Ondergrondse warmtepomp: Werking, voordelen en toepassingen

Een ondergrondse warmtepomp is een duurzame oplossing voor het verwarmen en eventueel ook het koelen van woningen en gebouwen. Deze warmtepompen halen warmte uit de bodem, waar de temperatuur het hele jaar door vrij constant blijft. Dit artikel biedt een gedetailleerde uitleg over de werking van een ondergrondse warmtepomp, de verschillende systemen die beschikbaar zijn, de voordelen van deze technologie, en de belangrijkste aandachtspunten bij de installatie.

Hoe werkt een ondergrondse warmtepomp?

Een ondergrondse warmtepomp werkt op dezelfde manier als andere warmtepompen: thermische energie wordt uit de omgeving opgezogen en verder verwerkt om verwarmings- of koelwarmte te genereren. In dit geval is de omgeving de bodem. Er zijn twee hoofdmethoden om warmte uit de bodem te halen: via geothermische collectoren of via geothermische sondes. De keuze hangt af van factoren als de beschikbare ruimte, de grondgesteldheid en het benodigde warmtevermogen.

Geothermische collectoren

Geothermische collectoren worden horizontaal onder de grond gelegd, meestal op een diepte van 1 tot 2 meter. Ze bestaan uit een leidingsysteem dat in een kronkelig patroon is aangelegd. Door deze leidingen stroomt een vorstbestendige vloeistof die de warmte uit de bodem opneemt. Deze vloeistof transporteert de warmte vervolgens naar de warmtepomp, waar de thermische energie verder verwerkt wordt.

De grootte van de geothermische collectoren hangt af van het benodigde warmtevermogen van het gebouw. Doorgaans is de benodigde oppervlakte 1,5 tot 2 keer zo groot als de te verwarmen ruimte. Het rendement van de collectoren is sterk afhankelijk van de grondgesteldheid. Leidingen mogen bijvoorbeeld niet onder asfalt of bebouwd terrein worden geplaatst.

Geothermische sondes

Geothermische sondes halen warmte uit diepere grondlagen, meestal tot een diepte van 100 meter. Deze verticale warmtewisselaars worden aangelegd door gespecialiseerde grondboorbedrijven. De diepte en het aantal sondes zijn afhankelijk van factoren zoals het warmtevermogen van de warmtepomp, de grondgesteldheid en de beschikbare ruimte op het perceel.

Deze systemen vereisen minder oppervlakte dan geothermische collectoren, waardoor ze geschikt zijn voor locaties waar ruimte beperkt is. De temperatuur van het water dat uit de sonde komt, is vrij constant, wat het systeem efficiënt maakt. Er zijn ook andere vormen van verticale wisselaars zoals heipalen of korte sondes.

Gesloten versus open systemen

Er zijn twee soorten bodemenergiesystemen: gesloten systemen en open systemen.

Gesloten systemen

Bij een gesloten systeem wordt een vloeistof (zoals een mengsel van water en niet-giftig glycol) door een buizensysteem geleid dat contact maakt met de bodem. De vloeistof neemt warmte op uit de bodem en brengt die door naar de warmtepomp. Omdat het systeem gesloten is, is er geen risico op vervuiling van de bodem. Gesloten systemen zijn onderhoudsarm en geschikt voor individuele huizen of kleinere panden.

De warmtepomp in een gesloten systeem is aangesloten op het centrale verwarmingssysteem. Het systeem kan zowel verwarmen als koelen. In de zomer kan warmte uit het huis worden teruggegeven aan de bodem, wat ervoor zorgt dat de bron in balans blijft. Deze regeneratie is belangrijk om de temperatuur van de bron over de jaren heen constant te houden.

Open systemen

In een open systeem wordt water rechtstreeks uit een ondergrondse bron onttrokken. Na gebruik wordt het water weer teruggepompt in de bodem. Open systemen vereisen meestal een vergunning en zijn meestal toegepast in centrale verwarmingsinstallaties voor blokken of grote utiliteiten. Ze zijn minder geschikt voor individuele woningen vanwege de hogere vergunningseisen en het risico op vervuiling.

Voordelen van een ondergrondse warmtepomp

De ondergrondse warmtepomp biedt een aantal aanzienlijke voordelen zowel qua ecologie als qua economie.

Ecologische voordelen

• Duurzame energiebron: Ondergrondse warmtepompen maken gebruik van geothermische energie, een vorm van duurzame energie. Dit helpt bij de vermindering van de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en bijdraagt aan een lagere CO2-uitstoot.
• Lage emissies: Omdat er geen verbrandingsproces is, zijn de emissies zeer laag. Dit maakt het systeem zeer geschikt voor milieuvriendelijke gebouwen.
• Bronregeneratie: Bij het koelen in de zomer wordt warmte teruggegeven aan de bodem, zodat de bron in balans blijft. Dit zorgt voor een duurzame cyclus.

Economische voordelen

• Lange levensduur: Geothermische collectoren en sondes hebben een lange levensduur. De units zijn onderhoudsvriendelijk en bevatten weinig bewegende delen.
• Subsidies mogelijk: Aan de aanschaf van een grond/water-warmtepomp kan vaak een subsidie worden gekoppeld.
• Laag onderhoud: Omdat het systeem onder de grond ligt en geen buitenunit nodig is, zijn er minder onderhoudsproblemen dan bij andere warmtepompsystemen.

Aandachtspunten bij installatie en gebruik

Hoewel een ondergrondse warmtepomp veel voordelen biedt, zijn er ook belangrijke aandachtspunten bij de installatie en het gebruik van het systeem.

Vergunningen

Het aanleggen van een bron is in de meeste gevallen vergunningsplichtig. Het type vergunning hangt af van het type systeem en de locatie. Bij een open bron zijn de eisen strenger, vooral als het maximaal verpompte volume per uur hoger is dan 10 m³. Bij een gesloten bron zijn de regels minder strikt, maar is er toch vaak een vergunning nodig.

Voor warmteterugwinning uit ventilatielucht is in sommige gevallen geen vergunning nodig. Bij plaatsing van een lucht-warmtewisselaar aan de buitenkant van een huis is wel een bouwvergunning of melding bij de gemeente vereist. Het is verstandig om contact op te nemen met de gemeentelijke dienst bouw- en woningtoezicht voor meer informatie.

Dimensionering en systeemontwerp

Het correct dimensioneren van de warmtepomp en het warmtewisselingsysteem is belangrijk voor de efficiëntie van het systeem. Het warmteverlies van het gebouw moet nauwkeurig worden bepaald om de juiste warmtecapaciteit te garanderen. Te weinig vermogen leidt tot onvoldoende verwarming, te veel vermogen zorgt voor onnodig verbruik en lage COP-waarden (Coefficient of Performance).

Verwarmings- en afgiftesystemen

Een ondergrondse warmtepomp vereist lage-temperatuur afgiftesystemen zoals vloerverwarming of warme plafonds. Deze systemen zijn efficiënter bij lagere temperaturen dan radiatoren. Daarnaast is goede isolatie van het gebouw essentieel om warmteverliezen te beperken en het rendement van de warmtepomp te optimaliseren.

Bij een all-electric systeem is een warmwaterboiler nodig voor het leveren van warm tapwater. Deze wordt meestal naast de binnenunit van de warmtepomp geplaatst.

Toepassingen en geschiktheid

Ondergrondse warmtepompen zijn geschikt voor verschillende toepassingen:

• Individuele woningen: Voor individuele woningen wordt vaak een gesloten systeem gebruikt. De meeste woningen voldoen aan de eisen voor een horizontale of verticale warmtewisselaar.
• Blokverwarming en grotere utiliteiten: Voor centrale verwarmingsinstallaties worden vaak open systemen gebruikt. Deze zijn geschikt voor blokken, kassen of fabrieken.
• Monumenten en historische woningen: In sommige gevallen is een bodemwater-warmtepomp een geschikte oplossing voor monumentale panden. De systemen zijn discreet en kunnen worden aangelegd zonder veel invloed op de oorspronkelijke bouwstructuur.

Funderingspalen als warmtewisselaar

Een relatief nieuwe toepassing is het gebruik van funderingspalen als warmtewisselaar. In een nieuw aangebrachte funderingspaal wordt een buizensysteem ingebracht. Deze wordt op de warmtepomp aangesloten en dienst als warmtewisselaar. Deze methode is vooral geschikt bij funderingsherstelprojecten.

Kort overzicht van de systemen

Uitbreidingen en integratie

Een ondergrondse warmtepomp kan worden uitgebreid of geïntegreerd met andere duurzame technologieën, zoals:

• Zonnewarmte: Om de temperatuur van de bron te regenereren in de winter kan zonnewarmte worden gebruikt. Dit zorgt ervoor dat de bron niet verkoelt en het systeem blijft functioneren met een hoge efficiëntie.
• Elektrische verwarming: Een warmtepomp kan worden aangesloten op een elektrische verwarming, zodat er in extreme winters extra warmte kan worden geleverd.
• Koeltoepassing: In de zomer kan een warmtepomp ook worden gebruikt om het huis te koelen. Dit is nodig voor een goede bronbalans.

Conclusie

Een ondergrondse warmtepomp is een duurzame en efficiënte oplossing voor het verwarmen en eventueel koelen van woningen en gebouwen. Het systeem maakt gebruik van de constante temperatuur van de bodem om warmte op te wekken. Er zijn verschillende systemen beschikbaar, afhankelijk van de beschikbare ruimte, de grondgesteldheid en het benodigde warmtevermogen. Een gesloten systeem is meestal geschikt voor individuele woningen, terwijl open systemen vaak worden gebruikt in centrale verwarmingsinstallaties.

De voordelen van een ondergrondse warmtepomp zijn aanzienlijk: het systeem is duurzaam, heeft een lange levensduur en vereist weinig onderhoud. Daarnaast kan het systeem worden uitgebreid met andere duurzame technologieën zoals zonnewarmte of elektrische verwarming.

Voordat er een ondergrondse warmtepomp wordt geïnstalleerd, is het belangrijk om rekening te houden met de vergunningseisen, de dimensionering van het systeem en de isolatie van het gebouw. Een correct geplaatst en goed gereguleerd systeem zorgt voor jarenlang comfortabel verwarmen en koelen met een minimum aan energieverbruik.

Bronnen

1. Grijs naar Groen – Bodemwarmtepomp
2. Viessmann – Grond/water-warmtepompen
3. Duurzame Monumenten Brabant – Bodemwater-warmtepomp
4. Warmtepomp-info – Bodemenergie