De efficiëntie van het onttrekken van warmte aan toplagen van sportvelden draait om de vraag: ‘hoe onttrek ik met de minste input, de meeste warmte?’ In essentie, hoe creëer je de meest ongestoorde warmtegeleiding van contactoppervlak tot in de warmte-opslag. Om dat vast te stellen is afgelopen zomer een onderzoek gestart.
Het verschil in rendement tussen de verschillende technieken die warmte uit kunstgrasvelden onttrekken zodat het op een later tijdstip en, eventueel, elders kan worden benut, wordt met name door de keuze van de leidingen en de stroomsnelheid van de vloeistof bepaald, stelt Rob de Heer van Sport Pitch Systems. De Heer werkt al jaren met leidingsystemen voor sportvelden, waaronder die voor veldverwarming en drainage. “Veel hangt af van het materiaal waarvan de buis is gefabriceerd, de buisdiameter en de stroomsnelheid van de vloeistof die ingezet wordt om de warmte uit de kunstgrasmat te onttrekken.” Dat vereist dus een nauwkeurige afstemming van de pompcapaciteit, layout van de leidingen matrix en een goede keuze voor wat betreft het systeem van warmteoverdracht (warmtewisselaar).
Om praktijkgegevens te verzamelen, is hij deze zomer een onderzoek gestart. “We hebben proefstroken met drie verschillende technieken geïnstalleerd en die monitoren we 24 uur per dag. De testvelden simuleren een leiding lengte van 75 meter en daarmee de breedte van een kunstgras voetbalveld. Daarnaast leggen we de relevante weersgegevens vast zoals zoninstraling, omgevingstemperatuur, gevoelstemperatuur en relatieve vochtigheid.” De Heer wil zo het algoritme voor alle parameters van de energieoverdracht in kaart brengen zodat straks, op basis van KNMI-gegevens, een goede voorspelling kan worden gedaan van de efficiëntie van een bepaalde kunstgrastoepassing die tevens warmte moet gaan verzamelen. “Het ultieme doel is de markt voorzien van een realistische systeemsturing waarbij vooraf, op basis van weersvoorspelling, kan worden besloten of er warmte moet worden geoogst of dat het op bepaalde momenten zinloos is om de pompen aan te zetten.” Finetuning is waar het om draait, zo is hij van mening.
Beperkt rendement
De hoeveelheid energie die de zon dagelijks uitstraalt ligt bijna 11.000 keer hoger dan de wereldwijde behoefte op één dag. Toch is momenteel niet de instraling van de zon op de kunstgrasmat bepalend voor het rendement van het kunstgrasveld. “Op een warme dag meet je zo’n 400 tot 500 watt per vierkante meter. De huidige technieken staan nog niet toe om al die energie te winnen.” Hij schat dat een debiet van meer dan 100 kuub per uur optimaal is om energie te verzamelen. Dat is echter weer niet realistisch omdat de meeste WKO-systemen waar de warmte uiteindelijk naar toe gaat, zijn gedimensioneerd op debiteren van 60 tot 70 kuub per uur.” Bovendien spelen de standaard kunstgrasmatten die op dit moment worden toegepast, niet in op het ‘oogsten’ van warmte. “Uit het onderzoek bleek dat slechts een zesde van die energie nu kan worden gewonnen.”
“Veel hangt af van het materiaal waarvan de buis is gefabriceerd, de buisdiameter en de stroomsnelheid van de vloeistof die ingezet wordt om de warmte uit de kunstgrasmat te onttrekken”
Dat één enkel kunstgrasveld momenteel toch al in staat is om elke honderden woningen te verwarmen, toont maar eens aan wat er allemaal kan als elk component van zo’n kunstgrassysteem daarop speciaal wordt afgestemd. “Maar dan moeten er wel speciale kunstgrasvezels worden toegepast die ontwikkeld zijn met het oog op het geleiden van warmte naar de onderbouw,” zo verwacht De Heer. “En ook de backing zal aangepast moeten worden want ook dat is nu een storende laag.” Dat we nu langzaamaan van het SBR-infill weg gaan, noemt hij geen gemis. Uit een ander onderzoek bleek dat zwart SBR-rubber géén bijdrage levert aan de wartmewinning ondanks de ervaring dat de temperatuur op kunstgrasvelden met SBR-granulaat ’s zomers fors omhoog gaat. Rubber en zand zijn juist isolators zijn in plaats van geleiders. Hun aanwezigheid in de toplaag voorkomt juist overdracht naar de techniek in de onderbouw.
Invloed van de slang
De Heer bekeek in zijn onderzoek ook of het gebruik van specifieke leidingen invloed heeft op het rendement van de toepassing. “In sommige industrieën worden leidingen met een metalen mantel toegepast omdat die een hoger rendement behalen. De keerzijde daarvan is dat dit soort leidingen zo’n vijf keer duurder zijn dan de PE of PP leidingen die nu voor sportvelden worden toepast.” Voor het onderzoek vergeleek hij daarom leidingen met aluminium inlage en van polyethyleen (PE) met elk een diameter van 20 en 25 mm. Ook onderzocht hij een PE-leiding met een speciale filler voor een betere warmtegeleiding. Het rendement van die laatste bleek het hoogste van de verschillende leidingen.
Het onderzoek heeft duidelijk gemaakt dat het potentie van kunstgrasvelden als energiebron voor het leveren van warmte, niet ter discussie staat. “Bij de start van ons onderzoek hadden we gedacht dat we zo’n 1 miljoen kWh uit een veld zouden moeten kunnen halen. De realiteit is echter dat dat eerder richting de anderhalf tot twee miljoen kWh gaat.” Wanneer het gehele systeem nog zorgvuldiger op elkaar wordt afgestemd, zou dat rendement nog wel eens veel forser ophoog kunnen gaan. “Het zou fantastisch zijn wanneer ook de kunstgrasfabrikanten actief met warmte-winning uit kunstgras aan de slag gaan en hun kunstgrasmatten en sporttechnische constructies daarop gaan aanpassen. Dan ontstaat er pas echt een krachtcentrale,” aldus De Heer.
Meerdere oplossingen
Meerdere aannemers bieden inmiddels elk een eigen oplossing om warmte uit een kunstgrasveld te onttrekken zodat deze elders (en op een later moment) kan worden benut.
Collectorveld
Het Collectorveld dat door aannemers Finovi en Sallandse United wordt aangeboden kenmerkt zich door een laag schuimbeton met daarop speciale plastic tegels met daarin de buizen met vloeistof die de warmte onttrekken aan de toplaag. Het schuimbeton heeft, naast een ondersteunende, een isolerende waarde. Dankzij die isolerende laag blijft warmte in de toplaag beschikbaar voor onttrekking en wordt warmteverlies richting de bodem voorkomen.
Energieveld
Bij de oplossing van Antea Sport en Aendless Energy worden de vloeistofbuizen juist in de lavalaag aangebracht. Volgens hen heeft de lava een hoog warmte absorberend vermogen en is verlies naar de onderlaag, minimaal. Het gewicht en de massa van de lavalaag voorkomen vervorming van de toplaag wanneer de buizen, onder invloed van de warmte, gaan ‘werken’.
Leidingen in shock pad
CSC Sport plaatst voor haar oplossing de buizen in een ProPlay shock pad. Dit concept wordt al regelmatig in Scandinavië toegepast. Producent Schmitz Foam Products heeft daarom een specifieke shock pad ontwikkeld waarin ruimte voor dit soort buizen is vrijgelaten. De shock pad wordt onder de lavalaag geplaatst waardoor uitzetting of krimping van die buizen onder invloed van de warmte, geen effect heeft op de toplaag. Het geheel kent hogere warmtepieken wat meer warmteoogst mogelijk maakt.
Thermolayer
Domo Sports Nederland (DSN) verwerkt de buizen juist in een e-layer. Deze laag draagt bij aan de sporttechnische waardes van het sportveld. Omdat het, in feite, een soort asfaltlaag is absorbeert het ook warmte. DSN voegt aan de laag speciale geleiders toe die ervoor moeten zorgen dat de warmte maximaal wordt gebonden en richting de buizen wordt geleidt die de warmte moeten onttrekken aan de laag.
Net als met lava en zand, is de warmte in de asfaltlaag constant. Daardoor is warmteonttrekking al vroeg in de dag mogelijk, en kan dit tot later op de dag doorgaan.
Krachtigere koppelingen
Ook uit het Collectorveld in Eindhoven zijn inmiddels lessen getrokken waarop nu wordt voortgebouwd. “Het bleek dat de koppelingen die we aanvankelijk hadden gebruikt voor de leidingen te zwak waren voor de vloeistofdruk die ze ervaarden,” erkent Teun Wouters van Finovi. Onder het korfbalveld was zo’n zes kilometer aan leidingen aangebracht die gevuld waren met glycol. Voor de koppelingen betekende het systeem een druk van 10 bar. Daarnaast lagen de leidingen recht onder de kunstgrasmat. “Die leidingen begonnen onder invloed van de warmte die ze transporteerden, uit te zetten of te krimpen. Dat werkte door in de vlakheid van de kunstgrasmat wat het spel en de spelbeleving niet ten goede kwam.” Het veld in Eindhoven was afgewerkt met een zandingestrooid kunstgras voor korfbal. Een dergelijke toplaag laat weinig ruimte voor de compensatie van (tijdelijke) oneffenheden in de onderbouw. “Inmiddels hebben we het systeem hier op aangepast. We gebruiken nu sterkere koppelingen. Daarnaast hebben we de buizen voor het Collectorveld in Zaanstad nu onder de lavalaag geplaatst.” Het gewicht van die laag moet vervorming van de kunstgras toplaag voorkokmen. Wouters beschouwt de ervaring niet als teleurstellend. “Nee. We leren juist van de problemen en fouten die we ervaren. Dergelijke kennis is essentieel als je nastreeft om goede velden te bouwen.”
