Alternatieve bodemwarmtepomp: niet diep, maar breed!
Bij een bodemwarmtepomp denken de meeste mensen aan een installatie die de gratis warmte diep onder de grond ophaalt. Daarvoor voert een gespecialiseerd bedrijf een (prijzige) boring uit tot 90 tot 150 meter diepte. De temperatuur daar is redelijk constant tussen 7 en 13 graden. Er bestaan ook alternatieven waarbij de warmtepomp de energie niet haalt uit de diepte, maar uit een breed ondiep oppervlak in de bodem.
In het kort… In plaats van dat een bodemwarmtepomp de warmte diep in de grond haalt, is het ook mogelijk om de energie uit een breed ondiep leidingennetwerk te halen. Dit captatienet dat onder de vorstgrens ligt, levert zelfs in hartje winter voldoende energie voor de warmtepomp. En van dit principe zijn er verschillende uitvoeringen mogelijk.
Lees ook: Verschillende soorten warmtepompen – wat past bij jou?
Om energie uit bodem te halen, moet er een buizennetwerk worden aangelegd. Dat kan via een verticaal systeem of een horizontaal systeem. Beide hebben hun voor- en nadelen en ook het prijskaartje verschilt. Het verticaal systeem is het duurste. Bij de horizontale bron moet je rekening houden met de tuin rondom het pand, die moet worden afgegraven. Bovendien is dit een gesloten systeem waarbij de koelvloeistof in de leidingen circuleert. Een nadeel is dat door de ondiepe ligging het rendement lager is dan een verticaal systeem.
Horizontale bodemwarmtewisselaar
©RVO Nederland
Kunststof lussen op anderhalve meter diepte
Bij de horizontale bodemwarmtewisselaar worden honderden meters kunststofleiding in lussen op een diepte van 1 tot 1,50 meter ingegraven. Deze grondlagen worden al vroeg in de lente opgewarmd door de zon en het doorsijpelende regenwater. De horizontale bodemcollector neemt de warmte op van de grond. Er is dus geen verlies aan vermogen door de jaren heen en er komt geen gespecialiseerd boorbedrijf aan te pas, alleen een gewone graafmachine.
Ook interessant: Duurzaam verwarmen met geothermische energie
Liever lokaal wat meer warmte?
Elektrische kachels zijn een goed alternatief voor de cvVoldoende groot perceel
Wel moet je over een groot perceel beschikken dat afgegraven kan worden om de kunststof lussen in te plaatsen. Deze techniek is dus niet overal toepasbaar. Hij is geschikt voor huizen in een buitengebied waar voldoende grond beschikbaar is. Dan denken we aan een weiland of een groot gazon. De afgegraven oppervlakte moet minimaal overeenkomen met de vloeroppervlakte die je binnenshuis die je wilt verwarmen. Dus niet alleen de oppervlakte van de benedenverdieping, maar ook de vloeroppervlakte van de kamers boven die op de verwarming zijn aangesloten. De oppervlakte kan beter te groot zijn dan te klein. Wanneer de graafoppervlakte te klein is, zal het systeem te veel warmte aan de grond onttrekken, waardoor die mettertijd zelfs kan bevriezen en dan verliest deze warmtebron zijn efficiëntie.
Aandachtspunten
Bovendien moeten de lussen kunststofleiding zo horizontaal mogelijk worden gelegd om eventuele luchtzakken in de leidingen te voorkomen. Het perceel mag in de schaduw liggen, maar het mag niet bebouwd of bestraat zijn. Ook mag het perceel liever niet in de schaduw liggen. In tegenstelling tot de bodemwarmtepomp die met diepteboringen werkt, kan dit type met de bodemwarmtewisselaar de woning niet koelen, tenzij de collector op ongeveer 1,8 diep ligt. Daarvoor is de bodemtemperatuur op die geringe diepte te hoog in de zomer. In de winter herken je waar zo’n bodemwarmtewisselaar is ingegraven, want de energie die de warmtepomp uit de bodem haalt, is aanzienlijk. Hierdoor zal bijvoorbeeld de sneeuw op deze plek langer blijven liggen en ook het gras zal iets later beginnen te groeien. De horizontale warmtewisselaar is door zijn concept 10 tot 30 procent goedkoper dan de verticale warmtewisselaar.
Aardwarmtekorven
Een compromis tussen de horizontale en verticale warmtewisselaar is de aardwarmtekorf. Eerst wordt er een breed gat gegraven van vier meter diep. Daarin plaatst men een korf die bestaat uit kunststof leidingen die in een spiraal zijn gewikkeld. Met dit systeem is dus een minder groot oppervlak nodig en ook geen dure boring. De capaciteit van zo’n aardwarmtekorf is beperkt. Daarom plaatst men meerdere korven als er voldoende ruimte is.
Leestip: 24 uur per dag schone stroom: dit moet je weten over geothermische energie
©RVO Nederland
Bodemwarmtewisselaar met glycol of onmiddellijk verdampend koelmiddel
Er bestaan ook horizontale bodemwarmtewisselaars zoals die van Heliotherm die beschikbaar zijn met glycol of met onmiddellijk verdampend koelmiddel. In de eerste optie worden er kunststofslangen (tyleen) van 4 cm diameter in lussen of in een ring op een diepte van ongeveer 1,2 m diepte geplaatst. Deze lussen komen bijeen bij een verdeler en de glycol die de grondwarmte transporteert, gaat vandaar naar de technische ruimte waar de warmtepomp zich bevindt.
©Deltherma.com
Daarnaast is het mogelijk om leidingen met koudemiddel horizontaal in de bodem te plaatsen. Dan hebben we het in dit geval niet over kunststof leidingen, maar over koperen leidingen van 1 cm diameter die beschermd worden met een HDPE-mantel (high density polyetheen, of hogedruk-polyethyleen). De koperen lussen zijn 75 meter lang en komen op een punt terug.
Het aantal lussen dat men nodig heeft, is afhankelijk van het vermogen van de warmtepomp. Voor een 12 kW warmtepomp zijn bijvoorbeeld 11 koperen lussen nodig, voor een 20 kW-toestel 18 lussen. In deze leidingen wordt daarna koudemiddel gecomprimeerd zoals propaan (R290 of R410A). Propaan verdampt bij -42 graden, dat betekent dat dit koudemiddel door de grondtemperatuur onmiddellijk verdampt. Omdat het toch over ongeveer 3,5 kilogram propaan gaat, moet er voldoende afstand zijn tot de woning. Dit koudemiddel transporteert de grondwarmte naar de compressor van de warmtepomp. Ook hier is er dus geen buitenunit nodig. De direct verdampers op R410A staan binnen en de afstand tot de collector mag niet te groot zijn. De direct verdampers met propaan staan altijd buiten omdat propaan zwaarder is dan lucht en driemaal zo explosief is dan aardgas.
©Deltherma.com
REGENERATIE In tegenstelling tot de verticale bodemwarmtepomp profiteert de horizontale bodemwarmtewisselaar van regeneratie. Omdat de warmtepomp warmte onttrekt uit de bodem, koelt de bodem af tot de lente. Als die genoeg is afgekoeld, kan de koude gebruikt worden om de woning te koelen. De leveranciers van een systeem met geolussen geven in tegenstelling tot de leveranciers van een breed horizontaal captatienet aan dat het bij hen wel mogelijk is om passief te koelen. In de zomer wordt de bron opnieuw opgeladen met nieuwe warmte door de zonne-energie en de regen. Dit is het regeneratieproces. De regeneratie kun je ook versnellen met behulp van zonnecollectoren. Hierdoor neemt het rendement van de warmtepomp verder toe.
Geolussen
De laatste optie die we bekijken zijn geolussen. Ook dit is een toepassing van de gesloten horizontale geothermische warmtepomp. Een graafmachine graaft eerst sleuven van minimaal 1,20 meter breed. In de praktijk is de graafbak van zo’n machine zelfs breder, 1,80 meter, maar dat maakt het afrollen van de lussen nog makkelijker. De sleuf moet een diepte hebben tussen 1,20 en 1,50 meter. Vervolgens worden de geolussen afgerold in de sleuf. Dat verloopt gemakkelijk, omdat de PE-leidingen vooraf op een handige manier zijn opgerold. Eigenlijk gaat het om een manshoge spoel die een persoon in de sleuf kan afrollen.
©Geotherma.be
Door deze geolussen stroomt ook een glycol-watermengsel om de aardetemperatuur naar de warmtepomp over te brengen. Het grote voordeel van dit systeem is de snelheid waarmee je de geolussen aanbrengt. Een gewone graafmachine in combinatie met een persoon die de geolussen uitrolt, kan dit uitvoeren in een halve dag. Door meerdere geolussen te combineren, kun je alle mogelijke vermogens bereiken. De geolussen halen de energie uit de bodem tot op 2,50 meter aan weerszijden van de gleuf en ontrekken 100 W per meter.
©Geotherma.be
