Hoe werkt een warmte-koude opslag met een warmtepomp? Een technische uitleg

Published by Redactie on september 30, 2025 | Category warmtepomp

In een wereld waar duurzaamheid steeds belangrijker wordt, biedt warmte-koude opslag (WKO) een veelbelovende oplossing voor zowel de verwarming als de koeling van gebouwen. Deze technologie maakt gebruik van de natuurlijke isolatiecapaciteit van de bodem om energie op te slaan en her te gebruiken. In combinatie met een warmtepomp wordt dit systeem extra efficiënt en duurzaam. In deze uitleg worden de werking, toepassing en voordelen van een WKO-systeem met warmtepomp in detail beschreven, grotendeels gebaseerd op praktijkvoorbeelden en technische omschrijvingen uit diverse bronnen.

Inleiding: Duurzame energie en bodemenergie

Energiebesparing en CO₂-reductie zijn kernthema’s in de huidige bouwsector. In dat kader wordt warmte-koude opslag (WKO) steeds vaker ingezet om groene en duurzame energie te leveren. WKO maakt gebruik van het grondwater in watervoerende lagen om warmte en koude op te slaan, waardoor het niet nodig is om fossiele brandstoffen te gebruiken voor verwarming of airconditioning. In combinatie met een warmtepomp wordt deze technologie nog efficiënter, omdat warmtepompen in staat zijn om de temperatuur van het grondwater verder te verhogen of te verlagen, afhankelijk van de seizoensgebonden behoefte.

Deze techniek is van toepassing op zowel grote gebouwcomplexen als kleinere woningbouwprojecten, mits er een voldoende koel- en verwarmingscapaciteit is. Het is een duurzame oplossing die goed aansluit bij de doelstellingen van klimaatneutraal bouwen en wonen.

Werking van een warmte-koude opslag

De kern van een WKO-systeem ligt in de opslag en hergebruik van warmte en koude in de bodem. Het systeem bestaat uit meerdere ondergrondse bronnen, die via leidingen met elkaar zijn verbonden en met de gebouwen waarin warmte of koude nodig is. In de zomer wordt het gebouw gekoeld door gebruik te maken van koud grondwater, dat uit een koude bron wordt opgepompt. In de winter wordt het gebouw verwarmd door warm water uit een warme bron. Dit gebeurt via een warmtewisselaar en eventueel een warmtepomp, afhankelijk van de gewenste temperatuur.

Open versus gesloten WKO-systeem

Er zijn twee soorten WKO-systeem: open en gesloten. In open systemen wordt grondwater uit een watervoerende laag (aquifer) opgepompt, gebruikt en weer in de bodem teruggestopt. In gesloten systemen, ook bekend als bodemwarmtewisselaar, wordt het water in een gesloten systeem gebruikt, zodat er geen contact is met de buitenlucht en het grondwater niet verontreinigd raakt.

In beide gevallen is de bodem het medium dat de energie opslaat. De zandlagen in de bodem hebben een hoge isolatiecapaciteit, waardoor de opgeslagen energie over lange tijd behouden blijft.

Opbouw van het systeem

Een typisch WKO-systeem bestaat uit:

Koude bronnen: Deze leveren in de zomer koud grondwater om gebouwen te koelen.
Warmte bronnen: In de winter worden deze bronnen gebruikt om het gebouw te verwarmen.
Ringleidingen: Deze verbinden de bronnen met elkaar en met de gebouwen.
Warmtewisselaars: Deze zorgen voor de warmteoverdracht tussen het grondwater en het systeem in het gebouw.
Warmtepompen (optioneel): Deze verhogen of verlagen de temperatuur van het water, afhankelijk van de seizoensgebonden behoefte.

Bijvoorbeeld op de campus van Wageningen University & Research is het systeem zo ontworpen dat er drie ondergrondse temperatuurstraten zijn: twee koude zones en één warme zone. Deze zones zijn via ringleidingen met de gebouwen verbonden. Het gehele systeem is zo ontworpen dat het het jaar door kan functioneren, afhankelijk van de behoefte aan warmte of koude.

Werking in de zomer (koelmodus)

In de zomer is er behoefte aan koeling. Het systeem pompt water uit de koude bronnen, dat een temperatuur heeft van ongeveer 7-8 graden Celsius. Dit water wordt via de warmtewisselaar gebruikt om de interne installatie van het gebouw te koelen. Het water dat daarna warmer is geworden (bijvoorbeeld 18 graden) wordt opnieuw in de bodem geïnjecteerd in de warmte bronnen.

Dit proces maakt gebruik van het principe van thermische opslag. De koude bron wordt langzaam warmer in de zomer, terwijl de warme bron iets afkoelt. Deze dynamiek zorgt ervoor dat het systeem continu werkt, zonder dat het water in contact komt met de buitenlucht.

Werking in de winter (verwarmingsmodus)

In de winter is er behoefte aan verwarming. Het systeem pompt water uit de warme bronnen, dat een temperatuur heeft van ongeveer 14-16 graden Celsius. Dit water wordt via de warmtewisselaar naar de warmtepomp geleid. De warmtepomp verheeft de temperatuur tot ongeveer 55 graden Celsius, wat voldoende is voor het verwarmen van het gebouw. Het water dat na de warmtewisseling is afgekoeld, wordt teruggepompt in de koude bronnen.

De warmtepomp speelt dus een essentiële rol in de wintermodus, omdat het water uit de warme bron niet direct warm genoeg is om een gebouw te verwarmen. De warmtepomp verhoogt de temperatuur verder, waardoor het systeem efficiënter werkt.

De rol van de warmtepomp in het systeem

De warmtepomp is een kerncomponent van het WKO-systeem, vooral in de wintermodus. Het apparaat maakt gebruik van elektriciteit om warmte te verhuizen van een lage temperatuur naar een hoge temperatuur. In dit geval trekt de warmtepomp warmte uit het grondwater en voegt deze toe aan het verwarmingscircuit van het gebouw.

De efficiëntie van de warmtepomp wordt beïnvloed door de temperatuur van het grondwater. Wanneer het grondwater bijvoorbeeld 14 graden is, is de warmtepomp in staat om dit op te voeren tot ongeveer 55 graden. Dit maakt het mogelijk om het gebouw te verwarmen zonder het gebruik van fossiele brandstoffen.

In de zomermodus is de warmtepomp niet altijd nodig, aangezien het koude grondwater direct gebruikt kan worden voor koeling.

Duurzaamheid en energiebesparing

Een belangrijk voordeel van een WKO-systeem is de minimale CO₂-uitstoot. Aangezien het systeem geen fossiele brandstoffen gebruikt, is er geen directe uitstoot van koolstofdioxide. De enige elektriciteit die nodig is, is voor het pompen van water en het werken van de warmtepomp. Als deze elektriciteit uit duurzame bronnen komt, zoals zonne- of windenergie, is het systeem volledig klimaatneutraal.

Op de campus van Wageningen University & Research leidt het gebruik van WKO tot een jaarlijkse besparing van ruim 1,3 miljoen kubieke meter aardgas. Dit komt overeen met een CO₂-reductie van ongeveer 2.400 ton per jaar. Dit is vergelijkbaar met de CO₂-uitstoot van ongeveer 900 gasverbruikende huishoudens. Deze cijfers illustreren de aanzienlijke impact die WKO-systeem kunnen hebben op het verlagen van de energieverbruik en CO₂-uitstoot in de bouwsector.

Toepassing en geschiktheid

Een WKO-systeem is meestal geschikt voor grotere woningbouwprojecten, utiliteitsgebouwen of kantoren met een aanzienlijke koel- en verwarmingscapaciteit. De minimaal benodigde bruto vloeroppervlakte is 3.000 m². Dit komt doordat het systeem zowel een koude als een warme bron nodig heeft om te functioneren, en deze bronnen voldoende ruimte moeten innemen.

Daarnaast is het belangrijk dat de locatie een geschikt watervoerend zandpakket heeft. In drinkwaterbeschermingsgebieden of verbodsgebieden mag er geen boorgewerk worden uitgevoerd. Nieuwe WKO-systemen moeten daarom rekening houden met bestaande systemen om negatieve interferentie te voorkomen.

Juridische en technische aspecten

Aangezien WKO-systeem werken met grondwater, zijn er bepaalde juridische en technische eisen waaraan moet worden voldaan. In Nederland is de provincie het bevoegd gezag voor WKO-systemen. Als het systeem meer dan 10 m³ grondwater per uur onttrekt, is een vergunning nodig van de provincie. Daarnaast is er een jaarlijkse monitoring en rapportageplicht, om ervoor te zorgen dat het systeem een goede energiebalans in de bodem behoudt.

Het aanleggen van een WKO-systeem vereist ook de inzet van een boorbedrijf en een installateur. Deze partijen zorgen voor de bouw en de opzet van de bronnen en ringleidingen.

Vervreemding en rendabiliteit

Hoewel de installatiekosten van een WKO-systeem aanzienlijk zijn, is de rendabiliteit over de jaren meestal gunstig. De energiebesparing, de vermindering van CO₂-uitstoot en de langdurige werking van het systeem zorgen ervoor dat de investering zich langzaam terugverdient.

Daarnaast is er in Nederland mogelijkheid voor subsidies op duurzame energie. Deze subsidies kunnen helpen om de initiele kosten te verlagen. Voor bepaalde projecten is het verstandig om gebruik te maken van de rekenmodule van WKO Tool Nederland om te bepalen of een open bodemenergiesysteem rendabel is voor een bepaalde locatie.

Technische uitdagingen en oplossingen

Hoewel WKO-systeem veel voordelen bieden, zijn er ook een aantal technische uitdagingen. Zo is het belangrijk dat het systeem goed is ontworpen, zodat er geen negatieve interferentie optreedt tussen de verschillende bronnen. Daarnaast is het noodzakelijk dat het systeem goed geïsoleerd is, zodat het grondwater niet verontreinigd raakt of oxidatie ondergaat.

Om deze uitdagingen aan te kaarten, is het gebruik van warmtewisselaars verplicht. Deze zorgen ervoor dat het grondwater niet in contact komt met de gebouwinstallatie, wat het risico op verontreiniging en corrosie vermindert.

Toekomstperspectieven van WKO in Nederland

De toepassing van WKO-systeem in Nederland is momenteel al ingebed in diverse projecten, zoals op de campus van Wageningen University & Research. Hier is het systeem zo ontworpen dat het een langdurige en efficiënte oplossing biedt voor zowel de zomer als de winter.

Op Europees niveau is er ook aandacht voor het uitbreiden van WKO-systeem. Als 50.000 systemen in Europa worden geïnstalleerd, zou dit per jaar circa 3 miljoen ton CO₂ kunnen besparen. Dit is een aanzienlijke bijdrage aan de Europese klimaatdoelen.

Conclusie

Een warmte-koude opslag (WKO) in combinatie met een warmtepomp biedt een duurzame en efficiënte oplossing voor zowel de verwarming als de koeling van gebouwen. Het systeem maakt gebruik van de natuurlijke isolatiecapaciteit van de bodem om energie op te slaan en her te gebruiken. In de zomer wordt het gebouw gekoeld met koud grondwater, terwijl in de winter warm water via een warmtepomp wordt gebruikt voor verwarming.

De efficiëntie van het systeem wordt verder vergroot door het hergebruik van zowel koude als warme belen in de bodem. De enige elektriciteit die nodig is, is voor het pompen van water en het werken van de warmtepomp. Deze elektriciteit kan duurzaam worden opgewekt, wat het systeem volledig klimaatneutraal maakt.

Voor grotere woningbouwprojecten, utiliteitsgebouwen of kantoren is een WKO-systeem een aantrekkelijke optie. Het biedt niet alleen energiebesparing en CO₂-reductie, maar ook een langdurige en betrouwbare energievoorziening. Met de juiste planning, monitoring en aanleg is een WKO-systeem een duurzame toekomstoplossing voor de bouwsector.