Diepteboringen voor warmtepompen: een efficiënte manier om energie uit de aarde te halen

De opwarming en koeling van woningen is in de huidige energietransitie steeds vaker gericht op duurzame alternatieven. Eén van de meest efficiënte oplossingen is het gebruik van warmtepompen, waarbij diepteboringen een essentiële rol spelen. In dit artikel wordt een gedetailleerde uitleg gegeven over wat een diepteboring is, hoe het werkt in combinatie met warmtepompen, wat de voordelen en nadelen zijn, en hoe de kostprijs eruit ziet. Alles wordt gebaseerd op gegevens uit betrouwbare bronnen.

Inleiding

Diepteboringen zijn een technische oplossing om energie uit de aarde te halen en deze te gebruiken in combinatie met warmtepompen. Het principe berust op het feit dat de temperatuur van de aarde op een bepaalde diepte het hele jaar door vrijwel constant blijft. Warmtepompen gebruiken dit om woningen te verwarmen en te koelen, zonder fossiele brandstoffen te gebruiken.

Een diepteboring bestaat uit een verticaal geboorde put, waarin buizen worden aangebracht waardoor een koelvloeistof circuleert. Deze vloeistof neemt warmte op uit de aarde of af, afhankelijk van de seizoensbehoefte, en brengt deze over op de warmtepomp. Dit maakt diepteboringen bijzonder geschikt voor locaties waar ruimte beperkt is, zoals stedelijke omgevingen.

In de volgende hoofdstukken wordt ingegaan op de technische werking, de voordelen en nadelen, de kostprijs, en de installatie- en onderhoudsaspecten van diepteboringen in combinatie met warmtepompen.

Hoe werkt een diepteboring in combinatie met een warmtepomp?

1. Verticale captatie en warmtewisseling

Diepteboringen vallen onder de categorie verticale captatie. Dit betekent dat de buizen verticaal in de grond worden geboord, soms tot wel enkele honderden meters diep. Deze diepteboringen maken gebruik van de constante temperatuur dieper in de aarde. De grondbuizen zijn verbonden met een warmtewisselaar, die de warmte overbrengt naar de warmtepomp (Bron [1]).

De koelvloeistof die door de buizen stroomt, is een mengsel van antivries en water. Deze vloeistof neemt warmte op uit de grond en brengt deze over op de warmtepomp, die deze vervolgens gebruikt om de woning te verwarmen. In de zomer kan het proces ook omgekeerd worden: de warmtepomp kondenseert de warmte en stuurt deze terug naar de grond, waarbij de woning gekoeld wordt.

Deze methode is efficiënt, omdat de temperatuur in de aarde op diepere niveaus het hele jaar door vrijwel gelijk blijft. Hierdoor is het rendement van de warmtepomp beter dan bij systemen die afhankelijk zijn van de buitentemperatuur.

2. Geothermische sondes

Een alternatief voor geothermische collectoren zijn geothermische sondes. Deze worden verticaal of schuin in gaten geplaatst die tot 40 tot 100 meter diep gegooid zijn. De sondes bevatten een koelvloeistof die de geothermische warmte opneemt en naar een warmtewisselaar voert. Deze techniek is efficiënt ook bij lage buitentemperaturen en neemt minder ruimte in dan geothermische collectoren (Bron [4]).

De efficiëntie van geothermische sondes hangt af van de diepte van de boorgaten en het thermische geleidingsvermogen van de bodem. Omdat een boorgat tot 100 meter diep verschillende grondwaterhoudende lagen doordringt, is het vaak nodig om een vergunning aan te vragen voordat het boren mag beginnen.

Voordelen van diepteboringen in combinatie met warmtepompen

De keuze voor een diepteboring in combinatie met een warmtepomp heeft verschillende voordelen, zowel op het gebied van efficiëntie als op het gebied van duurzaamheid en toepassing.

1. Efficiëntie en constante temperatuur

De temperatuur van de aarde op een diepte van 40 tot 100 meter blijft het hele jaar door vrijwel constant. Dit betekent dat de warmtepomp niet sterk beïnvloed wordt door de buitentemperatuur en dus een hogere efficiëntie kan behalen. In vergelijking met warmtepompen die afhankelijk zijn van lucht of oppervlaktegrond, is de werking van een geothermische warmtepomp stabiel en betrouwbaar.

2. Minder afhankelijk van weersomstandigheden

Diepteboringen zijn minder gevoelig voor veranderingen in het klimaat of de seizoenen. De warmte die uit de aarde wordt opgehaald, is minder beïnvloed door kou of regen in de winter, of hitte in de zomer. Dit zorgt voor een constante warmte- en koelingscapaciteit, ongeacht de buitentemperatuur (Bron [1]).

3. Toepasbaar op locaties met beperkte ruimte

Verticale captatie is vooral handig in stedelijke omgevingen, waar de beschikbare horizontale ruimte beperkt is. In tegenstelling tot horizontale captatie, waarbij een groot oppervlak in de tuin of op een erf nodig is, is een verticale boring compact en kan het dus goed toepasbaar zijn in bebouwde omgevingen (Bron [1]).

4. Duurzaam en milieuvriendelijk

Geothermische warmtepompen zijn een duurzame energiebron. Ze gebruiken geen fossiele brandstoffen en produceren geen CO₂-uitstoot. Het enige energieverbruik dat er is, is elektriciteit voor de warmtepomp, wat een relatief lage kostenbreuk oplevert vergeleken met gas of olie. Dankzij dit systeem kan een woning op een duurzame manier worden verwarmd en gekoeld.

5. Verwarming en koeling in één systeem

Geothermische warmtepompen kunnen zowel verwarming als passieve koeling bieden. In de winter haalt de warmtepomp warmte uit de aarde, terwijl in de zomer de warme lucht uit de woning wordt afgevoerd en de koelte uit de aarde naar binnen wordt gebracht. Dit is een voordeel in regio’s met extreme seizoenen, zoals zomers met hoge temperaturen en winters met lage temperaturen.

Nadelen en beperkingen

Hoewel diepteboringen in combinatie met warmtepompen veel voordelen bieden, zijn er ook enkele nadelen en beperkingen die moeten worden overwogen.

1. Relatief hoge investeringskosten

Diepteboringen zijn duurder dan andere warmtecapitie-oplossingen, zoals horizontale buizennetwerken of lucht/water-warmtepompen. De kosten variëren afhankelijk van het vermogen van de warmtepomp, de diepte van de boring en de samenstelling van de grond. Een gemiddelde nieuwbouwwoning kost tussen € 5.000 en € 15.000 aan geothermische boringen, exclusief de kosten voor de warmtepomp zelf (Bron [1]).

De investering is dus aanzienlijk, maar het rendement en de langdurige besparing op energiekosten maken het een aantrekkelijke optie voor wie op zoek is naar een duurzame oplossing.

2. Onzekerheid over boordiepte

De exacte diepte van de boring is niet altijd vooraf te bepalen. Afhankelijk van de samenstelling van de grond en de thermische eigenschappen van de bodem, kan de benodigde diepte variëren. In droge zandgrond is bijvoorbeeld meer boring nodig dan in leemgrond. Dit maakt het budgetproces iets onzeker en vereist een duidelijke evaluatie van de ondergrond voordat het boren begint.

3. Rendement kan variëren

Het rendement van een geothermische warmtepomp hangt af van de hoeveelheid warmte die uit de grond kan worden opgehaald. Dit is bepalend voor de efficiëntie van het systeem. In droge zandgrond is het rendement lager dan in leemgrond. Daarnaast is het rendement van het systeem ook afhankelijk van de isolatie van de woning. Een goed geïsoleerde woning zorgt ervoor dat minder warmte verloren gaat, waardoor het systeem efficiënter werkt (Bron [3]).

Kosten en terugverdientijd

1. Investering en kosten per kW

De investering in een geothermische warmtepomp met diepteboringen is aanzienlijk. De kosten voor de boringen variëren tussen € 700 en € 1.000 per kW, afhankelijk van het type boringen en het benodigde buizennetwerk. Deze kosten omvatten het volledige installatieproces, inclusief het boren van de put, de benodigde apparatuur, arbeidsuren, materialen en de installatie van buizen tot aan de aansluiting van de warmtepomp.

Voor een gemiddelde nieuwbouwwoning ligt het totaalbedrag tussen € 5.000 en € 15.000. De exacte kosten zijn afhankelijk van factoren zoals de samenstelling en kwaliteit van de grond, het aantal meters dat geboord moet worden, en het type boringen dat gebruikt wordt (Bron [1]).

2. Terugverdientijd

De terugverdientijd van een geothermische warmtepomp ligt tussen 10 en 15 jaar. Deze terugverdientijd is afhankelijk van een aantal factoren, zoals de investeringskosten, het verbruik van de woning en of het systeem gecombineerd wordt met zonnepanelen. Aangezien de warmtepomp alleen elektriciteit verbruikt, en geen fossiele brandstoffen, is de energiekostenbesparing aanzienlijk.

Een voorbeeld: een warmtepomp van 10 kW heeft een bron nodig van 8 kW. Die 8 kW komt vrijwel gratis uit de aarde, terwijl de rest afkomstig is van de compressor die elektriciteit verbruikt. Hierdoor is het rendement van het systeem aanzienlijk en kan het langzaam terugverdient worden (Bron [5]).

Installatie en onderhoud

1. Installatieproces

De installatie van een geothermische warmtepomp met diepteboringen vereist een uitgebreid en zorgvuldig proces. Het begint met een evaluatie van de ondergrond om vast te stellen hoeveel boringen en op welke diepte de buizen geplaatst moeten worden. Vervolgens worden de boorgaten gemaakt, waarin de geothermische sondes of buizen worden ingebracht.

De buizen zijn vervolgens aangesloten op de warmtepomp, die in de woning geïnstalleerd moet worden. De warmtepomp wordt meestal aangesloten op een warmwaterboiler en een cv-waterbuffervat, zodat het systeem zowel verwarming als warm water kan leveren (Bron [4]).

2. Onderhoud

Onderhoud van een geothermische warmtepomp met diepteboringen is relatief eenvoudig, aangezien het systeem een gesloten systeem is met weinig bewegende delen. De buizen en sondes hoeven bijna nooit vervangen te worden, tenzij er een lek of defect is. De warmtepomp zelf moet wel regelmatig gecontroleerd worden, bijvoorbeeld om de filters schoon te maken en eventuele slijtage te voorkomen.

Een professionele inspectie per jaar wordt aanbevolen om ervoor te zorgen dat het systeem efficiënt blijft werken. Dit onderhoud is essentieel om de levensduur van het systeem te maximaliseren en eventuele kosten op de lange termijn te voorkomen.

Alternatieven en vergelijkingen

1. Horizontale captatie

Een alternatief voor verticale captatie is horizontale captatie, waarbij een netwerk van buizen in de tuin wordt gelegd op een diepte van 1 tot 2 meter. Deze methode is geschikt voor locaties met voldoende tuinruimte, maar niet voor stedelijke gebieden. De efficiëntie van horizontale captatie is iets lager dan die van verticale boringen, omdat de temperatuur van de aarde op deze diepte meer beïnvloed wordt door klimatologische factoren (Bron [2]).

Een voorbeeld van een horizontale captatie is de Sunliber oplossing, waarbij een gesloten systeem van buizen op een kleine oppervlakte wordt geplaatst. Dit maakt het geschikt voor waterrijke gebieden in Nederland waar diepteboringen niet toegestaan zijn.

2. Lucht/water-warmtepompen

Lucht/water-warmtepompen zijn een alternatief voor geothermische warmtepompen. Deze pompen halen warmte uit de lucht in plaats van uit de aarde. De voordeel is dat ze goedkooper zijn en geen boringen nodig hebben. De nadeel is dat het rendement in koude winters aanzienlijk daalt, waardoor het systeem minder efficiënt werkt.

Lucht/water-warmtepompen zijn dus geschikt voor regio’s met een milde klimaat, maar minder geschikt voor regio’s met extreme winters. Voor een maximale efficiëntie is een geothermische warmtepomp met diepteboringen dus beter aangepast aan extreem klimaat.

Conclusie

Diepteboringen in combinatie met geothermische warmtepompen zijn een efficiënte en duurzame oplossing voor de verwarming en koeling van woningen. Het systeem maakt gebruik van de constante temperatuur van de aarde om warmte op te wekken en te gebruiken, ongeacht de buitentemperatuur. Het is vooral geschikt voor stedelijke gebieden of locaties met beperkte ruimte.

De installatie van een geothermische warmtepomp met diepteboringen is aanzienlijk kostbaar, maar het rendement en de langdurige besparing op energiekosten maken het een aantrekkelijke investering. De warmtepomp heeft weinig onderhoud nodig en kan gedurende vele jaren efficiënt werken, zolang de woning goed geïsoleerd is.

Voor wie op zoek is naar een duurzame oplossing voor verwarming en koeling, is een geothermische warmtepomp met diepteboringen dus een waardevolle optie. Het vereist wel een grondige evaluatie van de ondergrond en een professionele installatie om ervoor te zorgen dat het systeem optimaal werkt.

Bronnen

1. Bobex - Geothermische boringen
2. Nilan - Aardwarmte
3. Renovatiegids - Geothermische warmtepomp prijs
4. Viessmann - Grond/water-warmtepompen
5. Warmtepomp-info - Bodemenergie