De bodemwarmtepomp is op dit moment het type warmtepomp op de markt met het hoogste jaarrendement. Daarnaast is de bodemwarmtepomp geruisloos en heeft deze geen buitenunit, waar een luchtwarmtepomp dat wel heeft.
Klinkt goed hè, maar wat is nou de reden dat een bodemwarmtepomp een aanzienlijk hoger rendement heeft dan andere typen warmtepompen en geen buitenunit nodig is? We leggen het je uit.
In deze blog gaan we stap voor stap kijken naar de werking van een bodemwarmtepomp. Om te begrijpen hoe een bodemwarmtepomp werkt, is het eerst handig om te snappen hoe het warmtepompprincipe werkt. Remborg Bodemenergie legt het uit vanuit de praktijk.
Het warmtepompprincipe uitgelegd
Een warmtepomp werkt eigenlijk als een slimme verplaatser van warmte. Het systeem maakt niet zelf warmte zoals een cv-ketel dat doet, maar haalt bestaande warmte uit een bron en brengt die naar een bruikbare temperatuur voor verwarming of tapwater. Dat gebeurt in een gesloten circuit met een koudemiddel. Dit koudemiddel neemt warmte op, verdampt, wordt daarna door de compressor samengeperst en stijgt daardoor sterk in temperatuur. Vervolgens geeft de warmtepomp die warmte af aan het afgiftesysteem in het gebouw.
Hierna verlaagt het expansieventiel de druk weer, waardoor het koudemiddel afkoelt en opnieuw warmte kan opnemen. Deze kringloop blijft zich herhalen. Of de warmte nu uit de bodem, buitenlucht of water komt: het basisprincipe van de warmtepomp is hetzelfde.
Waarom verschillen de rendementen per warmtepomptype?
Het rendement van een warmtepomp wordt vooral bepaald door het temperatuurverschil dat de warmtepomp moet overbruggen. Een warmtepomp haalt warmte uit een bron en brengt die warmte naar een hogere temperatuur voor verwarming of tapwater. Hoe kleiner het temperatuurverschil, hoe minder hard de compressor hoeft te werken. Hoe minder de compressor hoeft te werken, hoe minder elektriciteit de warmtepomp verbruikt en dus hoe hoger het rendement.
En juist aan deze bronkant zit het grote verschil in rendement tussen de verschillende warmtepomptypes. Een luchtwarmtepomp haalt warmte uit de buitenlucht. Die temperatuur wisselt sterk per seizoen en is juist op koude winterdagen het laagst, terwijl de warmtevraag dan het hoogst is. De warmtepomp moet dan harder werken, waardoor het rendement daalt.
Een bodemwarmtepomp haalt warmte uit de bodem. De bodemtemperatuur is veel stabieler dan de buitentemperatuur. Daardoor werkt de bodemwarmtepomp met een constantere en gunstigere brontemperatuur. De compressor hoeft minder grote temperatuursprongen te maken en het systeem draait daardoor efficiënter over het hele jaar.
Daarom ligt het jaarrendement van een bodemwarmtepomp hoger dan bij andere typen warmtepompen. Ook is er geen buitenunit nodig, omdat de warmte niet uit de buitenlucht wordt gehaald, maar uit het gesloten bronsysteem in de bodem. Dat maakt het systeem stil, netjes weggewerkt en minder weersafhankelijk.
De werking van de bodemwarmtepomp stap voor stap
Stap 1: Het bronsysteem
Bij een bodemwarmtepomp begint alles bij het gesloten bronsysteem in de bodem. Hiervoor worden één of meerdere verticale boringen gemaakt onder het gebouw, in de tuin of in de oprit. De diepte van deze boringen verschilt per project en kan grofweg variëren van ongeveer 50 tot 500 meter. Hoe diep en hoeveel er geboord moet worden, hangt af van onder andere de warmtevraag van het gebouw, de bodemopbouw en de beschikbare ruimte.
In iedere boring wordt een HDPE bodemwarmtewisselaar geplaatst. Dit wordt ook wel een verticale bodemwarmtewisselaar, VBWW of bodemlus genoemd. Deze HDPE-leiding wordt in de boring neergelaten en vormt een gesloten circuit.
Na het plaatsen van de bodemwarmtewisselaar wordt het boorgat naadloos afgevuld met een thermisch geleidende grout. Dit grout zorgt voor goed contact tussen de bodem en de bodemwarmtewisselaar. Zo kan warmte uit het grondwater goed worden overgedragen op de vloeistof in de bodemwarmtewisselaar.
Door de bodemwarmtewisselaar circuleert een vloeistof, dit is water of water gecombineerd met een geschikt antivriesmiddel. Deze vloeistof blijft volledig in het gesloten bronsysteem. Er wordt dus geen grondwater opgepompt en de vloeistof komt niet rechtstreeks in contact met de bodem of het grondwater.
De warmteoverdracht ontstaat door temperatuurverschil. In de winter komt de circulatievloeistof kouder de bodem in dan de bodem rondom de boring. Daardoor stroomt warmte vanuit de bodem via de grout en de wand van de HDPE-leiding naar de vloeistof. De vloeistof warmt onderweg een paar graden op en stroomt daarna terug richting de bodemwarmtepomp.
De bodem fungeert hiermee als een stabiele warmtebron. Op grotere diepte schommelt de bodemtemperatuur niet mee met het weer boven de grond. Waar de buitenlucht per dag en per seizoen sterk kan veranderen, blijft de temperatuur in de bodem constant. Daardoor is een gesloten bronsysteem weersonafhankelijk, stabiel en betrouwbaar. Dat vormt de basis voor het hoge rendement van een bodemwarmtepomp.
Stap 2: De warmte uit het bronsysteem overdragen aan de bodemwarmtepomp
De circulatievloeistof uit het bronsysteem stroomt vanuit de bodemlus naar de bodemwarmtepomp. Deze vloeistof heeft onderweg warmte opgenomen uit de bodem en komt met een hogere temperatuur terug bij de warmtepomp.
In de bodemwarmtepomp wordt deze warmte overgedragen aan het koudemiddelcircuit. Dat gebeurt in de verdamper. De vloeistof uit het bronsysteem en het koudemiddel komen hierbij niet met elkaar in contact. Ze blijven volledig gescheiden van elkaar. Alleen de warmte van de vloeistof wordt overgedragen.
Aan de ene kant van de verdamper stroomt dus de circulatievloeistof uit de bodem. Aan de andere kant stroomt het koudemiddel van de warmtepomp. Het koudemiddel heeft als eigenschap dat het al bij een lage temperatuur kan verdampen. Daardoor kan het de relatief lage temperatuur uit de bodem toch benutten.
De circulatievloeistof geeft haar warmte af aan het koudemiddel en koelt daardoor weer iets af. Daarna stroomt deze vloeistof terug het bronsysteem in om opnieuw warmte uit de bodem op te nemen. Het koudemiddel heeft de warmte nu overgenomen en gaat door naar de volgende stap: het verhogen van de temperatuur in de warmtepomp.
Stap 3: De bodemwarmtepomp verhoogt de temperatuur
De warmte uit de bodem is nog niet warm genoeg om een gebouw direct mee te verwarmen. De bodem levert namelijk een stabiele lage temperatuur van doorgaans 10 tot 14 graden. De bodemwarmtepomp zorgt ervoor dat deze lage temperatuur wordt opgewaardeerd naar een bruikbaar niveau voor verwarming en warm tapwater.
Dat gebeurt in het koudemiddelcircuit van de warmtepomp. In stap 2 heeft het koudemiddel warmte opgenomen uit het bronsysteem. Daardoor verdampt het koudemiddel. Deze damp gaat daarna naar de compressor.
De compressor is eigenlijk het hart van de warmtepomp. Hij perst de damp samen, waardoor de druk stijgt. En als de druk stijgt, stijgt ook de temperatuur. Op dat moment wordt de opgenomen bodemwarmte dus naar een hogere temperatuur gebracht.
Daar zit het slimme van een warmtepomp: de elektrische energie wordt vooral gebruikt om de compressor te laten draaien. De warmtepomp maakt dus niet alle warmte zelf, maar gebruikt elektriciteit om bestaande warmte uit de bodem naar een bruikbaar temperatuurniveau te brengen. En hoe hoger deze aanvoertemperatuur vanuit de bron, hoe minder hard de compressor hoeft te werken.
Na de compressor is het koudemiddel warm genoeg om zijn warmte af te geven aan het gebouw. Dat gebeurt in de volgende stap.
Stap 4: Afgifte aan het gebouw
Na de compressor is het koudemiddel op een hoge temperatuur gebracht. Die warmte moet vervolgens worden afgegeven aan het gebouw. Dat gebeurt in de condensor van de bodemwarmtepomp.
In de condensor geeft het warme koudemiddel zijn warmte af aan het water van het afgiftesysteem. Denk bijvoorbeeld aan vloerverwarming, convectoren of zelfs radiatoren. Ook kan de warmtepomp warmte leveren aan een boilervat voor warm tapwater.
Tijdens het afgeven van warmte koelt het koudemiddel weer af. Het verandert daarbij van damp terug naar vloeistof. Daarna stroomt het koudemiddel via het expansieventiel, waar de druk weer wordt verlaagd. Het koudemiddel koelt verder af en is daarna klaar om opnieuw warmte op te nemen uit het bronsysteem.
En zo blijft de kringloop doorgaan: bronsysteem neemt warmte op uit de bodem, afgifte aan bodemwarmtepomp, compressor waardeert de temperatuur verder op naar geschikte temperatuur voor vloerverwarming en tapwater, condensor geeft deze temperatuur af aan afgiftesysteem.
Stap 5: Passieve koeling met een bodemwarmtepomp
Als een bodemwarmtepomp een gebouw aan het verwarmen is, onttrekt deze warmte uit de bodem en brengt deze de warmte naar het gebouw. Tijdens dit proces gaat de koude uit het gebouw de bodem weer in. In de zomer speelt dit proces zich ook af, maar dan andersom. De bodemwarmtepomp haalt koude uit de bodem (dit is de koude die in de winter in de bodem geladen is) en brengt deze naar het gebouw. Tegelijkertijd gaat de warmte uit het gebouw de bodem weer in.
Als een bodemwarmtepomp meer warmte onttrekt dan koude, ontstaat er een disbalans in de bodem. Meestal betreft dit een warmtetekort, omdat de meeste gebouwen meer warmte onttrekken dan koude. Dit betekent dat het rendement over de jaren ietsjes lager wordt. Maar stel nou dat er in de zomermaanden passief gekoeld wordt. In dit geval wordt er warmte in de bodembron gestopt en laadt de bron dus warmte. De balans in de bron wordt op deze manier hersteld. Dit proces om een bodembron in balans te brengen heet regeneratie.
Passief koelen levert dubbel voordeel op. Je koelt het gebouw in de zomer, en tegelijk laad je de bodem op met warmte. Die warmte gebruik je het volgende stookseizoen weer om te verwarmen. Zo win je extra energie voor de winter erna.
Het verschil met andere koeling zit in de compressor. Dat is het onderdeel van de bodemwarmtepomp dat de meeste elektriciteit verbruikt, en bij passief koelen blijft die gewoon uit. De koude die in de winter in de bodem is geladen zit namelijk al op een aangename temperatuur. Er hoeft dus niets extra te worden afgekoeld met stroom. Daarom is passieve koeling vrijwel kosteloos.
Een airco of luchtwarmtepomp doet dat anders. Die gebruikt wél elektriciteit om warme lucht af te koelen tot een aangename temperatuur. Dat zie je terug op de energierekening, en het belast het stroomnet juist op de warme dagen dat iedereen tegelijk koelt.
Wat zijn de onderdelen van een complete bodemwarmtepomp-installatie?
1. Bronboringen
De bronboringen vormen het begin van het bodemenergiesysteem. Dit zijn de verticale boringen waarin de bodemwarmtewisselaars worden geplaatst. Het aantal boringen en de boordiepte verschillen per project. Dit hangt onder andere af van de warmtevraag van het gebouw, de bodemopbouw en de beschikbare ruimte op het perceel.
2. Verticale bodemwarmtewisselaars
In de bronboringen worden de verticale bodemwarmtewisselaars geplaatst. Deze worden ook wel VBWW’s of bodemlussen genoemd. Meestal zijn dit HDPE-leidingen die in de boring worden neergelaten. Door deze warmtewisselaars stroomt de circulatievloeistof van het bronsysteem. Via de bodemwarmtewisselaar wordt warmte uitgewisseld met de bodem.
3. Horizontaal leidingwerk
Vanaf de bronboringen loopt het horizontale leidingwerk naar het gebouw. Dit leidingwerk verbindt de bodemwarmtewisselaars met de bodemwarmtepomp binnen. Je kunt dit zien als de verbinding tussen de bron en de installatie. Door deze leidingen stroomt de circulatievloeistof heen en terug.
4. Bodemwarmtepomp
De bodemwarmtepomp staat binnen en vormt de schakel tussen het bronsysteem en het gebouw. De warmtepomp ontvangt lagetemperatuur-warmte uit de bodem en waardeert deze op naar een bruikbare temperatuur voor verwarming en warm tapwater. In de bodemwarmtepomp zitten onder andere de verdamper, compressor, condensor en het expansieventiel. Deze onderdelen zorgen samen voor het warmtepompproces dat eerder in deze blog stap voor stap is uitgelegd.
5. Afgiftesysteem in het gebouw
Het laatste hoofdonderdeel is het afgiftesysteem in het gebouw. Dit is het systeem dat de warmte daadwerkelijk de ruimtes in brengt. Denk aan vloerverwarming, wandverwarming, convectoren of radiatoren. Voor warm tapwater wordt vaak een boilervat toegepast.
Het afgiftesysteem heeft veel invloed op het rendement. Hoe lager de temperatuur is waarmee het gebouw comfortabel verwarmd kan worden, hoe efficiënter de bodemwarmtepomp kan werken. Daarom wordt een bodemwarmtepomp vaak gecombineerd met vloerverwarming of andere lagetemperatuur-afgiftesystemen.
Conclusie
Een bodemwarmtepomp-installatie is dus een efficiënt systeem. Buiten zorgen de bronboringen en verticale bodemwarmtewisselaars voor de uitwisseling met de bodem. Via het horizontale leidingwerk wordt deze energie naar binnen gebracht. De bodemwarmtepomp verhoogt de temperatuur en het afgiftesysteem brengt de warmte comfortabel het gebouw in.
De bodem levert een stabiele bron, de warmtepomp maakt deze energie bruikbaar en het gebouw profiteert van verwarming, warm tapwater en passieve koeling. Zonder buitenunit, met weinig geluid en met een hoog jaarrendement.
Twijfel je nog over welk type warmtepomp je moet toepassen? Of heb je vragen over de bodemwarmtepomp? Vraag een vooronderzoek aan bij Remborg, dan helpen we u verder.
Vraag een vooronderzoek aanVeelgestelde vragen
Hoe diep moet er geboord worden voor een bodemwarmtepomp?
De boordiepte en hoeveelheid bronnen hangt af van de warmtebehoefte van het gebouw, het type bodemwarmtepomp en de bodemopbouw op de locatie. De diepte kan variëren van 50 tot wel 500 meter.
Wat is het verschil tussen een bodemwarmtepomp en een aardwarmtepomp?
Geen inhoudelijk verschil. Bodemwarmtepomp en aardwarmtepomp zijn twee namen voor exact dezelfde techniek: een warmtepomp die warmte uit de grond haalt via een gesloten bodemwarmtewisselaar.
Heeft een bodemwarmtepomp onderhoud nodig?
Een goed aangelegde gesloten bron heeft zeer weinig onderhoud nodig. De warmtepomp binnen vraagt periodiek een controle, maar is ook zeer onderhoudsarm. Een luchtwarmtepomp is niet onderhoudsarm, deze bevat meer bewegende delen en staat buiten opgesteld.
Hoe lang gaat een bodemlus mee?
Een gesloten bodemlus die juist is aangelegd en correct is afgewerkt gaat wel vijftig jaar mee. Bij Remborg geven wij een garantie van 25 jaar op al onze bronnen.
Werkt een bodemwarmtepomp ook als de bodem bevroren is?
Ja. De bovenste meters van de bodem kunnen in een strenge winter inderdaad bevriezen, maar de bodemlus zit op tientallen tot honderden meters diep, ruim onder de diepte waar de grond nog bevriest. Op die diepte blijft de temperatuur jaarrond stabiel rond de 10 tot 14 °C. Een bodemwarmtepomp heeft dus geen last van vorst in de bodem.
Verzorgt Remborg ook de warmtepomp zelf?
Nee. Remborg Bodemenergie is een gespecialiseerd boorbedrijf en verzorgt de bronkant: vooronderzoek, bronboring, U-lussen en horizontaal leidingwerk.