Opwarming van drinkwater

Tijdens het transport van drinkwater via ondergrondse leidingen warmt dit door de temperatuur van de bodem op. Een opgewarmde bodem op 1 meter diepte kan ertoe leiden dat de wettelijke maximumwaarde van 25 °C aan de tap wordt overschreden. Klimaatverandering, een toename van antropogene warmtebronnen door verstedelijking en de energietransitie zorgen voor een warmere (stedelijke) bodem en verhogen daarmee de kans op overschrijding van deze temperatuurnorm. Dit kan grote gevolgen hebben voor de drinkwaterkwaliteit.

De invloed van de bodemtemperatuur op het drinkwater kan bijvoorbeeld worden beperkt door bij aanleg van de ondergrondse infrastructuur de onderlinge afstand tussen leidingen te vergroten. Voor het onderbouwen van zulke keuzes moet bekend zijn hoe de drinkwatertemperatuur wordt beïnvloed, met name door antropogene warmtebronnen zoals warmtenetten en elektriciteitskabels. TKI ENGINE is een project dat de kennis over warmteoverdracht tussen bodem, drinkwater en warmtenetten heeft vergroot en hiervoor praktische tools heeft ontwikkeld.

Technologie

Om een uitspraak te kunnen doen over gewenste minimale afstanden tussen warmtebronnen en drinkwaterleidingen, moet onder allerlei omstandigheden duidelijk zijn wat de invloed van die bronnen is op de bodemtemperatuur. We hebben het dan bijvoorbeeld over grondsoort, seizoenen, diameters van leidingen en leidingmateriaal. Omdat het uitvoeren van een aantal metingen hier nooit voldoende zicht op geeft, is een goed model nodig.

In de ontwikkeling van het model gaat het om een zeer complex en dynamisch systeem. Er vindt op meerdere manieren warmte-uitwisseling plaats: tussen atmosfeer en bodem, tussen bodem en warmwaterleiding en tussen bodem en drinkwaterleiding. Ook is sprake van significant verschillende tijdschalen: minuten tot maanden (veranderingen in atmosfeer), uren tot dagen (warmteoverdracht door de bodem), uren (verblijftijd van water in de leiding) en dagen (warmte-uitwisseling van water en bodem). Daarom koppelen we een aantal modellen aan elkaar, in plaats van alles in één overkoepelend model te vatten. Het gaat om een bodemtemperatuurmodel (BTM+) en een watertemperatuurmodel (WTM+).

Uitdaging

Eerder ontwikkelde bodemtemperatuurmodellen (BTM) zijn in dit project geïntegreerd en verbeterd tot een (tweedimensionaal) BTM+ model waarmee naast de ondergrondse leidingen ook het weer (als tijdreeks) en de bovengrondse inrichting wordt meegenomen in de berekening van bodemtemperaturen.

Het eerder ontwikkelde watertemperatuurmodel is aangevuld met de schil van bodemmateriaal rond de drinkwaterleiding dat een vertragend effect heeft op de opwarming van drinkwater. Dit model heet het WTM+ model. Het WTM+ maakt gebruik van een bodemtemperatuur als randvoorwaarde, en deze randvoorwaarde volgt uit het BTM+. Het WTM+ berekent de drinkwatertemperatuur in een heel leidingnet op alle tijdstippen van de dag. De basis hiervoor is de software EPANET2 waarmee een hydraulisch netwerkmodel wordt doorgerekend. WTM+ is de extra schil daarin die de temperatuur van het water berekend.

Beide modellen zijn uitgebreid gevalideerd. Er zijn metingen gedaan van bodemtemperaturen rond waterleidingen in een grote labopstelling in de ICAIR- opstelling van de universiteit van Sheffield, en bodemtemperaturen rond een1 km lange Ø160 mm PVC leiding van Evides. In die laatste leiding zijn ook drinkwatertemperaturen gemeten bij verblijftijden tussen de 1 en 24 uur, en er zijn drinkwatertemperaturen gemeten in twee wijken in Almere. Het BTM+ is gevalideerd met de bodemtemperatuurmetingen in Sheffield en bij Evides, en de absolute afwijking is kleiner dan 2,0 °C. Het WTM+ is gevalideerd met de drinkwatertemperatuurmetingen en BTM+ uitkomsten in de leiding van Evides en het leidingnetwerk van Almere. De absolute afwijking is kleiner dan 1,0 °C.

Resultaat

Met het BTM+ zijn veel gestandaardiseerde situaties doorgerekend, waarin is gevarieerd met diameters van drinkwater- en warmteleidingen, de onderlinge afstand, diepteligging, bodembedekking en grondsoort. De resultaten van al die berekeningen zijn toegankelijk gemaakt in een zogenaamde experttool. Het BTM+ is ontwikkeld met open source software, en wordt beschikbaar gesteld.

Het WTM+ is beschikbaar voor de gebruikers. Daarnaast is ook met het WTM+ een groot aantal standaard situaties doorgerekend. De resultaten daarvan zijn gepresenteerd als overschrijdingstabellen die weergeven hoeveel procent van de huisaansluitingen een bepaald aantal graden hogere drinkwatertemperatuur ondervinden ten gevolge van het warmtenet.

Het is vervolgens aan de gebruikers om te bepalen welke mate van beïnvloeding acceptabel is en dus welke afstanden gehanteerd zouden moeten worden in de normen. Met de resultaten van dit project kan de Nederlandse norm voor de ruimtelijke ordening van ondergrondse netten (NEN7171) worden bijgesteld. De deelnemende partners zorgen dat hiervoor de ontwikkelde kennis wordt ingebracht.

Op basis van de resultaten is in beeld gebracht  welke ruimte er is voor warmtenetten in de energietransitie zonder dat dit  te nadelig is voor de drinkwaterkwaliteit. De voorwaarde is dan wel dat er van uitgegaan kan worden dat niet alle drinkwaterleidingen een warmtenet dichtbij hebben liggen. Er lijkt dan ruimte voor korte stukken leiding om dichterbij te liggen. De aanbeveling is om uitzonderingen per geval te bekijken.

De invloed van klimaat, bodemsoort, bodembedekking (incl. diepte) is zeer groot, en moet ook worden beschouwd. Met klimaatverandering en zonder maatregelen tegen bovengrondse opwarming zal de drinkwatertemperatuur toenemen, onafhankelijk van eventuele warmtenetten of andere ondergrondse warmtebronnen.

In het project is alleen gekeken naar temperaturen aan de tap, en niet de temperatuur van het drinkwater of de drinkwaterleiding onderweg, bijv. ter plekke van een kruising. Aanbevolen wordt om het effect van die lokale opwarming op de volksgezondheid nader te onderzoeken.