Aardwarmtepomp of grondwarmtepomp

Haalt energie haalt uit de grond.

Haalt energie haalt uit de grond.

Hoewel de term aardwarmtepomp het meest wordt gebruikt voor een warmtepomp die zijn energie uit de grond haalt, is de grondwarmtepomp eigenlijk beter. Je haalt immers warmte uit de grond. Dit wordt ook wel grondwarmte of bodemwarmte genoemd Daarnaast is het mogelijk om gebruik te maken van aardwarmte, ook wel geothermie genoemd. Dit is iets compleet anders.

Elke warmtepomp heeft als eigenschap dat ze een bron nodig hebben om warmte uit te onttrekken. Een aardwarmtepomp of de grond gebonden warmtepomp onttrekt warmte uit (een waterbron in) de grond of in sommige gevallen uit oppervlakte water. De warmtepomp waardeert de opgenomen warmte op tot een gewenste temperatuur. De bron die wordt geboord is maximaal 150 meter diep.

Wanneer er gebruik wordt gemaakt van aardwarmte, komt er geen warmtepomp bij het proces. De aardwarmte is al voldoende qua temperatuur. Hierbij wordt veel dieper geboord, van 1 km tot meer.

Grondwarmte / bodemwarmte wordt gecreëerd door de warmte van de zon. Aardwarmte of geothermie is warmte uit de kern van de aarde.

Hieronder leggen we uit wat de verschillen zijn.

Grond gebonden warmtepomp

Van de grond gebonden warmtepomp zijn er twee soorten. Er is een brine/water warmtepomp die een gesloten circuit heeft en de grond of een waterbron als warmtebron heeft. De ander is een water/water warmtepomp die een open circuit heeft en in alle gevallen een waterbron als bron heeft, al dan niet oppervlakte water. In beide gevallen wordt er tot ongeveer 150 meter diep in de grond geboord.

Brine/Water Warmtepomp

Deze warmtepomp maakt gebruikt van een gesloten circuit leidingwerk die doorgaans onder de grond wordt gelegd, waar een mengsel van water met een antivriesmiddel doorheen wordt gepompt. De grond is in de winter doorgaans warmer dan de buitenomgeving. Het water dat door het leidingnetwerk loopt, neemt de warmte van de grond over. Deze warmte wordt door de warmtepomp opgewaardeerd tot een bruikbaar niveau.

Dit circuit van leidingen kan zowel horizontaal als verticaal gelegd worden. Horizontaal kan alleen wanneer u voldoende ruimte heeft, zoals een zeer grote tuin of eigen grond. Op een aantal meter onder de grond worden deze leidingen gelegd. Omdat de leidingen relatief ondiep onder de grond liggen, is de aanleg ervan relatief eenvoudig. De leidingen verticaal de grond in boren is ook mogelijk, maar is gecompliceerder en daardoor duurder. Voordeel is wel dat de invloeden van het weer kleiner zijn, waardoor de bron stabieler is in warmteafgifte, wat weer een voordeel is voor het rendement van de warmtepomp.

Het circuit is dus gesloten, wat betekent dat het watermengsel wat er in zit er niet uit kan. En dat is maar goed ook, want het antivriesmiddel (in de meeste gevallen glycol) is behoorlijk giftig. Je wilt niet dat dit in aanraking komt met de grond of dat het grondwater wordt vervuilen. Een andere eigenschap van glycol is dat het rendement wordt verslechterd, het water kan de warmte minder goed opnemen. Toch is het noodzakelijk om bevriezing van het water te voorkomen in de winter. Een voordeel van een gesloten circuit, is dat er geen vuiligheid in het de warmtepomp kan komen.

Een gesloten brine/water warmtepomp wordt gebruikt tot vermogens van 15 kWh, zodat de toepassing voor woonhuizen en kleine bedrijven is. Het aanleggen van een bron kost tussen de € 3.000,- en € 5.000,-. Ten opzichte van een lucht/water warmtepomp, die dankzij inverter compressoren en elektronische expansieventielen steeds zuiniger zijn geworden, is de besparing van een brine/water warmtepomp € 60,- per jaar. Om dat terug te verdienen ben je dus minimaal 50 jaar verder. Dat maakt de investering in het boren van een bron financieel minder interessant dan een lucht/water warmtepomp.

Alternatief van het boren van een bron zou kunnen zijn om hetzelfde bedrag te investeren op het dak in de vorm van zonnepanelen. Deze zonnepanelen wekken elektriciteit op en kunnen de benodigde energie van een lucht/water warmtepomp kunnen leveren. In dat geval verwarmt en koelt u gratis.

Warmtepomp Kosten

Aardwarmtepomp

Water/Water Warmtepomp

Een water/water warmtepomp maakt gebruik van een leidingen in een ‘open circuit’. Dit betekent dat er een ingaande leiding is die water oppompt uit een bron en een uitgaande leiding die het water op een ander plek in de bron terugpompt. Deze bron kan een waterbron onder de grond zijn, maar in sommige gevallen is het een waterbron aan de oppervlakte zijn zoals een meer of een kanaal.

Het water dat wordt opgepompt uit de bron is warmer dan het retour water. De warmtepomp onttrekt namelijk warmte uit het water. Deze warmte wordt opgewaardeerd door de warmtepomp en ingezet als ruimteverwarming en het verwarmen van tapwater of een productieproces. De warmte uit de bron is de grootste energiebron van de warmtepomp. Om het proces op gang te krijgen worden er pompen gebruikt en die verbruiken elektriciteit.  

Onder de grond zitten verscheiden chemicaliën die schadelijk kunnen zijn voor een warmtepomp. Daarom zit er een warmtewisselaar tussen de bron en de warmtepomp. Voordat het water uit de open bron in de warmtewisselaar komt, wil je het graag filteren om te voorkomen dat er vuiligheid in komt. Wanneer de filter die dit doet vervuild raakt, moet de pomp steeds harder werken om de juiste flow van het water te halen en gaat het rendement omlaag. Bij een compleet verstopt filter, wordt er onvoldoende warmte afgegeven en kan de warmtepomp zijn werk niet meer doen. Het filter moet dus regelmatig gecontroleerd worden.

Een water/water warmtepomp wordt gebruikt voor de grotere vermogens, vanaf 15 kWh. De toepassing is daarom eerder bedrijven dan woonhuizen.

Warmtepompen voor bedrijven

Water Water Warmtepomp

Werking aardwarmtepomp

Hoewel de bron verschilt van een brine/water warmtepomp en een water/water warmtepomp, is de werking van deze aardwarmtepompen hetzelfde. Er wordt gewerkt met het warmteverschil in de temperatuur van de bron en de buitenlucht. In de winter is de temperatuur in de bron hoger dan de buitentemperatuur. Daarnaast is deze temperatuur redelijk constant wat zorgt voor een gelijkmatige stroom van energie. Er wordt gebruik gemaakt van grondwarmte of bodemwarmte.

Het opgewarmde water komt in een warmtewisselaar langs een koudemiddel dat kookt bij hele lage temperaturen, waardoor het koudemiddel verdampt. Deze platenwisselaar wordt daarom ook wel de  verdamper genoemd. Dankzij de wet van behoud van energie, die zegt dat de hoeveel energie altijd gelijk blijft, weet je dat er in de verdampte gasvormige koudemiddel net zoveel energie is opgenomen als dat nodig is om het überhaupt te laten verdampen. Door de druk op het gas te verhogen, stijgt de temperatuur en wordt tevens het kookpunt verhoogd. In een andere warmtewisselaar wordt het gasvormige koudemiddel langs kouder water getransporteerd. Door dit temperatuurverschil condenseert het koudemiddel, nu dankzij de hogere druk op een hogere temperatuur. Bij het transformeren van gas naar vloeistof, komt de opgeslagen energie vrij in de vorm van warmte. Die warmte wordt overgedragen naar water voor het gebruik voor ruimteverwarming of het opwarmen van een boilervat voor tapwater.

Water Water Warmtepomp werking

Bron laden

De retourleiding van de aardwarmtepomp, ongeacht of het een open of gesloten bron is, is altijd kouder dan het water dat wordt opgepompt in het geval van verwarmen. De warmtepomp onttrekt immers warmte zoals hierboven beschreven. Je haalt dus warmte uit de bron en je stopt er koeling in de plaats voor terug. Wanneer je dit jaren achter elkaar zou doen, zou de bron helemaal afgekoeld zijn en heb je niet genoeg warmte voor de warmtepomp. Daarom moet de bron ook weer geladen worden. Dat kan je in de zomer doen, door het proces om te draaien. De omgevingstemperatuur is in de zomer warmer dan de bron. Deze warmte neemt het water over en kan de grond in worden gepompt. De grond (of waterbron) zal uiteindelijk deze warmte overnemen. Voor open bronnen, bij een water/water warmtepomp, is een het laden van de bron zelfs verplicht. Het in balans houden van de bron is geregeld in de wetgeving BRL 6000-21. Meer informatie daarover vindt u hier: https://kvinl.nl/consumenten/voorpagina/nieuws/bericht/news/detail/News/brl-6000-2100-ontwerpen-installeren-en-beheren-van-energiecentrales-van-bodemenergiesystemen-en-he/

Vrij koelen

Met vrij koelen wordt bedoeld dat het koelen geen energie kost van de warmtepomp, waardoor het relatief energiezuinig is. Er wordt gebruik gemaakt van de temperatuur onder de grond, die in de zomer een stuk koeler is dan de omgevingstemperatuur. Het water dat door een object loopt, zoals de vloerverwarming in een bedrijfspand, neemt de omgevingstemperatuur aan. Dit wordt door de bron gepompt, die op zijn beurt warmte opneemt van de omgeving. Het water koelt daardoor af. En daarmee is het cirkeltje rond. De temperatuur binnen een gebouw wordt letter afgegeven aan de bron in de grond. In de winter wordt de warmte van de bron afgegeven binnen een gebouw.

Aardwarmtepomp of Luchtwarmtepomp?

Zomer Zon

Bron uit balans

Met het koelen van een gebouw, laadt je dus ook de bron. Hetgeen in het vorige hoofdstukken is omschreven. Het vrije koelen is naast een voordeel op gebied van energieverbruik en zelfs ook een noodzaak. Maar hier zit ook enige frictie. We verwarmen in Nederland namelijk veel meer dan we koelen. We verwarmen gemiddeld 39 weken onze huizen en er bestaat gemiddeld 9 weken de behoefte aan koeling. We onttrekken dus veel langer warmte uit een bron dan dat we er warmte in kunnen terug stoppen. Daarnaast het is het temperatuurverschil met verwarmen groter dan bij koelen. Bij verwarmen is het gemiddeld 7 graden buiten en we willen verwarmen naar 21 graden Celsius. Dat is een verschil van 14 graden. In de zomer is het gemiddeld 24 graden en willen we koelen naar 21 graden Celcius. Dat is een verschil van slechts 3 graden. Met andere woorden, de energie die wordt onttrokken is in de winter niet alleen langer, maar ook meer dan dat we in de zomer kunnen teruggeven.

Bron aardwarmtepomp – onttrekt energie uit aarde net als fossiele brandstoffen

De bron van de aardwarmtepomp is de grond. Er wordt warmte uit de grond onttrokken, al dan niet uit een waterbron in de grond of in sommige gevallen uit oppervlaktewater. Daarom wordt er ook wel gesproken van een grond gebonden warmtepomp. Er wordt energie uit de bodem van de grond onttrokken. En dat is eigenlijk niets anders dan dat we de laatste anderhalve eeuw doen.

Al jaren trekken we energie uit de grond in allerlei vormen, zoals aardkool, gas, olie en turf. Al deze vormen van verwarmen zijn niet heel duurzaam gebleken. De balans wordt namelijk verstoord, omdat de energie uit de aarde wordt gehaald en uiteindelijk in de atmosfeer belandt. De energie uit de aarde die we omzetten naar (meer) warmte voor het verwarmen van onze huizen en gebouwen, verliezen we aan de atmosfeer dankzij transmissieverlies van de gebouwen via kieren, ramen en door muren.

In dat opzicht een luchtwarmtepomp beter voor het milieu, omdat daarbij de bron wel in evenwicht is. Een luchtwarmtepomp haalt namelijk warmte uit de buitenlucht voor het gebruik van ruimte verwarming en het verwarmen van tapwater. Uiteindelijk komt deze warmte weer in buitenlucht terecht dankzij dezelfde transmissieverlies. Dat maakt de buitenlucht onuitputtelijk als bron.

Fossiele brandstoffen

COP / Rendement

Het rendement van een warmtepomp wordt uitgedrukt in COP, wat staat voor Coefficient of Performance. Deze waarde is de verhouding tussen de afgegeven warmte tegenover het energieverbruik van de warmtepomp.

Voorbeeld: van alle energie die een aardwarmtepomp nodig heeft, zijn er 5 delen energie uit de grond en 1 deel elektriciteit. Anders gezegd, een aardwarmtepomp verbruikt voor elke 6 kWh warmte die hij produceert, 5 kWh warmte uit de bron en 1 kWh elektriciteit. De COP is in dit voorbeeld 6. Een grond gebonden warmtepomp heeft over het algemeen 1 COP punt meer dan een luchtwarmtepomp. Bij hogere buitentemperaturen is de luchtwarmtepomp juist weer in het voordeel.

Aardwarmte = geothermie. Geen warmtepomp!

Het gebruik maken van aardwarmte of geothermie is iets compleet anders. Bij dit concept wordt er geen gebruik gemaakt van een warmtepomp. Bij aardwarmte is de bron die wordt geboord veel dieper, vanaf 1 kilometer en verder. Bij een grond gebonden warmtepomp, wordt er tot 150 meter diep geboord.

Wanneer je een kilometer diep de aarde in boord, kom je steeds dichter bij de kern van de aarde. Zoals iedereen wel weet, bevindt zich in kern van de aarde gloeiend hete lava. In Nederland zit je op een kilometer diepte niet in de lava, maar is de aarde wel veel heter dan aan de oppervlakte. Van deze aardwarmte maken we gebruik van beschikbare waterbronnen. Er wordt gezocht naar een waterbron op een kilometer diep of dieper waar er een ingaande en uitgaande leiding op wordt aangesloten. Dit is dus altijd een open bron. Afhankelijk van de diepte van de waterbron, is het water 70 ˚C of warmer.

Dat betekent dat de temperatuur niet opgewaardeerd hoeft te worden, de bron heeft al een bruikbare temperatuur. Met andere woorden, er komt geen warmtepomp bij dit proces van pas. Dit is dus geen water/water warmtepomp! Doordat de bron warmer is dan de buitenlucht, kan er met deze vorm van verwarmen niet gekoeld worden. De bron kan daarmee niet ‘geladen’ worden, zoals bij een grond gebonden warmtepomp wel het geval is. Dat betekent dat je energie uit de aarde haalt en verliest aan de atmosfeer, maar je tijdens de zomer geen warmte terug geeft. De bron is daarmee niet in balans. De kern van de aarde warmt de bron steeds opnieuw op. Maar uiteindelijk heeft de zon veel meer energie dan de aarde. Op de lange termijn kan er dus beter gebruik gemaakt worden van de zonne-energie in plaats van warmte uit de kern van de aarde.

Doordat er veel dieper geboord moet worden in het geval van aardwarmte, is het aanleggen van de bron een stuk kostbaarder. De prijs begint vanaf € 10.000,-. Daarnaast is er voor het aanleggen veel specialistische kennis nodig. Net als bij een water/water warmtepomp, moet het water eerst gefilterd worden alvorens het in de platenwisselaar de warmte overgeeft. De toepassing is bijvoorbeeld een warmtenet zoals stadverwarming of in de industrie.

Uitgebreide uitleg over COP

COP uitleg lucht water warmtepomp

Uitleg COP aan de hand van een lucht/water warmtepomp.

Bronnen:

https://kvinl.nl/consumenten/voorpagina/nieuws/bericht/news/detail/News/brl-6000-2100-ontwerpen-installeren-en-beheren-van-energiecentrales-van-bodemenergiesystemen-en-he/
https://www.milieucentraal.nl/klimaat-en-aarde/energiebronnen/aardwarmte-en-bodemwarmte/

Conclusie

Er zitten zeker voordelen aan grond gebonden warmtepompen, zoals een beter rendement en vrij koelen. Het aanleggen van de bron maakt het te allen tijden een hogere investering dan lucht/water warmtepomp, waardoor de aardwarmtepomp minder makkelijk is terug te verdienen. Daarnaast is het in balans houden van de bron lastig. Het gebruiken van aardwarmte kost zeer weinig energie  wanneer het eenmaal is aangelegd, alleen blijf je energie uit de aarde onttrekken net zoals je dat doet bij fossiele brandstoffen.

Waar kunnen we u mee helpen?

Onze Klimaatexperts geven zo snel mogelijk antwoord


Anderen bekeken ook:

POLL: Wat is het het belangrijkste in uw huis?
Een moderne televisie
Een droomkeuken
Verwarming en warm water
Een schitterende badkamer
Stem

"Een winkelpand werd maar niet verhuurd, totdat wij besloten het te verduurzamen. Klimaatexpert heeft ons perfect geadviseerd en de doelstellingen snel gerealiseerd."

Hugo Braaf, Ten Cate Bedrijfshuisvesting

"Dankzij Klimaatexpert is het energielabel van ons kantoorgebouw verbeterd en zijn onze lasten verminderd dankzij een lager energieverbruik."

Marcel Spierings, KSR

"De mogelijkheden op het gebied van warmtepompen zijn zo divers, dat wij door de bomen het bos niet meer zagen. Klimaatexpert heeft ons adequaat geadviseerd en met een exploitatiebereking wisten we van te voren precies waar we aan toe waren. We zijn blij met het eindresultaat en onze energierekening!"

Kees van Poppelen, Harderwijk

"In mijn enthousiasme, en met een behoorlijke dosis 'eigenwijsheid', en ook weinig begrijpend over de standaard bouwprocessen, ben ik aan de slag gegaan. Gelukkig heb ik een aantal mensen ontmoet die mij geholpen hebben met de realisatie van een energie neutraal gebouw." 

Mike Lubbersen, Grayle, leverancier van zonne-energiesystemen

"Vanwege het platte dak, waren hete zomernachten geen pretje in onze slaapkamers. We slapen nu weer heerlijk. Nooit geweten dat je met een airco ook energiezuinig kan verwarmen."

Bernadette Langehuijzen, Veenendaal