Warmtepompen en natuurkunde: duurzame verwarming op basis van bodemenergie

Inleiding

In de transitie naar een duurzame toekomst speelt de toepassing van warmtepompen een steeds belangrijkere rol, zowel in de woningbouw als in de renovatiebranche. Deze technologie maakt gebruik van natuurlijke energiebronnen, zoals de bodem, en is een efficiënte manier om woningen te verwarmen en te koelen. De natuurkunde achter warmtepompen, de technische uitvoering en de voordelen van bodemenergie zijn essentieel om te begrijpen bij het overwegen van duurzame energieoplossingen. Dit artikel richt zich op de principes van warmtepompen, het gebruik van bodemenergie, en de praktische toepassingen zoals warmtepompnetten en complete binnenklimaatmodules.

De bronnen waarop dit artikel is gebaseerd tonen aan dat bodemenergie een betrouwbare en duurzame oplossing is voor energiebehoefte in het huishouden. Verder worden de voordelen van warmtepompnetten en het belang van technische begeleiding voor installateurs besproken. Het artikel sluit af met een overzicht van de totale kosten en opbrengsten van warmtepompen op lange termijn.

De natuurkunde van warmtepompen

Een warmtepomp werkt volgens de principes van thermodynamica en maakt gebruik van het verschil in temperatuur tussen de omgeving en het te verwarmen gebouw. In het geval van bodemenergie wordt de warmte van de grond of het grondwater gebruikt. Het rendement van een warmtepomp wordt uitgedrukt in de Coefficient of Performance (COP), die aangeeft hoeveel warmte wordt geleverd per kWh elektriciteit die wordt verbruikt. Voor veel warmtepompen ligt de COP rond de 3,5, wat betekent dat voor elke kWh elektriciteit ongeveer 3,5 kWh aan warmte wordt geleverd.

De werking van een warmtepomp kan worden vergeleken met die van een koelkast, maar dan in omgekeerde richting. In de zomer kan een warmtepomp ook worden gebruikt om de woning te koelen, waarbij het grondwater opgewarmd wordt. Dit maakt warmtepompen tot een flexibele oplossing die zowel verwarming als koeling kan aanbieden.

De temperatuur van de grond op enkele meters diepte varieert in Nederland tussen 10 en 12 graden Celsius, ongeacht de buitentemperatuur. Deze stabiele temperatuur maakt bodemenergie tot een betrouwbare bron van duurzame warmte. Door middel van een bodemlus, die bestaat uit een soort dikke tuinslang, wordt leidingwater door de grond geleid om warmte op te nemen of af te geven.

Bodemenergie: voordelen en toepassing

Bodemenergie wordt vooral toegepast in nieuwbouwprojecten en grootschalige renovaties. Het is een duurzame en efficiënte manier om woningen te verwarmen, zonder de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. Een voorbeeld van de toepassing van bodemenergie is het project in Terborg, waar 27 woningen zijn uitgerust met een warmtepompnet. In plaats van per woning een aparte boring te maken, zijn meerdere woningen aangesloten op één gemeenschappelijke bron. Dit bespaart kosten en vermindert de inmenging in het landschap.

Een typische bodembron bestaat uit een boring van ongeveer 140 meter diepe, waarin een bodemlus is geplaatst. Deze boring kan worden aangebracht voordat de bouw van een woning begint. Eenmaal aangebracht is het systeem in staat om gedurende minstens vijftig jaar schone en gratis energie te leveren. De investering is relatief hoog, maar de terugverdientijd is langzaam maar zeker, en het rendement is op lange termijn aanzienlijk.

Het gebruik van bodemenergie is niet alleen efficiënt, maar ook zeer stil. Warmtepompen werken zonder herkenbare geluiden of geur, wat een extra voordeel is in bebouwde omgevingen. Bovendien is er weinig onderhoud nodig, wat de totale kosten verder vermindert.

Warmtepompnetten: een duurzame oplossing voor bestaande woonwijken

In bestaande woonwijken is het soms lastig om per woning een aparte boring aan te leggen. De ruimte is vaak beperkt door de aanwezigheid van tuinen, opritten en stoepen. Daarom is het concept van een warmtepompnet een betere oplossing. Dit is een micro-warmtenet waarin meerdere woningen aangesloten zijn op één gemeenschappelijke bron. Het is een lokale oplossing die efficiënter en duurzamer is dan individuele installaties.

In Terborg is dit concept al toegepast bij een woonwijk uit de jaren zestig, waar 27 woningen zijn uitgerust met een warmtepompnet. De boringen zijn gemaakt op een openbaar grasveldje, wat de impact op het individuele eigendom verminderde. Daarna volgde een gelijkaardig project in Genderen, waar 64 woningen zijn aangesloten op een warmtepompnet. Deze aanpak is bijzonder geschikt voor grootschalige renovaties en verduurzamingsprojecten.

Hoewel warmtepompnetten efficiënt zijn, is de installatie nog steeds complex voor installateurs. Daarom is het belangrijk dat installateurs goed worden begeleid. Dit kan in de vorm van trainingen of samenwerking bij het ontwerpen van een project. Door dergelijke maatregelen kan de toepassing van warmtepompen op basis van bodemenergie worden versneld en breder worden ingezet.

Binnenklimaatmodules: een compacte oplossing

Voor installateurs is het gebruik van binnenklimaatmodules (BKMs) een praktische oplossing. Een BKM bevat een warmtepomp, een ventilatie-eenheid met warmteterugwinning (WTW) en een voorraadvat voor warm water. Deze modules zijn compact gemaakt, wat het installeren in huizen met beperkte technische ruimte eenvoudiger maakt.

De BKM is ontworpen voor Nederlandse woningen, waar de technische ruimte vaak klein is. De ventilatie-eenheid kan bijvoorbeeld worden geplaatst op z’n kant achter het knieschot of aan het plafond. In sommige gevallen is er helemaal geen technische ruimte beschikbaar. In zulke gevallen zijn creatieve oplossingen mogelijk, zoals het plaatsen van de warmtepomp met voorraadvat op z’n kant buiten het huis, bijvoorbeeld in een bloembak vlak bij de voordeur.

Deze modules zijn niet alleen compact, maar ook eenvoudiger en sneller te installeren. Daardoor worden de installatie- en onderhoudskosten verlaagd, wat de aantrekkelijkheid van warmtepompen voor zowel particuliere eigenaren als vastgoedbeheerders vergroot.

Duurzaam en energieneutraal: de missie van Itho Daalderop

Itho Daalderop is een toonaangevende partij in de duurzame woningbouw en richt zich op energieneutrale en all-electric oplossingen. Het bedrijf levert sinds 2002 water/water warmtepompen en is daarmee marktleider in de nieuwbouw. De missie van Itho Daalderop is “Climate for Life”, wat inhoudt dat woningen duurzamer en gezonder moeten worden gemaakt.

De bodemenergie warmtepompen van Itho Daalderop zijn een betrouwbare en efficiënte oplossing die schone en gratis energie levert. Het gebruik van warmtepompen zorgt voor een lage CO₂-uitstoot en vermindert de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. Bovendien is het systeem zeer stil en vereist weinig onderhoud, wat het aantrekkelijk maakt voor zowel woningcorporaties als particuliere eigenaren.

Ondanks de voordelen zijn warmtepompen niet voor iedereen even toegankelijk. Voor particuliere eigenaren is bodemenergie minder interessant, omdat de kosten van één individuele boring hoog zijn. Daarom richt Itho Daalderop zich vooral op projectmatige nieuwbouw en renovatieprojecten. Deze projecten zijn grootschaliger en kunnen profiteren van de efficiëntie van warmtepompnetten.

De terugverdientijd van warmtepompen

Hoewel de initielev investering in een warmtepompnet of individuele bodemenergie-oplossing hoog is, is de terugverdientijd op lange termijn aanzienlijk. De totale kosten (TCO) van de installatie nemen fors af, omdat er weinig onderhoud is nodig en de energierekeningen lager worden. Een bodembron kan worden aangebracht eenmalig, waarna de energie gedurende vijftig, zestig of zelfs zeventig jaar beschikbaar is.

De investering in een bodemenergie-oplossing is dus een langdurige maatregel die op de lange termijn rendabel is. Voor vastgoedbeheerders is het een verstandige keuze om te investeren in warmtepompen, aangezien de energiekosten op lange termijn aanzienlijk dalen. Bovendien vermindert de overgang naar warmtepompen de druk op het elektriciteitsnet, omdat het gebruik van duurzame energie toeneemt.

De rol van technische begeleiding

Aangezien de installatie van warmtepompen op basis van bodemenergie nog steeds ingewikkeld is voor installateurs, is technische begeleiding van groot belang. Installateurs kunnen worden ondersteund via trainingen of samenwerking bij het ontwerpen van projecten. Deze begeleiding helpt om technische kennis op te bouwen en ervoor te zorgen dat projecten efficiënt worden uitgevoerd.

Het ontwerp van een warmtepompnet of een individuele bodemenergie-oplossing vereist een goed begrip van de technische aspecten. Dit omvat het bepalen van de juiste locatie voor boringen, het dimensioneren van de warmtepomp en het optimaliseren van het energieverbruik. Door samenwerking met specialisten en producenten zoals Itho Daalderop kan deze kennis worden uitgebreid en toegepast in praktijkprojecten.

De toekomst van warmtepompen en bodemenergie

De toekomst van warmtepompen en bodemenergie ziet er veelbelovend uit. Met het opkomen van duurzame energie en de verduurzaming van de woningbouw is bodemenergie een logische keuze. Het is een efficiënte en schone bron van energie die niet alleen het milieu beschermt, maar ook de energiekosten vermindert.

Volgens de berekeningen van David Mackay, hoogleraar natuurkunde aan de universiteit van Cambridge, kan een warmtepomp in combinatie met goede isolatie en duurzame energiebronnen de warmtevraag sterk verlagen. In zijn scenario voor 2050 wordt elektriciteit volledig opgewekt uit duurzame bronnen, wat betekent dat de verliezen in het elektriciteitsopwekken verdwijnen. Hierdoor wordt het gebruik van warmtepompen extra efficiënt en duurzaam.

Mackay benadrukt in zijn boek “Sustainable Energy – without the hot air” de noodzaak om getallen objectief te gebruiken en niet enkel te kiezen voor cijfers die het pleidooi ondersteunen. In dit kader is het belangrijk om de voordelen van warmtepompen en bodemenergie te beoordelen op basis van feiten en berekeningen, in plaats van op emotionele of politieke argumenten.

Conclusie

Warmtepompen en bodemenergie bieden een betrouwbare en duurzame oplossing voor het verwarmen en koelen van woningen. De natuurkunde achter warmtepompen maakt gebruik van de warmte van de grond en het grondwater, wat leidt tot een hoge efficiëntie en lage energiekosten. Door het gebruik van warmtepompnetten en binnenklimaatmodules kan de toepassing van warmtepompen worden versneld en breder worden ingezet.

De investering in warmtepompen is op lange termijn rendabel, omdat de kosten voor energie en onderhoud laag zijn. Voor vastgoedbeheerders is het een verstandige keuze om te investeren in deze technologie, terwijl voor particuliere eigenaren de kosten vaak nog te hoog zijn. De rol van technische begeleiding en training voor installateurs is van groot belang om de toepassing van warmtepompen te versnellen.

In de toekomst zullen warmtepompen en bodemenergie een steeds grotere rol spelen in de duurzame woningbouw en renovatie. Het is een technologie die niet alleen het milieu beschermt, maar ook de energiekosten vermindert en de leefbaarheid van woningen verbetert.

Bronnen

1. Kan Nederland wel duurzaam?
2. Bodemenergie warmtepomp is superieur aan andere systemen