Transcript groen en lucratief alternatief voor paalfunderingen

FUNDERINGEN
GROEN EN LUCRATIEF
ALTERNATIEF VOOR PAALFUNDERINGEN
ENERGIEPALEN LEVEREN VOLDOENDE ENERGIE
VOOR LAGE-ENERGIEWONINGEN
P
aalfunderingen, een noodzakelijk kwaad? Niet zozeer!
De palen die woningen op minder stabiele gronden
stabiliteit verzekeren, verschaffen nu ook energie. Met een
meerkost van 30% bieden paalfunderingen vandaag ook een
tastbaar voordeel. Ze produceren voldoende energie voor
lage-energie- en passiefwoningen, met name groene energie.
Ongetwijfeld een blijver in een toekomst waar goede
bouwgrond schaarser wordt, passiefbouw aan populariteit
wint en de 20-20-20-maatregelen stilaan van kracht worden.
Valerie Verkain
OPMARS PAALFUNDERINGEN
Verloren kosten
Omdat
goede
bouwgrond
schaarser wordt, moet noodgedwongen uitgeweken worden naar
minder stabiele bouwgronden. Als
gevolg vinden paalfunderingen
steeds vaker hun toepassing in het
Belgische landschap.
De opmars is ook toe te schrijven
aan de constructie van het gebouw
zelf. Er wordt niet enkel hoger
gebouwd, dikwijls is de belasting
op de buitenmuren groter door een
kleiner aantal draagmuren.
Verder zorgt ook de strengere reglementering voor een stijgende vraag
naar paalfunderingen. Als ingenieurs of architecten twijfelen, worden
palen geplaatst om elk risico uit te
sluiten. Paalfunderingen plaatsen
gaat weliswaar gepaard met extra
kosten voor de klant, die de
aanschaf ervan veelal als verloren
kosten beschouwt vanwege het
onzichtbare karakter van de funderingen. Voor wie dan toch paalfun-
De wapening dient om de lus (zie foto)
of helix aan te bevestigen
Energiepalen zijn enkel lucratief wanneer het betreffende gebouw paalfunderingen
nodig heeft
deringen nodig heeft, kan de energiepaal een nuttige investering zijn.
Hierbij wordt de funderingspaal als
energiebron gebruikt.
Traditionele paalfundering
Energiepalen zijn enkel lucratief
wanneer het betreffende gebouw
paalfunderingen nodig heeft. Een
paalfundering is een diepe fundering die de lasten van de constructie
doorheen de zwakke bovenlagen,
overbrengt naar dieperliggende
draagkrachtige grondlagen. Hierdoor wordt de stabiliteit van het
complex verzekerd. Elk nieuw project start met een grondige analyse
van het palenplan, de sondering
en het bestek.
Op basis van de grondstructuur, het
gewicht van het gebouw en de
indeling ervan wordt het type fundering bepaald. Als de gewone
funderingsplaat niet voldoet, en een
putfundering evenmin, dan wordt
overgegaan tot het uitvoeren van
paalfunderingen.
Paalfunderingen kunnen in twee
Een helix heeft een groter
contactoppervlak met de bodem
grote categorieën worden ondergebracht:
• geheide palen: de heipaal, prefab
of ter plaatse volgestort met beton,
wordt ingedreven door een
heimachine met een valblok
• geschroefde palen: de paal met
aanvoerbuis wordt tot op aanzetdiepte geschroefd, wordt opgevuld met beton en opnieuw
omhooggeschroefd.
Per project wordt een analyse
gemaakt om zo tot een paaltype te
komen dat het best toepasbaar is
(aanwezigheid van gebouwen in
de buurt, diepte van de draagkrachtige laag, vrije werkhoogte en werkbreedte, aard van de belasting ...).
Als energiebron
De energiepaal is een traditionele
funderingspaal met daarin een
bijkomende PE-Xa-buis die constant
water naar de voet van de paal
pompt en terug. Door deze continue
circulatie wordt het water verwarmd
of afgekoeld. Uit het verschil tussen
de grondtemperatuur en de temperatuur in het gebouw ontstaat het
bruikbare
temperatuurpotentieel.
Met behulp van een warmtepomp
wordt in de winter warmte aan de
circulatievloeistof in de energiepalen onttrokken en hoger op
temperatuur
gebracht,
warm
genoeg om het gebouw te
verwarmen. Het onttrekken van
warmte uit de bodem betekent dat
er afkoeling van de bodem plaatsvindt. Er ontstaat zo een koudepotentieel dat in de zomerperiode
voor koeling kan zorgen. Energiepalen kunnen ook voor de passieve
koeling van een gebouw worden
ingezet. Het gebouwsysteem wordt
dan via een warmtewisselaar aan
de energiepalen gekoppeld, waardoor koeling met een beperkt
vermogen mogelijk is.
MBRBE0141N07_OKK.odt
DE ENERGIEPAAL
Opbouw
Elke energiepaal is over de volledige lengte gewapend. De wapening dient om de PE-buizen aan te
bevestigen
en om die te
beschermen tijdens het storten van
het beton. De buizen worden in een
lus of helix aangebracht.
• Lus: de keuze bestaat uit een
enkele of dubbele lus. Een
dubbele lus haalt meer vermogen
uit de grond, maar niet dubbel
zoveel als één lus (factor 1,5).
Vandaar dat vooral voor enkele
lussen wordt geopteerd.
• Helix: een helix (spiraalvormige
buis) heeft een groter contactoppervlak met de omliggende aarde
(en extraheert tot 12% meer
vermogen uit de grond dan een
enkele lus). Het contactoppervlak
kan afhankelijk van de bodemkwaliteit worden vergroot of
verkleind. In grond met een hoog
extractievermogen wordt de
onderlinge afstand tussen de
spiraallussen verkleind (en het
aantal meter buis en het contactoppervlak dus vergroot). Bij slechtere grond geldt het omgekeerde
en wordt bespaard op materiaal.
Soorten
Zowel heipalen als geschroefde
palen, prefab of ter plaatse gestort,
kunnen als energiepaal worden
uitgerust. Net zoals bij gewone
paalfunderingen is de schroefpaal
met grondverdringing het populairst.
Uitvoering
Energiepalen worden op dezelfde
manier geplaatst als gewone paalfunderingen. Bijkomend zijn wel de
wapeningskorf en het buizennet dat
eraan bevestigd is. Prefab palen
worden geleverd met korf.
FUNDERINGEN
het grondwater voortdurend nieuwe
warmte wordt aangevoerd en de
bodem niet zo snel raakt uitgeput.
Als gevolg slaagt zand er niet goed
in om warmte of koude op te slaan.
Iets waar klei, met kenmerkend
weinig waterdoorstroming, zich wel
uitstekend toe leent.
Dimensionering
Na het heien of schroeven laat
men de korf in het boorgat zakken
Energiepalen worden op dezelfde
manier geplaatst als paalfunderingen
Bij het ter plaatse storten wordt eerst
een gat geboord waarin de korf
met buizen wordt aangebracht om
die vervolgens op te vullen met
beton. Wanneer de energiepaal in
de grond is aangebracht, worden
de buizen onder druk gezet om die
te testen op lekken. De kans op
lekkages is echter vrij klein omdat
op de leidingen een speciale
coating is aangebracht die bescherming biedt tijdens het storten.
Andere eigenschappen van de PEbuis zijn o.a. een kleine buigradius
(waardoor de buizen gemakkelijk
integreerbaar zijn in het wapeningsnet), een robuuste constructie
die niet gevoelig is voor schade
door inkervingen, groeven en puntladen en een antizuurstofdiffusielaag (die corrosie vermijdt).
Minimaal zeven meter lang
De temperatuur van de grond is vrij
constant vanaf een diepte van
zeven meter. Vandaar dienen de
energiepalen ten minste zeven
meter lang te zijn. Hoe langer, hoe
Het gat met de korf en buizen
wordt opgevuld met beton
meer energie ze uit de grond
kunnen halen. In de praktijk worden
daarom, in tegenstelling tot bij
gewone funderingspalen (minimale
lengte van vier meter), smallere
palen ingezet op een grotere
diepte.
Op vier meter afstand
De afstand tussen de palen onderling bedraagt gemiddeld 4 meter.
Dat is nodig opdat de palen
elkaars energieveld niet zouden
beïnvloeden en dus optimaal
kunnen functioneren. Palen met een
enkele lus kunnen dichter bij elkaar
worden geboord dan die met een
dubbele lus.
20-50 W per meter
De energiepaal haalt 20 tot 50 W
per meter uit de grond, naargelang
van de grondsoort en afhankelijk
van de ondergrondse waterdoorstroming. Elke grondsoort heeft vooren nadelen. De forse grondwaterdoorstroming in zandgrond bijvoorbeeld heeft als voordeel dat er via
Een energiepaal haalt 20 tot 50 W per meter uit de grond. De afstand tussen de
palen is gemiddeld 4 m opdat de palen elkaars energieveld niet zouden beïnvloeden
Het aantal palen en de benodigde
lengte van de palen worden
bepaald op basis van de energiebehoefte (de nettowarmte- en
-koudebehoefte) van het gebouw.
Hierbij spelen ook de beschikbare
lengte van de palen en het
vermogen dat uit de grond kan
worden gehaald, natuurlijk een rol.
aanpalende grond zou dan weer
te omslachtig en te duur zijn.
AANSLUITING
Voordat de energiepalen worden
aangesloten op de warmtepomp
(voor koelen en verwarmen) of op
een warmtewisselaar (enkel om te
koelen), worden de palen onderling
hydraulisch gekoppeld.
Horizontaal slangensysteem
De hydraulische koppeling van de
energiepalen wordt ook wel het
horizontale
slangensysteem
genoemd. Er worden gemiddeld
drie tot zes palen aan elkaar
gekoppeld. De koppeling van de
buizen in de energiepalen wordt
gerealiseerd met behulp van een
ENERGIE VOOR LAGEverdeler- en verzamelunit (die units
ENERGIE- EN PASSIEFHUIS
verzorgen de groepsaanvoer en
Tiental palen
groepsretour zoals bij vloerverwarVoor lage-energiewoningen en ming). Belangrijk hierbij is dat de
passiefhuizen volstaat
doorstroming van elke
3 kW om een aangepaal hetzelfde is. Dat kan
E NERGIEPALEN
naam binnenklimaat KUNNEN VOLDOENDE door de totale doorte realiseren. Een
looplengte
gelijk
te
ENERGIE OPWEKKEN
traditionele
woning
houden of door een
heeft 10 kW nodig. OM AAN DE ENERGIE - exacte inregeling per lus.
Energiepalen kunnen BEHOEFTE VAN LAGE - Vervolgens dienen de
voldoende
energie ENERGIE - EN PASSIEF - verdeler- en verzamelunits
WONINGEN TE
opwekken om aan de
aangesloten te worden op
energiebehoefte van
één hydraulisch aanvoerVOLDOEN
lage-energieen
en retoursysteem in de
passiefwoningen te voldoen. Hier technische ruimte.
zijn gebruikelijk 12 à 13 palen
voor nodig. Voldoende vermogen Warmtepomp
opwekken
voor
traditionele Wanneer nood is aan verwarming
woningen is moeilijker omdat elk (en koeling) is de combinatie van
project beperkt is in plaats om energiepalen met een warmtepomp
palen te installeren en in warmte die noodzakelijk. De keuze bestaat
een paal uit de grond kan halen. uit een grond-water- of grond-luchtVoor traditionele woningen kunnen warmtepomp.
Het
benodigde
energiepalen een meerwaarde zijn, vermogen van de warmtepomp
maar dan complementair met bv. wordt berekend op basis van de
zonnepanelen of centrale verwar- energiebehoefte van het gebouw.
ming.
Tijdens het stookseizoen onttrekt
de warmtepomp
(middels
de
Geen renovatie
verdamper) warmte aan de bodem
Wegens het gebrek aan plaats en via de energiepalen. De condensor
capaciteit worden energiepalen brengt die warmte op hogere
momenteel niet gebruikt bij renova- temperatuur om het gebouw te
tieprojecten. Onder een te renove- verwarmen.
ren woning kunnen onmogelijk zo Bij koeling wordt het proces omgeveel palen worden geplaatst. Het keerd. De condensor werkt dan als
plaatsen van energiepalen op de verdamper en haalt warmte uit het
De buizen in de energiepaal worden
onder druk gezet om te testen op lekken
De palen worden onderling gekoppeld
met een verdeel- en verzamelunit
FUNDERINGEN
gebouw die vervolgens in de
bodem wordt afgegeven. De
onttrokken warmte of koelheid wordt
verspreid
via
lagetemperatuurverwarming als vloerverwarming,
betonkernactivering en klimaatplafonds (hoe lager de vereiste temperatuur voor het afgiftesysteem, hoe
beter het rendement van het
systeem) of via ventilatie in het
gebouw.
Bodemregeneratie
Zowel bij verwarming als koeling
wordt de bodem geregenereerd.
Zo kan er bij de start van het stookseizoen worden gewerkt met een
hogere bodemtemperatuur (doordat
bij koelen warmte in de bodem
wordt afgegeven) en kan bij de
aanvang van de zomer gebruikgemaakt worden van lagere
bodemtemperaturen (doordat tijdens
het verwarmen in de winter warmte
aan de bodem wordt onttrokken).
Logischerwijs is het beter als de
hoeveelheid warmte die aan de
bodem wordt onttrokken (voor
verwarming) en toegevoegd (voor
koeling) ongeveer evenredig is.
Wanneer alleen warmte wordt
onttrokken, bijvoorbeeld, zal de
temperatuur rond de palen na
verloop van tijd te veel dalen en zal
het rendement van de warmtepomp
dalen omdat toch nog hetzelfde
vermogen aan warmte moet
worden geleverd.
Buffervat
Warmtepompen worden meestal
gecombineerd met een buffervat.
Dat om het pendelgedrag van de
pomp te vermijden, maar ook om
de opgeslagen energie (en verschillende temperaturen) te kunnen
aanspreken wanneer nodig.
Passieve koeling
Behalve actieve koeling met behulp
van een warmtepomp is ook
passieve koeling mogelijk. De
warmtepomp wordt dan buiten
werking gesteld en het gebouwsysteem
(bv.
vloerverwarming,
klimaatplafonds) wordt via een
warmtewisselaar aan het bodemsysteem (de energiepalen) gekoppeld.
De bodem is op grotere dieptes
duidelijk kouder dan de omgevingstemperatuur en die koude wordt
getransporteerd naar het gebouw
en wordt er afgegeven.
Bij passieve koeling is er enkel
stroomverbruik door de circulatiepomp en wordt het energieverbruik
dus tot een minimum herleid. Ook
hier wordt de bodem geregenereerd, maar wel in mindere mate
dan bij actief koelen.
BEPERKINGEN
Levensduur
Energiepalen hebben een lange
levensduur en vertonen hoogst-
De buizen worden in het gebouw getrokken en aangesloten op de collector
zelden defecten dankzij de
betonnen opbouw met wapening.
Defecten
Als de temperatuur van het water
dat doorheen de warmtepomp en
het buizennet circuleert, te laag
wordt, kan de grond rond de eerste
drie meter van de paal bevriezen.
Als de grond bevriest, verliest die
wrijvingskracht met de paal en kan
de funderingskracht van de paal
verminderen.
Op de warmtepomp zit daarom
een beperking die geen vriestemperaturen toelaat.
Toekomst
Het Smart Geotherm Project, in
samenwerking met o.a. het Wetenschappelijk Technisch Centrum voor
het Bouwbedrijf (WTCB) en de
Belgische Vereniging Aannemers
Funderingswerken (ABEF), werd
gelanceerd om met behulp van o.a.
geothermie
energieneutrale
gebouwen te ontwikkelen. In het
kader hiervan wordt onderzoek
naar energiepalen uitgevoerd en
een verdere ontplooiing van deze
techniek bewerkstelligd. 
Met dank aan Rehau, WIG Palen en
het WTCB