Hoe werkt een grondwaterwarmtepomp: principe, installatie en efficiëntie

In een tijd waarin duurzame energie en energiezuinigheid steeds belangrijker worden, bieden warmtepompen een aantrekkelijke oplossing voor het verwarmen van woningen en gebouwen. Eén van de meest efficiënte varianten is de grondwaterwarmtepomp, die gebruikmaakt van de natuurlijke warmte die in het grondwater is opgeslagen. Deze technologie is geschikt voor woningen met hoge warmtevraag en biedt bovendien de mogelijkheid tot koeling in de zomer. In deze uitgebreide gids wordt het werkingsprincipe van een grondwaterwarmtepomp besproken, worden de installatiemogelijkheden en kosten toegelicht, en wordt ingegaan op voordelen, nadelen en de efficiëntie van deze technologie.

Inleiding

Een grondwaterwarmtepomp, ook wel water/water-warmtepomp genoemd, is een duurzaam verwarmingssysteem dat warmte onttrekt aan grondwater. Het systeem maakt gebruik van een open systeem, waarbij grondwater uit een put wordt opgepompt, de warmte wordt onttrokken, en het afgekoelde water vervolgens via een andere put weer wordt teruggepompt in de bodem. Dit proces maakt het mogelijk om de woning te verwarmen, maar ook om in de zomer te functioneren als airco door overtollige warmte af te voeren naar de bodem.

Hoewel de investeringen hoog zijn, biedt een grondwaterwarmtepomp een aantrekkelijke langdurige oplossing voor het verwarmen van woningen en gebouwen. Het rendement is behoorlijk hoog, vooral vanwege de constante temperatuur van grondwater, maar de installatie is ingrijpend en vereist een goed dimensioneringsplan. In de volgende secties worden de werking, installatie, efficiëntie en aspecten zoals voor- en nadelen van dit systeem nader toegelicht.

Werking van een grondwaterwarmtepomp

De werking van een grondwaterwarmtepomp is gebaseerd op het principe van warmteoverdracht. De warmtepomp haalt warmte uit het grondwater, verwerkt deze via een cyclus van verdamping, compressie, condensatie en expansie, en geeft deze weer af aan het verwarmingssysteem van de woning.

1. Opname van warmte uit grondwater

Het systeem begint met het pompen van grondwater uit een put. Deze put is meestal tussen 25 en 200 meter diep, afhankelijk van de bodemsamenstelling. Het grondwater, dat een constante temperatuur heeft, wordt via een buis in een warmtewisselaar gebracht. Hier treedt warmteoverdracht op van het grondwater naar een koelvloeistof in de warmtepomp.

2. Warmtetransport naar de warmtepomp

De koelvloeistof, vaak een mengsel van water en antivries, neemt de warmte op uit het grondwater en transporteert deze naar de warmtepomp, die zich binnen de woning bevindt. Deze vloeistof is ontworpen om op lage temperaturen nog warmte op te nemen.

3. Compressie en opwaardering van de warmte

Binnen de warmtepomp verdampt de koelvloeistof bij lage temperatuur. Deze damp wordt vervolgens samengeperst door een compressor. Tijdens dit proces stijgt zowel de druk als de temperatuur van de damp. De temperatuur wordt zo hoog dat de warmte bruikbaar is voor het verwarmingssysteem.

4. Warmteafgifte aan het verwarmingssysteem

De opgewarmde damp geeft via een warmtewisselaar (condensor) de warmte af aan het verwarmingssysteem van de woning. Dit kan vloerverwarming, radiatoren of convectoren zijn. Ook kan het systeem worden gebruikt om het tapwater te verwarmen.

5. Expansie en cyclus herhaling

De druk van de koelvloeistof wordt verlaagd via een expansieventiel. Hierdoor daalt de temperatuur en kan de cyclus opnieuw beginnen. De koelvloeistof keert terug naar de warmtewisselaar om opnieuw warmte op te nemen uit het grondwater.

6. Afvoeren van overtollige warmte

In de zomer kan het systeem ook worden omgekeerd. Dan wordt de warmte uit de woning afgevoerd naar de aardbodem. Het warme water wordt afgevoerd naar een put, waar het de overtollige warmte afstaat aan de koelere bodemtemperatuur. Dit maakt het systeem geschikt voor zowel verwarming als koeling.

Installatie van een grondwaterwarmtepomp

De installatie van een grondwaterwarmtepomp is ingrijpend en vereist een goed dimensioneringsplan. Het systeem bestaat uit meerdere componenten, waaronder de warmtepomp, de buisinstallatie, de warmtewisselaar en de putten voor het op- en afvoeren van grondwater. Hieronder worden de belangrijkste installatiestappen toegelicht.

1. Dimensionering en planning

Voordat de installatie begint, is het belangrijk om het systeem goed te dimensioneren. Dit houdt in dat de warmtevraag van de woning wordt bepaald en dat de warmtecapaciteit van de grondwaterbron wordt beoordeeld. De warmtepomp moet geschikt zijn voor de warmtevraag, maar niet overdimensioneerd worden, want dat kan leiden tot inefficiëntie en verhoogde kosten.

2. Aanleg van putten

Voor een grondwaterwarmtepomp zijn meestal twee putten nodig: één voor het opvoeren van grondwater en één voor het terugvoeren van afgekoelde grondwater. De diepte van de putten hangt af van de bodemsamenstelling en kan variëren tussen 25 en 200 meter. Het boren van deze putten is een kostbare en ingrijpende klus, die vaak gedaan wordt door gespecialiseerde bedrijven.

3. Aanleg van de buisinstallatie

De buisinstallatie verbindt de putten met de warmtepomp. Deze buizen bevatten de koelvloeistof en moeten goed geïsoleerd zijn om warmteverliezen te voorkomen. De buizen worden ondergronds gelegd en moeten zorgvuldig aangelegd worden om lekken of beschadigingen te voorkomen.

4. Installatie van de warmtepomp

De warmtepomp zelf wordt meestal binnen de woning geïnstalleerd. Het apparaat moet toegankelijk zijn voor onderhoud en moet voldoen aan de ruimte-eisen. De warmtepomp is aangesloten op het verwarmingssysteem en op het tapwaterstelsel. In sommige gevallen is een apart boilervat nodig voor het opslaan van warm tapwater.

5. Aanleg van het verwarmingssysteem

Het verwarmingssysteem moet aangepast zijn aan de laagtemperatuur van de warmtepomp. Dit betekent dat er sprake moet zijn van een efficiënt verwarmingssysteem, zoals vloerverwarming of lage-temperatuur-radiatoren. Een goede isolatie van de woning is ook belangrijk om de efficiëntie van het systeem te maximaliseren.

Efficiëntie van een grondwaterwarmtepomp

De efficiëntie van een grondwaterwarmtepomp is een van de belangrijkste voordelen van dit systeem. Omdat grondwater een constante temperatuur heeft, is de warmteopname betrouwbaar en het rendement hoog. Hieronder worden de belangrijkste factoren genoemd die de efficiëntie bepalen.

1. Coefficient of Performance (COP)

De COP is een maat voor het rendement van een warmtepomp. Het geeft aan hoeveel warmte de warmtepomp levert per kWh elektriciteit die het verbruikt. Bij een grondwaterwarmtepomp kan de COP variëren tussen 4 en 6. Dit betekent dat voor elke kWh elektriciteit die wordt verbruikt, 4 tot 6 kWh warmte wordt opgewarmd. Dit maakt de grondwaterwarmtepomp een zeer efficiënte oplossing.

2. Seizoenen en buitentemperatuur

Hoewel de temperatuur van het grondwater in de winter hoger is dan in de lucht, kan het rendement van de warmtepomp in extreme kou iets dalen. Omdat grondwater echter minder onderhevig is aan temperatuurvariaties dan lucht, is het rendement van een grondwaterwarmtepomp in de winter nog steeds behoorlijk hoog.

3. Isolatie en bouwconstructie

Een goede isolatie van de woning is essentieel voor de efficiëntie van de warmtepomp. Als de woning goed geïsoleerd is, is er minder warmteverlies en is de warmtevraag lager. Dit zorgt ervoor dat de warmtepomp minder vaak hoeft te werken en dus energiezuiniger is.

4. Verwarmingssysteem

Het verwarmingssysteem moet aangepast zijn aan de laagtemperatuur van de warmtepomp. Vloerverwarming en lage-temperatuur-radiatoren zijn de meest geschikte opties. Deze systemen kunnen warmte efficiënt afgeven bij lage temperatuur en zorgen zo voor een hoger rendement van de warmtepomp.

Voordelen van een grondwaterwarmtepomp

Hoewel de investering in een grondwaterwarmtepomp hoog is, biedt het systeem een aantal aantrekkelijke voordelen die het rendabel maken op lange termijn. De belangrijkste voordelen zijn:

1. Energiezuinig en duurzaam

Een grondwaterwarmtepomp maakt gebruik van gratis energie uit het grondwater, wat het systeem zeer energiezuinig maakt. Het verbruikt slechts een fractie van de elektriciteit die nodig is om het verwarmingssysteem te bedienen, waardoor de CO₂-uitstoot lager is dan bij traditionele verwarmingssystemen.

2. Hoog rendement

Zoals eerder besproken, heeft een grondwaterwarmtepomp een hoge COP, wat betekent dat het rendement hoog is. Dankzij de constante temperatuur van het grondwater is de warmteopname betrouwbaar, ook in de winter.

3. Dubbele functie: verwarming en koeling

Een grondwaterwarmtepomp kan ook worden gebruikt als airco in de zomer. In deze modus wordt de warmte uit de woning afgevoerd naar de bodem, wat het systeem zeer flexibel maakt.

4. Vervanging van de cv-ketel

Een grondwaterwarmtepomp kan de cv-ketel volledig vervangen. Dit betekent dat er geen gasverbruik is, wat het systeem aantrekkelijk maakt voor woningen die willen switchen naar een all-electric oplossing.

5. Subsidie beschikbaar

In Nederland zijn er subsidies beschikbaar voor de installatie van warmtepompen, waaronder grondwaterwarmtepompen. Deze subsidies kunnen helpen om de investeringskosten te verlagen en maken het systeem financieel aantrekkelijker.

Nadelen van een grondwaterwarmtepomp

Hoewel een grondwaterwarmtepomp een aantal aantrekkelijke voordelen biedt, zijn er ook een aantal nadelen die in overweging genomen moeten worden. De belangrijkste nadelen zijn:

1. Hoge investeringskosten

De installatie van een grondwaterwarmtepomp is kostbaar. Het boren van putten, de aanleg van de buisinstallatie en de aankoop van de warmtepomp zelf maken de totale investering aanzienlijk. Dit maakt het systeem minder toegankelijk voor woningen met een beperkt budget.

2. Ingrijpende installatie

De installatie van een grondwaterwarmtepomp is ingrijpend en vereist een grondige aanpassing van het verwarmingssysteem. Dit betekent dat er veel werk is aan de woning, wat ongemakken kan veroorzaken en eventueel extra kosten kan opleveren.

3. Permissie en toezicht

Het boren van putten en het gebruik van grondwater is in Nederland gereguleerd. Het aanleggen van een grondwaterbron vereist een vergunning van de gemeente of het waterschap. Dit betekent dat het systeem niet overal toegestaan is en dat het verloren kan gaan aan tijd om de benodigde permissies te verkrijgen.

4. Aanpassingen aan het verwarmingssysteem

Het verwarmingssysteem moet aangepast zijn aan de laagtemperatuur van de warmtepomp. Dit betekent dat er sprake moet zijn van een efficiënt verwarmingssysteem, zoals vloerverwarming of lage-temperatuur-radiatoren. Deze aanpassingen kunnen extra kosten opleveren.

5. Beperkte toepassing in kleine woningen

Vanwege de hoge investeringskosten en de ingrijpende installatie is een grondwaterwarmtepomp meestal alleen rendabel in woningen met een hoge warmtevraag. In kleine woningen of appartementen is het systeem vaak niet economisch verantwoord.

Aanvullende informatie over warmtepompen

Hoewel deze gids zich voornamelijk richt op grondwaterwarmtepompen, zijn er ook andere soorten warmtepompen die in overweging genomen kunnen worden, afhankelijk van de situatie van de woning. Hieronder volgt een korte overzicht van enkele van deze varianten:

Conclusie

Een grondwaterwarmtepomp is een duurzame en efficiënte oplossing voor het verwarmen van woningen en gebouwen. Het systeem maakt gebruik van de constante temperatuur van grondwater en kan zowel verwarmen als koelen. De werking van de warmtepomp is gebaseerd op het principe van warmteoverdracht, waarbij warmte wordt onttrokken aan het grondwater, opgewaardeerd en afgegeven aan het verwarmingssysteem.

Hoewel de investeringen hoog zijn, biedt een grondwaterwarmtepomp een aantal aantrekkelijke voordelen, zoals energiezuinigheid, hoge efficiëntie en dubbele functie. De installatie is echter ingrijpend en vereist een goed dimensioneringsplan. Daarnaast zijn er beperkingen, zoals de noodzaak van permissies en aanpassingen aan het verwarmingssysteem.

Voor woningen met een hoge warmtevraag en voldoende ruimte kan een grondwaterwarmtepomp een uitstekende keuze zijn. Het is echter belangrijk om alle factoren te overwegen, zoals de locatie, de bodemsamenstelling, de warmtevraag en de budgettaire mogelijkheden.

Bronnen

1. Viessmann – Grond/Water-warmtepomp
2. Bobex – Grond-water-warmtepomp
3. Viessmann – Warmtepompen
4. Duurzaamheidsvergelijker – Hoe werkt een warmtepomp
5. Duurzamemonumentenbrabant – Water/Water-warmtepomp