Een bodemwarmtepomp gebruikt warmte uit de ondergrond en brengt die naar een temperatuurniveau dat voor verwarming en warm water kan worden gebruikt. Technisch gebeurt dit via drie onderling verbonden circuits.

Het basisprincipe kan worden uitgelegd met een fietspomp: bij het oppompen wordt lucht sterk samengeperst. Daardoor worden de lucht en de pomp warm. Wanneer een gas vervolgens expandeert, daalt de temperatuur. Ook een warmtepomp gebruikt deze samenhang tussen druk en temperatuur. In het gesloten koudemiddelcircuit vinden daarnaast verdamping en condensatie plaats.

Een bodemwarmtepomp, technisch meestal een brine-waterwarmtepomp genoemd, onttrekt op een laag temperatuurniveau warmte aan de bodem. Het koudemiddelcircuit verhoogt dit temperatuurniveau en draagt de warmte vervolgens over aan het verwarmingssysteem van het gebouw.

De drie circuits van een bodemwarmtepomp

Bodemcircuit

In het bodemcircuit circuleert een warmteoverdrachtsvloeistof, de brine. Deze stroomt door de verticale bodemwarmtewisselaar, neemt warmte uit de ondergrond op en voert die naar de warmtepomp. Daar geeft de brine de warmte af aan het koudemiddelcircuit en stroomt vervolgens terug naar de bodemwarmtewisselaar.

Bij separatus vervult een compacte verticale bodemwarmtewisselaar met een buitendiameter van 51 mm deze taak. Voor de schematische weergave wordt een boordiameter van 108 mm gebruikt. Het bodemcircuit blijft hydraulisch gescheiden van het koudemiddelcircuit.

Koudemiddelcircuit

In de verdamper neemt het koudemiddel warmte op uit de brine en verdampt. De compressor comprimeert de koudemiddeldamp, waardoor druk en temperatuur stijgen. In de condensor geeft het koudemiddel warmte af aan het verwarmingswater en wordt het weer vloeibaar. Vervolgens verlaagt het expansieventiel de druk. Het koudemiddel koelt af en stroomt opnieuw naar de verdamper.

Verwarmingscircuit

Het verwarmingscircuit verdeelt de opgewekte warmte door het gebouw. Het verwarmde cv-water stroomt bijvoorbeeld door vloerverwarming of bestaande radiatoren, geeft daar warmte af aan de ruimten en keert afgekoeld terug naar de warmtepomp.

Hoe diep moet een boring voor bodemenergie zijn?

Er bestaat geen algemene boordiepte. Deze wordt afgestemd op de warmtebehoefte van het gebouw en de geologische omstandigheden. Bepalend zijn onder meer het warmtegeleidingsvermogen van de ondergrond, de grondwateromstandigheden, de mogelijke boordiepte en wettelijke voorschriften.

Ter duiding: EnergieSchweiz noemt voor verticale bodemwarmtewisselaars in Zwitserland 100 tot 300 m als gebruikelijke standaarddiepte. De Bundesverband Geothermie noemt voor Duitsland vaak 50 tot 160 m. Deze bereiken zijn geen algemeen geldende ontwerpwaarden, maar laten zien dat de boordiepte regionaal en projectspecifiek moet worden bepaald.

Verticale bodemwarmtewisselaar of bodemcollector?

Bodemcollectoren worden meestal horizontaal op een diepte van ongeveer 1,2 tot 1,5 m gelegd. Daar hebben seizoenen, neerslag en zoninstraling meer invloed op de temperatuur van de warmtebron. Verticale bodemwarmtewisselaars reiken aanzienlijk dieper en ontsluiten een warmtebron die door het jaar heen thermisch stabieler is. Bovendien nemen ze aan de oppervlakte minder ruimte in.

Kan een bodemwarmtepomp ook koelen?

Ja. Bodem- en grondwaterwarmtepompen kunnen gebouwen bijzonder eenvoudig passief koelen. De compressor van de warmtepomp blijft daarbij uitgeschakeld. Circulatiepompen voeren overtollige warmte uit het gebouw af naar de koelere ondergrond. Daardoor kan met relatief weinig elektrische energie worden gekoeld.

Welke nadelen heeft een bodemwarmtepomp?

Een bodemwarmtepomp heeft hogere initiële kosten dan veel eenvoudigere verwarmingssystemen, omdat de warmtebron in de ondergrond eerst moet worden ontsloten. Bovendien zijn verticale bodemwarmtewisselaars niet op elke locatie toegestaan of geologisch zinvol. Warmtebehoefte, boordiepte en bodemwarmtewisselaarsysteem moeten vakkundig op elkaar worden afgestemd.

Conclusie

Een bodemwarmtepomp brengt via drie gescheiden circuits warmte uit de ondergrond naar het gebouw. De brine voert de bodemwarmte naar de warmtepomp, het koudemiddelcircuit verhoogt het temperatuurniveau en het verwarmingscircuit verdeelt de warmte door de woning. Een passende dimensionering van de verticale bodemwarmtewisselaar, de geologie en de beschikbare ruimte op het perceel zijn doorslaggevend.

Bronnen

Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations; Umweltbundesamt Duitsland; EnergieSchweiz; Bundesamt für Energie; Bundesverband Geothermie.