De bron van de warmtepomp
Waar haalt de warmtepomp zijn energie vandaan?
Soorten bronnen
De meest voorkomende bronnen zijn de bodem, (grond)water en lucht.
de Bodem
Na ca. 17 m is de temperatuur constant 10 °C.
De bodem is zeer geschikt als bron omdat de temperatuur het gehele jaar door daar varieert tussen ca. 7 – 13 °C op 2 meter diepte (zie afbeelding). Uit de aarde rondom de woning wordt warmte onttrokken. Afhankelijk van de grondsoort en de warmtebehoefte van de woning kan men berekenen hoe groot de bron dient te worden. Een verticale of horizontale bron is altijd een gesloten bron. Vergelijk het met vloerverwarming, alleen lopen de slangen nu onder de grond van bijvoorbeeld een tuin. Meestal wordt er in de diepte geboord (verticale bron) omdat hiervoor veel minder ruimte nodig is. Soms volstaat een enkele vierkante meter al. Een dergelijk bron wordt soms wel dieper dan 100 m geboord. Dat heeft als voordeel dat de grondtemperatuur redelijk constant laag is en in de zomer ook geschikt is om mee te koelen (passieve of natural-cooling). Een horizontale bron die minimaal 2 meter diep dient te liggen zal iets minder energie leveren en zal in de zomer ook iets minder koelen. Een horizontale bron wordt in Nederland niet veel toegepast omdat er veel ruimte voor nodig is (zie ook rekenen). De bodemcollector wordt door zonnestraling, regen en eventueel door natural cooling geregenereerd, d.w.z. opnieuw opgeladen. De horizontale collector Net als bij vloerverwarming dient men geen lussen van meer dan 100 m aan te leggen, vanwege drukverliezen die extra energie van de pomp kost. Beter is het om meerdere kleine lussen te maken en deze aan te sluiten op een verdeler, waardoor geen grote pomp nodig is. Wel dient men de slangen te vullen met een glycolmengsel (Brine) om bevriezing te voorkomen. Waar vloerverwarming warmte afgeeft aan de betonnen vloer in de woning, neemt de bodemcollector warmte op uit de bodem en transporteert de pomp deze warmte naar de warmtepomp. Plant geen bomen met diepe wortels boven de bron!
| Bodemsoort | Bodemenergie | |
|---|---|---|
| Droge zandgrond: | 10 -15 | W/m² |
| Vochtige zandgrond: | 15 – 20 | W/m² |
| Droge leemgrond: | 20 – 25 | W/m² |
| Vochtige leemgrond: | 25 – 30 | W/m² |
| Droge kleigrond: | 2344 | W/m² |
| Vettige kleigrond | 2593 | W/m² |
| Grondwaterrijke bodem: | 30 – 35 | W/m² |
| 2017: | 2587 | W/m² |
| 2018: | 2604 | W/m² |
De verticale collector
Kiest men voor een verticale bron, dan dient men door het boorbedrijf de te boren diepte te laten berekenen. Meestal worden er vier zogenaamde dubbel U-buissondes parallel geplaatst. Ook deze bron dient gevuld te worden met een water/glycolmengsel.
| Bodemsoort | Bodemenergie | |
|---|---|---|
| Grind, droog zand | < 20 | W/m¹ |
| Grind, watervoerend zand | 55 – 65 | W/m¹ |
| Vochtige leem of klei: | 30 – 40 | W/m¹ |
| Massieve kalksteen | 45 – 60 | W/m¹ |
| Zandsteen | 55 – 65 | W/m¹ |
Grondwater
Ook grondwater is zeer geschikt voor warmteopslag. Zelfs in de winter zal de grondwatertemperatuur tussen de 7 en 12 °C liggen. Deze bron noemt men een open bron. Op een punt wordt grondwater onttrokken en via een wisselaar naar de verdamper-platenwisselaar van de warmtepomp geleid. Hier wordt de warmte onttrokken aan het grondwater en in temperatuur verhoogd door de warmtepomp om een en ander geschikt te maken om een woning te verwarmen of om warm water te maken. Het afgekoelde grondwater wordt vervolgens weer op een ander punt, in de stromingsrichting van het grondwater, teruggevoerd. Voor grondwater is geen tabel hoeveel energie men uit het grondwater kan onttrekken. Meestal wordt gerekend met het aantal kuub water per vierkante meter per dag. Met de formule Q= m * c * ΔT is dan te berekenen wat de energie is die men aan het grondwater kan onttrekken. Voor woonhuizen is de open bron minder geschikt omdat deze veel onderhoud vraagt. Meestal wordt deze toegepast voor grotere systemen.
Om warmte te onttrekken uit de grond is een B/W-warmtepomp nodig. Dit staat voor Brine/Water warmtepompen, oftewel primair gaat er ‘brine ’door de warmtepomp en secundair wordt er gebruik gemaakt van cv-water. Dit laatste geld voor de meeste warmtepompen. Brine is een mengsel met antivries, dat in een lus die diep in de aarde gebracht is d.m.v. boring, en zo bevriezing van het tussenmedium voorkomt. Vergelijk het met het koelcircuit in een auto. Vaak wordt hier een glycolsoort als antivries toegepast. Het zal duidelijk zijn dat dit alleen toepasbaar is in een gesloten circuit. Verticale bodemlussen kunnen wel tot meer dan 100 m diep geboord worden. Het is ook mogelijk om horizontale lussen te plaatsen indien men veel grond tot zijn beschikking heeft, en men genoegen neemt met een iets kleinere koelcapaciteit. Men noemt dit ook wel een gesloten bron. Het voordeel van een gesloten bron is dat er nauwelijks vervuiling kan optreden, waardoor er weinig onderhoud nodig is. Het nadeel is dat men een dure bron moet boren en het rendement iets lager is dan met een open bron. De gDe gesloten bron wil bij veelvuldig gebruik nog wel eens uitgeput raken, meestal aan het eind van het stookseizoen, waardoor de temperatuur van de bron daalt, en derhalve ook het rendement. In de zomerperiode kan men de bron weer regenereren door natuurlijke zonne-instraling maar ook door gebruik te maken van passieve koeling in de woning. Passieve koeling is niets anders dan de warmte uit de woning verplaatsen naar de aarde (bron). Deze warmte kan men dan in de winter weer terughalen als men de woning wil verwarmen.
Lucht
De minste moeite hoeft men te doen om warmte te onttrekken aan de lucht. De buitenlucht kan men via een ventilator geforceerd langs een warmtewisselaar leiden (de verdamper) waar de warmte uit de lucht gehaald wordt. Het verplaatste luchtvolume is relatief groot: Reken op 2500 tot 4000 m³ per uur, afhankelijk van het vermogen. Lucht is overal aanwezig, dus een ideale bron om warmte uit te halen. Het is wel verstandig om dit met een machine te doen die weinig geluid maakt, want deze units staan vaak buiten (al zijn er ook warmtepompen te koop die men binnen op kan stellen: De lucht wordt dan door een buis in de muur aangezogen en weer afgevoerd). Bovengenoemde bronnen zijn de meest toegepaste bronnen. Er zijn echter alternatieven:
De buffer
Dit is een groot vat, meestal van beton waar een kunststof spiralen slang doorheen loopt. Deze spiraal is gevuld met een glycolmengsel. Dit mengsel wordt door de verdamper van de warmtepomp gepompt om hier energie aan te onttrekken. Om een vloeistof te bevriezen of te ontdooien kost veel energie. Bron buffers maken gebruik van de faseovergangsenergie. Regeneratie gebeurt meestal met een freecooler PVT of zonnecollectoren. De warme lucht ontdooit de vloeistof. Het is ook mogelijk om in plaats van een betonnen bak in de grond te plaatsen een EPDM-zak in de kruipruimte van een woning te plaatsen.
in het water opgeslagen.
Winter: Vanaf het begin van het stookseizoen wordt het water in de ijsbuffer ‘gecontroleerd’ tot het
vriespunt afgekoeld. Bij de overgang van koud water naar ijs wordt een enorme hoeveelheid energie omgezet,
de zogenaamde kristallisatiewarmte.
PVT-systeem
Dit zijn zonnepanelen, gecombineerd met thermische zonnecollectoren. De zonnecellen van de zonnepanelen kunnen behoorlijk warm worden. Deze warmte wordt door de zonnecollectoren afgevoerd naar de warmtepomp, en fungeert op deze wijze als bron. ’s-Nacht vangt een PVT paneel geen energie van de zon maar werk deze alleen als lucht warmtewisselaar doet, er zal gebufferd moeten worden tijdens nachtbedrijf van de warmtepomp. Een bijkomend voordeel is dat de opbrengst van de PV-panelen iets hoger is vanwege de koeling die ze krijgen via het zonnecollectorsysteem.
