

Gesloten systeem

Haasnoot licht de proefopstelling toe: “De stalen leidingen en de slangen vormen een gesloten systeem waar een koudemiddel in één richting doorheen stroomt. Als dit middel door de stalen leidingen stroomt, neemt het warmte uit het water en de bodem op. Vervolgens gaat het naar de warmtepomp waar het de opgenomen warmte afgeeft aan het water van een verwarmingsinstallatie. De kabels die je ziet lopen, zijn verbonden met allerlei meetapparatuur. Zo meten we continu de temperatuur van de bodem en het water, evenals de temperatuur van het koudemiddel in de stalen leidingen. Ook meten we de stroomsnelheid van het water in de Schie. Verder hebben we zogeheten inclinometers aangebracht om te bepalen of de warmtewinning geen nadelige effecten heeft op de constructieve functie van de damwand.”

‘De stalen leidingen en de slangen vormen een gesloten systeem waar een koudemiddel in één richting doorheen stroomt.’

Door damwandplanken te voorzien van een warmtewisselaar die warmte aan water en bodem onttrekt, is volgens Jacco Haasnoot van CRUX Engineering en Patrick Stoelhorst van Gooimeer een forse bijdrage aan het verduurzamen van de energievoorziening mogelijk. (Beeld: CRUX)

“Doordat we de lokale omstandigheden zoals bodem- en watertemperatuur en stroomsnelheid continu meten, kunnen we de energieprestatie van het systeem nauwkeurig vaststellen”, stelt Haasnoot. “Ook kunnen we nagaan of de opbrengst in de praktijk overeenkomt met de opbrengst die rekenmodellen voorspellen. Voor de proef hebben we een deel van de damwandplanken – die ruim vijftien meter lang zijn – over de gehele lengte voorzien van de warmtewisselaar. Bij het andere deel hebben we de warmtewisselaar alleen aangebracht op het stuk van tweeënhalve meter dat direct in contact staat met het water van de Schie. Op die manier kunnen we vaststellen hoeveel warmte we uit het oppervlaktewater winnen en hoeveel uit de bodem.”

Exclusief licentiehouder

“De energiedamwand is ongeveer tien jaar geleden in Duitsland ontwikkeld en gepatenteerd”, aldus Stoelhorst. “In de jaren daarna heeft de bedenker Gooimeer benaderd en zijn we exclusief licentiehouder geworden voor de Benelux. In eerste instantie wisten we niet zo goed wat we van de energiedamwand moesten verwachten. Ondertussen vond in Duitsland een promotieonderzoek plaats dat de basis vormde voor numerieke modellen om de opbrengst van energiedamwanden te voorspellen. Daarmee werd het concept tastbaarder en toen we in 2019 met een demonstratiemodel op de Infratech stonden, merkten we dat de belangstelling groot was.”

“Vlak voor die beurs was ik via de Vereniging Grondmechanica Nederland in contact gekomen met Jacco”, vervolgt Stoelhorst. “Al pratend bleek dat CRUX ook met het idee van een energiedamwand bezig was en we besloten om samen op te trekken.”

Haasnoot: “In die tijd waren wij betrokken bij een dijkversterkingsproject waarbij damwanden als permanente constructie gebruikt gingen worden. Bij dat project werd partijen gevraagd om extra kansen aan te geven. Aangezien wij affiniteit met warmte in de ondergrond hebben – we maken bijvoorbeeld berekeningen voor grondbevriezing – hebben we toen het plan geopperd om de damwanden als warmtewisselaar te gebruiken en de gewonnen warmte te benutten voor het verwarmen van de dijkbebouwing. Zo krijgen de damwanden in een dijk, die een groot deel van hun levensduur op hoogwater staan te wachten, een nuttige tweede functie.”

Inmiddels zijn er diverse projecten waarbij energiewanden worden toegepast. Zo zijn in Duitsland enkele projecten gerealiseerd en is onlangs in de haven van Enkhuizen een restaurant op een energiedamwand aangesloten. Verder krijgt het Swettehûs, een nieuwe circulaire bediencentrale voor circa veertig bruggen in Friesland, een warmtesysteem dat gebruik gaat maken van energiedamwanden. Deze komen rond een nieuwe binnenhaven te staan.

Stoelhorst: “De meeste partijen reageren enthousiast. Tegelijkertijd zie je – en dat geldt voor de meeste innovaties – dat er aarzeling is om nieuwe technologie toe te passen. Daarom zijn we erg blij dat we binnen het zogeheten SBIR-project van de provincie Zuid-Holland – dat gericht is op het verminderen van de CO2-emissies van vaarwegen – de energiedamwand nu gedurende twee jaar uitgebreid kunnen testen, kentallen kunnen verzamelen en kunnen laten zien hoe de technologie werkt.”

‘Dit betekent dat voor het verwarmen van een moderne eengezinswoning slechts drie tot vier strekkende meter nodig is.’

“De eerste meetgegevens laten zien dat het vermogen van de damwand bij De Zweth ongeveer 1 tot 1,5 kW per strekkende meter is”, zegt Haasnoot. “Dit betekent dat voor het verwarmen van een moderne eengezinswoning slechts drie tot vier strekkende meter nodig is. Een ander voorlopig resultaat is dat we uit het stromende oppervlaktewater ongeveer tien keer zoveel warmte kunnen winnen als uit de grond. Daarmee lijkt de energiewand in ieder geval aantrekkelijk op plekken waar damwanden gebruikt worden als oeverbescherming. Denk aan de kadevervangingen in Amsterdam of dijkversterkingsprojecten waarbij damwanden worden toegepast En als we naar ondergronds bouwen kijken, dan zijn parkeergarages die onder een gracht of watergang worden aangelegd, zoals de Amsterdamse Albert Cuypgarage en de volautomatische autoberging Noordwal-Veenkade in Den Haag, in ieder geval kansrijke opties.”

Interessant voor tunnels

Stoelhorst vult aan: “Zelf vermoed ik dat er nog veel meer kansen zijn. Natuurlijk moeten we beter zicht krijgen op de energieopbrengsten in verschillende situaties. Maar als je toch een damwand moet plaatsen, dan zijn de extra kosten voor het modificeren van de damwandplanken gering. En met een gemodificeerde damwand kun je vervolgens jarenlang, met een hoge efficiëntie én minimaal onderhoud omgevingswarmte winnen. Wat dat betreft denk ik dat energiedamwanden ook interessant kunnen zijn bij de bouw van tunnels of ondergrondse parkeergarages, zeker in het licht van de noodzakelijke energietransitie en verduurzaming.”

Haasnoot beaamt dit: ”Ons proefproject bij De Zweth is een goede eerste stap om meer inzicht te krijgen in de werking en mogelijkheden van energiedamwanden. Om het systeem echt goed te begrijpen, willen we de komende tijd ook allerlei andere pilots doen, bijvoorbeeld bij tunnelprojecten. Ik roep dan ook belangstellende partijen binnen het COB op om zich bij ons te melden.”

Werking in het kort

Een warmtepomp haalt warmte uit de omgeving, brengt deze naar een hogere temperatuur en geeft de warmte vervolgens af aan verwarmingssysteem. De energiedamwand is een van de opties om omgevingswarmte op te nemen. Door het gesloten systeem van de stalen leidingen en slangen stroomt een koudemiddel. Dit middel heeft een laag kookpunt en verdampt zodra het maar een beetje wordt opgewarmd. Dat gebeurt tijdens de passage door de leidingen die op de damwand zijn aangebracht. De damp gaat vervolgens naar de warmtepomp. Daar wordt de damp met een compressor samengeperst, waardoor de temperatuur ervan sterk toeneemt. Als volgende stap gaat de hete damp door een condensor waarbij de damp zijn warmte afgeeft aan het water van het (lagetemperatuur)verwarmingssysteem. Door de warmteafgifte en de drukverlaging via een expansieventiel achter de condensor, gaat het koudemiddel van damp over naar vloeistof. Het vloeibare koudemiddel stroomt vervolgens weer naar de damwand waar de hele cyclus opnieuw begint. Voor dit gehele proces is alleen elektriciteit nodig voor de aandrijving van de compressor. Daardoor is een warmtepomp een uiterst efficiënt verwarmingsapparaat.

(Foto: CRUX)