Bodemwarmtepompen en de toepassing van houten funderingspalen

Inleiding

Een bodemwarmtepomp is een veelgebruikte en efficiënte manier om een woning te verwarmen en warm tapwater te voorzien. Deze warmtepomp haalt warmte uit de bodem, die op een diepte van circa 100 meter een constante temperatuur heeft van ongeveer 10 tot 12 graden Celsius. Deze warmte wordt via een gesloten buizensysteem overgedragen naar de warmtepomp, die het verder opwarmt tot bruikbare temperaturen voor verwarming (meestal 35-45 graden Celsius).

Een relatief nieuwe aanpak binnen de toepassing van bodemwarmtepompen is het gebruik van funderingspalen als bodembron. In plaats van aparte boringen of horizontale buizen in de tuin, worden warmtewisselbuizen geïntegreerd in funderingspalen. Dit is vooral nuttig bij bestaande woningen waar ruimtegebrek of moeilijke grondomstandigheden het aanleggen van een bodemwarmtepomp compliceren. In dit artikel wordt uitgebreid ingegaan op de werking van bodemwarmtepompen, de verschillende systemen (horizontaal vs. verticaal), het gebruik van funderingspalen als warmtebron en de technische aandachtspunten bij de aanleg. Daarnaast worden de rendementen en de vergunningplichtige situaties voor bodemwarmtepompen besproken.

Werking van een bodemwarmtepomp

Een bodemwarmtepomp maakt gebruik van het principe van warmteoverdracht. In een bodem-water warmtepomp zorgt een gesloten buizensysteem voor het overbrengen van warmte uit de grond naar het verwarmingssysteem van het huis. De vloeistof die door de buizen stroomt – meestal een mengsel van water en glycol (brine) – neemt de warmte uit de bodem op. Deze brine wordt vervolgens doorgevoerd naar de warmtepomp, waar de warmte verder wordt verwerkt.

De warmtepomp bestaat uit vier hoofdonderdelen: de verdamper, de compressor, de condensor en het expansieventiel. In de verdamper wordt de warmte van de brine overgedragen aan het koudemiddel, dat gasvormig wordt. De compressor verhoogt vervolgens de druk en daarmee ook de temperatuur van het gas. De condensor zorgt voor de warmte-overdracht naar het verwarmingswater in de woning. Het koudemiddel condenseert daarna weer tot vloeistof, en het expansieventiel verlaagt de druk en temperatuur, waarna de cyclus opnieuw begint.

Een bodemwarmtepomp werkt het efficiëntst als de bodem een hoge warmtegeleidbaarheid heeft en voldoende ruimte is voor het aanleggen van de benodigde buizensystemen. De temperatuur van de bodem is het hele jaar door vrij constant, wat het rendement van dit systeem hoog houdt. De COP (Coëfficiënt van Prestatie) van een bodemwarmtepomp ligt gemiddeld op 4,7, terwijl de SCOP (Seizoensgebonden Coëfficiënt van Prestatie) rond de 5,2 ligt, wat aantoont dat dit een zeer efficiënte oplossing is vergeleken met bijvoorbeeld een traditionele cv-ketel.

Soorten bodemsysteem: horizontaal vs. verticaal

Er zijn meerdere manieren om warmte uit de bodem op te halen. De keuze hangt af van de beschikbare ruimte, de bodemgesteldheid en het type woning.

Horizontaal bodemsysteem

Bij een horizontaal bodemsysteem worden buizen op een diepte van 1 tot 2 meter in de grond gelegd. Dit systeem vereist relatief veel grondoppervlak – minimaal 200 m² – en is daarom in Nederland minder gebruikelijk, omdat tuinen vaak klein zijn en omringd door bebouwing. Een alternatieve oplossing is het gebruik van een warmtekorf, een opgerolde buis die 1 tot 4 meter diep in de grond geplaatst wordt. Hoewel dit minder ruimte kost, blijft het rendement afhankelijk van de bodemkwaliteit.

De warmtegeleiding van de bodem speelt bij dit type systeem een grote rol. De volgende waarden geven de bodemenergie per vierkante meter weer:

*Opmerking: De waarden voor droge en vettige kleigrond lijken afwijkend en zijn mogelijk getypt. De waarden worden hier weergegeven zoals vermeld in de bronnen.

Een installateur kan je adviseren welk type systeem het beste past bij jouw woning en bodemgesteldheid. Het gebruik van glycolmengsels in de buizen is essentieel om bevriezing te voorkomen. Daarnaast is het belangrijk om geen bomen met diepe wortels boven de bron te planten, omdat dit de warmteopname kan belemmeren.

Verticaal bodemsysteem

In de meeste gevallen wordt gekozen voor een verticaal systeem, waarbij diepe boringen (meestal tot 100 meter diep) worden gemaakt. Daarbij worden dubbel U-buissondes parallel geplaatst om de warmteopbrengst te maximaliseren. Dit systeem is geschikt voor woningen met een kleinere tuin of complexe bodemgesteldheid. De boringen worden meestal gevuld met een water-glycolmengsel om voldoende warmteoverdracht te garanderen.

De warmtegeleiding per meter diepte varieert per bodemtype:

Deze waarden helpen bij het bepalen van de benodigde boringen en de verwachte prestaties van het systeem. Bij een verticaal systeem is het belangrijk om van tevoren de diepte te laten berekenen door een boorbedrijf, zodat de warmtepomp voldoende warmte kan opnemen zonder tekortkomingen in de prestaties.

Energiepalen als bodembron

Een innovatieve en efficiënte aanpak is het gebruik van energiepalen als bodembron. Bij nieuwbouw of grote verbouwingen kunnen warmtewisselbuizen in de funderingspalen worden geïntegreerd. Deze palen fungeren dan zowel als draagconstructie als warmtewisselaar voor de warmtepomp.

Deze methode biedt meerdere voordelen: - Ruimtebesparing: Geen aparte boringen of horizontale lussen in de tuin nodig. - Efficiëntie: De warmteopbrengst is relatief hoog door de diepte van de palen en de aanwezigheid van grondwater. - Toepasbaarheid in bestaande woningen: Bij funderingsherstel kan een buizensysteem in de palen worden ingebracht, wat het systeem geschikt maakt voor renovatieprojecten.

Deze aanpak vereist wel een nauwkeurige planning en coördinatie tussen de installateur, bouwer en grondconstructie-expert. Het is essentieel dat de buizen goed geïnstalleerd worden en dat de warmtewisseling tussen de paal en de bodem optimaal verloopt. Meestal zijn meerdere energiepalen nodig voor een enkele woning, afhankelijk van het benodigde vermogen en de bodemgesteldheid.

Grondwaterwarmtepompen

Naast bodemwarmtepompen met een gesloten systeem zijn er ook warmtepompen die gebruikmaken van grondwater. Hierbij wordt het water direct uit de bodem opgepompt en gebruikt als warmtebron. Grondwaterwarmtepompen zijn in sommige gevallen efficiënter, omdat het water direct een hogere temperatuur heeft en sneller warmte kan leveren. Echter, dit is meestal alleen toepasbaar op locaties met voldoende grondwateraanwezigheid en mag alleen met een vergunning worden toegepast.

Rendement en energieverbruik

Het rendement van een bodemwarmtepomp is een belangrijke maat voor de efficiëntie van het systeem. Dit rendement wordt uitgedrukt in de COP en de SCOP.

• COP (Coëfficiënt of Performance): Een momentopname van het rendement bij een standaardbuitentemperatuur van 7°C. De COP van een bodemwarmtepomp ligt gemiddeld rond de 4,7, wat neerkomt op een rendement van 470%.
• SCOP (Seasonal Coefficient of Performance): Dit is het rendement gemeten over het hele jaar en houdt rekening met seizoensvariaties. De SCOP van een bodemwarmtepomp ligt rond de 5,2, wat betekent dat de warmtepomp over het gehele jaar gemiddeld 5,2 kWh warmte levert per 1 kWh elektriciteit.

Vergelijkend met een cv-ketel, die een rendement heeft van rond de 100%, is een bodemwarmtepomp dus vier tot vijf keer zuiniger. Dit maakt het systeem een aantrekkelijke keuze voor energiebewuste woningeigenaren, met name in combinatie met isolatiemaatregelen of een energieneutrale nieuwbouw.

Aandachtspunten bij installatie en aanleg

Het aanleggen van een bodemwarmtepomp vereist zorgvuldige planning en afweging van verschillende factoren. De volgende aandachtspunten zijn belangrijk:

1. Ruimte in de tuin

Een horizontaal bodemsysteem vereist minimaal 200 m² aan grondoppervlak. Bij kleine of bebouwde tuinen is een verticaal systeem of het gebruik van energiepalen vaak de enige optie.

2. Bodemgesteldheid

De warmtegeleiding en warmtecapaciteit van de bodem bepalen de efficiëntie van het systeem. Klei- en leemgronden zijn gunstiger dan droge zandgronden. Bij een lage warmtegeleiding is een groter systeem nodig om hetzelfde vermogen te halen.

3. Diepte en afmetingen

De diepte van boringen hangt af van de warmtebehoefte en de bodemkwaliteit. Meestal worden boringen tot circa 100 meter uitgevoerd. Bij energiepalen wordt de warmteopname gerealiseerd via de diepte van de palen, die gecombineerd met het funderingswerk geplaatst worden.

4. Bevriezing en glycolgebruik

Om te voorkomen dat het systeem bevriest, wordt een glycolmengsel (brine) gebruikt in het gesloten buizensysteem. Dit mengsel zorgt voor voldoende warmteoverdracht en voorkomt schade aan de buizen tijdens strenge winters.

5. Vergunningplicht

In Nederland moet de aanleg van een bodemwarmtepomp bijna altijd worden gemeld bij de gemeente. Een vergunning is nodig als: - De boring dieper is dan 50 meter. - Het systeem gevaarlijke stoffen bevat of grondwater gebruikt.

Voor de aanleg van energiepalen is dit vaak geen probleem, omdat dit onderdeel is van de nieuwbouw of verbouwing en onder de reguliere bouwvergunning valt.

6. Planten en bebouwing

Het is belangrijk om geen bomen met diepe wortels boven de warmtewisselbuizen te planten, omdat dit de warmteopname negatief kan beïnvloeden. Ook mag er geen bebouwing plaatsvinden boven de boringen of lussen.

Toepassing in bestaande woningen

In bestaande woningen kan een bodemwarmtepomp ingezet worden, maar er zijn wel beperkingen. Kleine tuinen en bebouwing maken een horizontaal systeem vaak onmogelijk. In die gevallen is een verticaal systeem of het gebruik van energiepalen de meest geschikte keuze. Bij funderingsherstel kan het buizensysteem direct in de palen worden geïntegreerd, wat ruimte bespaart en efficiëntie garandeert.

Het gebruik van houten palen in combinatie met een bodemwarmtepomp is een specifiek punt van aandacht. Hoewel houten palen vaak gebruikt worden in houten funderingen, zijn energiepalen meestal van beton of staal, omdat deze materialen beter warmte kunnen geleiden en structuur bieden aan het buizensysteem. Houten palen zijn in de meeste gevallen niet geschikt als warmtewisselaar vanwege de lage warmtegeleiding en de risico’s van rotting of krimp. Daarom is het gebruik van houten palen als bodembron onwaarschijnlijk en wordt meestal afgeraden.

Als er al houten palen aanwezig zijn, is het belangrijk om te onderzoeken of deze kunnen worden vervangen of aangevuld met een energiepaal in beton of staal. In nieuwbouw met houten constructies is het aan te raden om bij de fundering meteen energiepalen aan te brengen, zodat de warmtepomp optimaal kan functioneren zonder extra grondwerk.

Toepassing van rivieren of meren als warmtebron

In sommige gevallen is het mogelijk om geen gebruik te maken van een bodemwarmtepomp, maar om de warmtebron in een rivier of meer aan te brengen. In dit geval worden de buizen in stilstaand of stromend water gelegd, waarbij de temperatuur van het water het systeem van warmte voorziet. Dit is een alternatief dat vooral geschikt is voor woningen aan het water, en waarbij de bodemoppervlakte of -diepte beperkt is.

Deze aanpak vereist wel een andere opstelling van het systeem, en de temperatuurvariaties in water zijn groter dan in de bodem, wat het rendement kan beïnvloeden. Daarnaast is er meestal een aparte vergunning nodig voor de installatie in oppervlaktewater.

Kosten en besparing

De aanleg van een bodemwarmtepomp of een systeem met energiepalen is duurder dan een lucht-water warmtepomp, maar de besparing op de energierekening en het hoge rendement maken de investering op de lange termijn aantrekkelijk.

Kosten per type systeem:

De warmtepomp zelf kost meestal tussen de € 5.000 en € 10.000, afhankelijk van het vermogen en de fabrikant. De besparing op jaarbasis kan variëren van € 800 tot € 1.500, afhankelijk van het oude verwarmingssysteem, isolatiegraad van de woning en de SCOP van de warmtepomp.

Conclusie

Een bodemwarmtepomp is een efficiënte en duurzame oplossing voor verwarming en warm tapwater in woningen. De keuze tussen een horizontaal of verticaal systeem hangt af van de tuinoppervlakte, de bodemgesteldheid en de technische mogelijkheden van de woning. Het gebruik van energiepalen als bodembron biedt een slimme oplossing, vooral bij nieuwbouw of grootschalige verbouwingen, waarbij ruimtegebrek of lastige grondomstandigheden een horizontaal of conventioneel verticaal systeem onmogelijk maken.

Het gebruik van houten palen als warmtewisselaar is ongeschikt vanwege de lage warmtegeleiding en de risico’s van houtrotting. Echter, bij nieuwbouw met houten funderingen kan men kiezen voor een combinatie van houten en betonnen of stalen energiepalen om de warmteopname te waarborgen.

Voor een optimaal rendement is het belangrijk om rekening te houden met bodemeigenschappen, diepte van boringen, de juiste glycolvulling en de aanwezigheid van grondwater. Daarnaast zijn vergunningplichtige situaties, zoals boringen dieper dan 50 meter of het gebruik van grondwater, van invloed op de uitvoering.

Een bodemwarmtepomp biedt een hoge COP en SCOP, waardoor het energieverbruik van de woning significant kan worden verlaagd. Hoewel de initiële investering hoog is, wordt deze op de lange termijn terugverdiend via lagere energierekeningen en verlaagde CO₂-uitstoot. Voor woningbouwprojecten en renovaties is het integreren van een bodemwarmtepompsysteem een verstandige keuze die aan duurzaamheid en comfort bijdraagt.

Bronnen

1. De Margaretha - Bodembronnen voor warmtepompen
2. Brabant Woont Slim - Bodemwarmtepomp
3. Vattenfall - Bodem-water warmtepomp
4. Vakblad Warmtepompen - Aandachtspunten bodem als bron
5. Warmtepomp Panel - Warmtepompbronnen