5e generatie warmte- en koudenetten zijn systemen die zorgen voor verwarming én koeling, door zoveel mogelijk lokaal warmte- en koudevraag uit te wisselen of tijdelijk op te slaan in buffers. Door dit slim te doen kan het systeem heel duurzaam zijn. Er zijn nu pas enkele toepassingen, maar het is in principe op veel plaatsen in te zetten. 

Laatste update: augustus 2022

Uitgangspunten

5e generatie warmte- en koudenetten zijn systemen die het mogelijk maken om warmte- en koude uit te wisselen tussen aangesloten gebouwen. Vaak is dit gecombineerd met een vorm van warmte- of koude opslag. Deze systemen werken met lokale bronnen op lagetemperatuur of zeer lagetemperatuur. Probeer de volgende uitgangspunten te hanteren bij 5e generatie warmte- en koudenetten:

• Breng vraag en aanbod van warmte en koude zo veel mogelijk in balans door energie - warmte en koude - uit te wisselen tussen verbruikers en energie op te slaan. 
• Laat energie-uitwisseling plaatsvinden tussen gebouwen, op straat- en wijkniveau en met toepassing van warmteopslag. Opslag gebeurt in buffervaten of in WKO’s. Hiervoor is een slimme aansturing nodig. 
• Maak gebruik van laagwaardige lokale duurzame bronnen.
• Beperk warmteverliezen door de temperatuur zo dicht mogelijk bij de verbruiker op het juiste temperatuurniveau te brengen. Daarmee beperk je warmteverliezen.
• Het warmte- en koudenet is een groeimodel. Vanuit een of meerdere clusters worden steeds meer verbruikers aangesloten. Hierdoor breidt het net zich steeds verder uit en de clusters worden uiteindelijk verbonden tot één systeem. 

Opbouw van een 5e generatie warmte- en koudenet

In onderstaand figuur zie je de samenstelling van een 5e generatie warmte- en koudesysteem. Er zijn veel verschillende configuraties en varianten mogelijk. Het systeem wordt beschreven aan de hand van vier schaalniveau’s: gebouw, sector, cluster en gebied.

1. Gebouw

Een 5e generatie warmte- en koudesysteem werkt het meest efficiënt als de woning met een lagetemperatuur verwarmd kan worden. Er is dan minder energie nodig voor de warmtepompen. Je kan een gebouw  op verschillende manieren aansluiten op een 5e generatie warmte- en koudesysteem: 

• Op een Zeer)(Z)LT net met een warme en een koude leiding. Elk gebouw krijgt een eigen individuele warmtepomp en een boilervat voor tapwater. De koeling voor de ruimte komt rechtstreeks vanuit het warmte-koudenet.
• Op een LT- of MT-sectornet, die gevoed wordt door een collectieve warmtepomp

Bij gebruik van een individuele warmtepomp of LT-sectornet moet het afgiftesysteem in de woningen geschikt zijn voor lagetemperatuur verwarming, zoals vloer- en/of wandverwarming, lagetemperatuur radiatoren of convectoren. Om het warm tapwater te verwarmen gebruik je bij de aansluiting op LT-niveau een boosterwarmtepomp of een elektrische boiler. Een boosterwarmtepomp gebruik je als er voldoende ruimte beschikbaar is en de tapwatervraag hoog genoeg is. Bij warmte op LT- of MT niveau kan koeling worden geleverd uit een apart koudenet. Er zijn dan aanvullende leidingen nodig om koude te leveren. 

Bij slecht geïsoleerde woningen kan je overwegen om warmte op een middentemperatuur aan te bieden. Bijvoorbeeld totdat de woningen voldoende aangepast zijn om met lagetemperatuur verwarmd te worden. 

2. Sector

Binnen een sector sluit je een complex of een aantal gebouwen aan op een energiecentrale met collectieve warmtepompen en warmte-opslag. Denk aan of thermische buffervaten. Het kan gaan om één of enkele appartementencomplexen, een aantal grondgebonden woningen, één of enkele kantoren of ander soort bedrijven. Afhankelijk van de benodigde temperatuur voor de gebouwen kies je  voor een collectieve warmtepomp op LT- of MT-niveau. Koudelevering vindt plaats met een apart koudenet. Binnen een sector kan onderling warmte worden uitgewisseld. Hierdoor beperk je het energiegebruik. Als er bijvoorbeeld koude wordt geleverd binnen de sector, kan je de vrijkomende warmte:

• Gebruiken als voeding voor de warmtepomp.
• Terug leveren aan het clusternet (zie volgende paragraaf).
• Opslaan voor later gebruik, bijvoorbeeld in een WKO-installatie.

Binnen een sector kunnen lokaal aanwezige bronnen invoeden op het net.

3. Cluster

Binnen een cluster sluit je meerdere sectoren aan op een clusternet. Dit vindt vaak op wijkniveau plaats. Het clusternet bestaat uit een warme en een koude leiding. De verbinding met het clusternet zorgt ervoor dat:

• Sectoren energie kunnen uitwisselen. Als er bijvoorbeeld een overschot aan warmte is in de ene sector wordt dit ingezet in een andere sector. Bijvoorbeeld een sector met kantoorpanden die in een tussenseizoen koeling nodig heeft en een andere sector met vooral woningbouw die nog warmte nodig heeft. 
• Je meer lokale bronnen kan benutten en de aanwezige bronnen breed kan inzetten in het cluster. Bijvoorbeeld restwarmte van bedrijventerreinen, datacentra, koelsystemen van supermarkten, of aquathermie. Warmte uit zonnecollectoren - in een zonneweide of op gebouwen - dienen ook als lokale bron. WKO’s kun je koppelen voor seizoensopslag en buffervaten voor meer tijdelijke opslag.
• De totale piekvraag lager wordt. Hoe meer aansluitingen op het systeem hoe lager de gelijktijdigheid en daarmee de totale piekvraag.

4. Gebied

Het principe is hetzelfde als bij het cluster. Op gebiedsniveau verbind je verschillende clusters - in de praktijk vaak wijken - met elkaar door middel van een ‘backbone’. Je wisselt energie uit tussen clusters. 

Ontwikkelingsplanning

Bij een 5e generatie warmte- en koudesysteem werk je met een eindbeeld. Hier werk je naartoe door bijvoorbeeld lokale sectoren of clusters te ontwikkelen en deze later te verbinden. Het werken met clusters verkleint investeringsrisico’s bij het uitblijven van aansluitingen - vollooprisico - in latere fases. Wel kan het gebeuren dat de lokale - autonome - clusters tegen een lager rendement opereren dan in het eindbeeld, omdat ze nog niet met elkaar verbonden zijn. Een goede risico-inschatting van de verwachte volloop aan de voorkant van een project is daarom belangrijk. Op het moment dat een 5e generatie warmte- en koudenet een geschikte optie is voor - delen van - een gebied kun je bijvoorbeeld aanhaken bij toekomstige stedelijke planning en de bouwkundige opgave in wijken en stad of dorp volgen. Hiervoor is het essentieel dat het cluster wordt voorbereid op haar toekomstige functie in het warmte-koudenet als geheel. Denk bijvoorbeeld aan de goede diameter van de hoofdtransportleidingen. 

Geschiktheid

Een 5e generatie warmte-koudenet is vooral geschikt in een gebied waar verschillende bronnen en afnemers zijn voor warmte en koude. Hieronder staan een aantal aandachtspunten om te bepalen of een gebied geschikt is. 

• Koudevraag en de ontwikkeling hiervan. De koude vraag en de ontwikkeling hiervan is een randvoorwaarde voor een 5e generatie warmte- en koudenet. Deze netten gaan namelijk uit van het zo veel mogelijk uitwisselen en balanceren van warmte en koude.
   
• Goede isolatie en een afgiftesysteem dat geschikt is voor lagetemperatuur verwarming. De warmtepompen binnen een 5e generatie warmte- en koudenet werken het meest efficient bij goede isolatie en een afgiftesysteem dat geschikt is voor lagetemperatuur verwarming. Een collectieve warmtepomp kan middentemperatuur warmte aanbieden, maar dit leidt wel tot een hoger energiegebruik.  
   
• Bronnen en opslag. Er moeten voldoende lokale bronnen aanwezig zijn of ontwikkeld kunnen worden. Daarnaast is lokale opslag van warmte van belang om het systeem in alle seizoenen in balans te houden. Als je hiervoor WKO gebruikt is het belangrijk dat de ondergrond daarvoor geschikt is. Bij een ongeschikte ondergrond kun je thermische buffers naast tijdelijke warmteopslag als seizoensopslag gebruiken.
   
• Ruimtebeslag en ruimtelijke inpassing. Als je de warmtepompen individueel op gebouwniveau plaatst moet er in de gebouwen voldoende ruimte zijn voor de warmtepomp en de boilervaten voor tapwater. Bij collectieve warmtepompen moet er ruimte zijn in de openbare ruimte of in de technische ruimte van een aangesloten complex. Het 5e generatie warmte- en koudenet vraagt daarnaast om ruimtelijke inpassing in het gebied. Er moet genoeg ruimte zijn voor de noodzakelijke infrastructuur en de energiecentrales met de warmtepompen, (ondergrondse) thermische buffers, de putafdekkingen van WKO’s, de aquathermie-wininstallaties of thermische zonnecollectoren. 
   
• Netcapaciteit. Er moeten voldoende netcapaciteit zijn in het elektriciteitsnet voor de warmtepompen, energiecentrales en het gebouw om de warmtepomp te plaatsen. Een voordeel van dit systeem is dat het totale benodigde aansluitvermogen lager is als het systeem voldoende buffers heeft en/of als er gebruikt wordt gemaakt van restwarmte. 

Duurzaamheid

Een 5e generatie warmte- en koudenet kan duurzamer zijn dan warmtenetten op hogere temperaturen. Dat heeft een aantal redenen.

Lokale bronnen

5e generatie warmte- en koudenetten worden gevoed door lokaal aanwezige warmte- en koude bronnen. Dit zijn meestal lage of zeer lagetemperatuur bronnen. Middentemperatuur bronnen zijn eventueel mogelijk. 
Laagwaardige warmtebronnen zijn breder beschikbaar dan hoge temperatuur warmtebronnen. Denk bijvoorbeeld aan lagetemperatuur restwarmte of aquathermie. Het verwarmen van een gebouw of ruimte is bovendien efficiënt als je lagetemperatuur warmte gebruikt. Dit hangt wel af van de isolatiekwaliteit. Is die lager? Dan is middentemperatuur warmte nodig en neemt de efficiëntie af.  

Uitwisselen van energie

Elke keer als je een gebouw koelt, kan je de warmte die vrijkomt gebruiken om ergens anders of later een gebouw te verwarmen. Dat scheelt energie. 

Warmteverliezen beperken

Omdat het uitgangspunt van een 5e generatie warmtenet is om de temperatuur zo dicht mogelijk bij de verbruiker op het juiste temperatuurniveau te brengen beperk je warmteverliezen. De warmteverliezen in ZLT- of LT-netten zijn bij een gelijk isolatieniveau lager dan bij een middentemperatuurnet met een aanvoertemperatuur van 70°C of een hoogtemperatuurnet met een aanvoertemperatuur van 90°C. 

Slimme aansturing van lokale energiestromen

Een slimme aansturing is nodig om vraag en aanbod continu te regelen. Daarnaast kan met een slimme aansturing ingespeeld worden op de elektriciteitsmarkt. Dit doe je door de warmtepompen in te zetten op momenten dat de elektriciteitsprijs laag is door een groot aanbod van hernieuwbare elektriciteitsproductie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de buffercapaciteit in het systeem. 

Stand van de techniek

Momenteel heeft Nederland één 5e generatie warmte- en koudenet in Heerlen-Brunssum. Verder wordt het principe van energie-uitwisseling bij veel nieuwbouwprojecten toegepast. Hierbij wordt een combinatie van utiliteit en woningbouw - warmte- en koude vraag - aangesloten op een WKO-installatie. 5e generatie warmte- en koude netten worden ontwikkeld op een aantal plekken in Europa. Er zijn vijf door de EU medegefinancierde projecten in Parijs-Saclay (FR), Bochum (GE), Heerlen-Brunssum (NL), Glasgow en Nottingham (UK). Daarnaast worden 5e generatie warmte-koude netten geïmplementeerd op kleinere schaal bij een aantal tech-campussen zoals EnergyVille in Genk (B) en RWTH in Aken (D). Een aantal gemeenten verkennen of een 5e generatie warmte- en koudesysteem haalbaar is. Op technisch vlak ontwikkelen 5e generatie warmte- en koudenetten zich ook. Onderstaande zaken zijn in de toekomst mogelijk: 

• Combinaties van lagetemperatuur met restwarmte bronnen.
• Aansturing met behulp van smart grids die de inzet van lokale duurzame bronnen optimaliseren.
• Balancering van vraag en aanbod: lange-termijn warmte en koude opslag in WKO en opslag in ondergrondse vaten of buffers op wijkniveau. 
• De ontwikkeling van (warmte) opslagtechnieken op gebouwniveau: efficiënte opwek van tapwater met compacte warmteopslagsystemen en phase-changing materials (PCM’s), thermochemische warmteopslagsystemen. Denk aan TCM's of zoutbatterijen.
• De slimme inzet van (warmte)opslagsystemen om de belasting op het net uit te smeren en in te spelen op variabele stroomprijzen. 

Meer informatie

• Alle informatie over warmtenetten vind je terug op de pagina warmtenet
• Een uitgebreide omschrijving van de werking en opbouw van een 5e generatie warmte- en koudenet lees je in het Technisch Handboek van het Kowanet-project.
• Lees de factsheet warm tapwater voor meer informatie over tapwater en warmtenetten
• Lees meer over bodemenergie en warmte- en koudeopslag (WKO)
• ADGEO - 5th generation district heating and cooling systems as a solution for renewable urban thermal energy supply (copernicus.org)
• Seminar Vijfde Generatie Warmtenetten
• Bestaande warmtenetten in de vijfde versnelling