Een gesloten bodemenergiesysteem (GBES) is een installatie die gebruikt kan worden voor het duurzaam verwarmen en koelen van uw woning, appartement of bedrijfspand. Een GBES bestaat uit een bovengronds gedeelte, met als belangrijkste onderdeel de warmtepomp (WP), en een ondergronds gedeelte gevormd door één of meerdere gesloten kunststof lussen welke zijn geplaatst door middel van boringen, ook wel bodemwarmtewisselaars genoemd (BWW). Deze BWW’s kunnen zowel horizontaal als verticaal geplaatst worden. In de praktijk gebruikt echter het overgrote gedeelte van de GBES verticale wisselaars.

In de winter kan op deze manier energie worden onttrokken aan de bodem ten behoeve van verwarming, en in de zomer kan daarnaast ook warmte worden afgestaan aan de bodem om gebouwen te koelen. De warmtepomp is vereist om de benodigde aan het gebouw te leveren temperaturen (>35°C) te kunnen behalen. Lees hier meer gedetailleerde informatie over de werking van een warmtepomp. 

Het ondergrondse gedeelte van een gesloten bodemenergiesysteem (GBES) bestaat uit één of meerdere kunststof (PE100) lussen, ook wel bodemwarmtewisselaars (BWW) genoemd. Deze BWW’s vormen een gesloten circuit waarbinnen een vloeistof gecirculeerd wordt die door middel van geleiding energie uitwisselt met de bodem. Er wordt dus geen grondwater onttrokken of op een andere manier vloeistoffen met de bodem uitgewisseld.

Open bodemenergiesystemen (OBES), ook wel WKO (Warmte Koude Opslag) genoemd, zijn bodemenergiesystemen die wel actief grondwater onttrekken en weer terug injecteren om de warmte en koude uit het grondwater te kunnen gebruiken. Bij GBES wordt koude en warmte binnen hetzelfde bodemvolume (middels dezelfde BWW) opgeslagen en onttrokken, terwijl bij OBES over het algemeen sprake is van losse (infiltratie en retour) bronnen, die enkele tientallen tot honderden meters uit elkaar dienen te liggen. Het ondergrondse ruimtebeslag (thermische effecten) is daarom over het algemeen kleiner bij een GBES dan bij een OBES. Maar om dezelfde capaciteit te kunnen leveren zijn wel meer boringen benodigd voor een GBES vergeleken met een OBES.

Door de verschillen tussen de twee type systemen zijn deze geschikt voor verschillende soorten locaties  en verschillende soorten projecten. Over het algemeen zullen OBES worden ingezet bij wat grootschaligere projecten (bijv. scholen ziekenhuizen), terwijl GBES beter geschikt zijn voor individuele woningen. Bij de overweging om gebruik te maken van een OBES dient ook in wat meer detail rekening gehouden te worden met de kwantiteit (aanwezigheid geschikte aquifers) en de kwaliteit (geochemie) van het beschikbare grondwater op een bepaalde project locatie. Binnen de Nederlandse ondergrond zijn GBES in principe altijd toepasbaar, mits geen sprake is van bepaalde wettelijk opgelegde beperkingen.

De boordiepte van verticale gesloten bodemenergiesystemen (GBES) in Nederland beperkt zich in de huidige praktijk van 25 tot ca. 350 meter. Bij energiesystemen die gebruik maken van boringen tot 500 meter diepte (zowel voor open als gesloten systemen) spreken we officieel nog van bodemenergie. Projecten waarbij dieper dan 500 meter wordt geboord vallen onder ”geothermie”.

Verschillen tussen de twee categorieën uiten zich onder andere in het geproduceerde temperatuurbereik, het gebied van wetgeving, de benodigde initiële investeringskosten, de vereisten en specificaties van de benodigde bovengrondse installatie en het type locatie en soort project waarvoor beiden kunnen worden ingezet.

Het ondergrondse gedeelte van een gesloten bodemenergiesysteem (GBES) bestaat uit één of meerdere bodemwarmtewisselaars (BWW). Dit zijn leidingen van PE100 (polyethyleen) die aan de onderzijde met een U-vormig koppelstuk zijn verbonden, en zo een gesloten circuit vormen. De warmtewisselaars worden ingelaten in een boorgat (ca. 15 cm in diameter) dat tot de benodigde diepte in de bodem is geboord.

Het boorgat rondom de lus wordt aangevuld zodat het stabiel is. Waar nodig wordt het boorgat met “grout” (vloeibaar klei/zand mengsel) afgevuld of laagsgewijs aangevuld met fijn grind en ondoorlatende klei. Het aanbrengen van het grout of de laagsgewijs aangebrachte klei, dient om mogelijke verticale menging van grondwater tussen de doorboorde watervoerende lagen te voorkomen. De bodemlus wordt via een circulatiepomp aangesloten op een warmtepomp (WP), welke zich bovengronds in het gebouw bevindt.

De circulatiepomp circuleert water (of een mengsel van water en antivries) door de bodemwarmtewisselaars en de warmtepomp. De warmtepomp onttrekt warmte via de verdamper(bron)zijde aan het langsstromende circulatiemedium. Het afgekoelde medium gaat terug de bodemlus in, en omdat dit nu kouder is dan de bodem, wordt opnieuw warmte opgenomen. Dit proces herhaalt zich zolang de warmtepomp warmte voor het gebouw produceert. Bij koeling van een gebouw werkt het systeem omgekeerd. Dan wordt de warmte via het circulatiemedium in de lus aan de bodem afgestaan.

Het systeem als geheel is op deze manier energiebesparend, duurzaam en circulair omdat het de lage temperatuur omgevingsenergie op efficiënte wijze naar een hoge, in het gebouw bruikbare, temperatuur omzet en de seizoensmatig geproduceerde koude en warmte in de bodem kan opslaan. De benodigde elektrische energie voor de circulatiepomp en de WP kan met duurzame energie worden opgewekt. Kortom weinig of geen CO₂-uitstoot bij verwarming en koeling!

Een warmtepomp (WP) is in staat warmte en koude te produceren voor een gebouw, waarbij alleen elektrische energie wordt gebruikt als input. De verhouding tussen het totale opgewekte thermische vermogen (kW) en het opgenomen elektrische vermogen (kW) is de COP (Coefficient of Performance). Ter illustratie: een WP die 10 kW thermisch (warmte of koude) levert en daarvoor 2 kW elektrisch opneemt, heeft een COP van 5. Hoe hoger de COP, hoe groter de besparing - maar je moet je niet alleen door de COP laten leiden.

De COP is afhankelijk van het type WP en de hoeveelheid arbeid die de WP moet verrichten. Is de temperatuursprong tussen de bron- en afgiftezijde van de WP klein, dan is de hoeveelheid arbeid gering en heb je een hoge COP. Is het temperatuurverschil groot dan zal de COP lager zijn en neemt ook het vermogen (kW) van de WP af. Als een gebouw bijvoorbeeld niet goed genoeg geïsoleerd is, zal de warmtepomp veel harder/langer moeten werken om de gewenste ruimtetemperatuur te bereiken en neemt de efficiëntie sterk af.

Daarnaast is een adequaat ontwerp van het bodemzijdige gedeelte van een GBES ook van belang om over een langere periode een hoog rendement te kunnen garanderen. Bij verwarmingsbedrijf onttrekt de WP warmte aan de bodem, waardoor deze rondom de lus gaandeweg zal afkoelen. Om de warmtestroom vanuit de bodem naar het circulatiemedium in stand te houden, zal het circulatiemedium door de WP steeds verder afgekoeld worden. Om te voorkomen dat de vloeistoftemperatuur op termijn te ver zakt, de WP vervolgens te hard moet werken, en daarmee het rendement afneemt, zullen voldoende boormeters geplaatst moeten zijn op basis van een ontwerp. 

Het uiteindelijke gemiddelde jaarlijkse rendement van een gesloten bodemenergiesysteem volgend uit alle benodigde bedrijfsstanden wordt over het algemeen uitgedrukt in een “SPF-waarde”. Deze ligt globaal tussen de 3,5 en de 6,0 voor gesloten bodemenergiesystemen in Nederland, en hiermee is een goed ontworpen systeem vele malen efficiënter dan een gasketel.

Een bodemgekoppelde warmtepomp is duurzaam, omdat het gebruik maakt van zowel hernieuwbare omgevingsenergie alsmede van in de bodem opgeslagen koude en warmte, die vrijkomt bij koel- en verwarmingsprocessen in het gebouw. Zo wordt bij verwarming warmte aan de bodem onttrokken en kan de opgewekte koude vervolgens bij de koeling van het gebouw worden gebruikt. Op deze manier werkt de bodem als een duurzame warmte-/koudebatterij! 

De levensduur van een Bodemwarmtewisselaar (Bww) dient minstens vijftig jaar te bedragen. De warmtepomp zelf en andere onderdelen zoals kleppen en pompen hebben in het algemeen een levensduur van vijftien jaar. Als men het systeem stopzet, zal de oorspronkelijke bodemtemperatuur zich herstellen als gevolg van geleiding vanuit de omgeving, of door langsstromend grondwater.

Door het lagere energieverbruik helpt een bodemgekoppelde warmtepomp bij het verminderen van de CO₂-uitstoot. Zeker in vergelijking met conventionele verwarmings- en koelsystemen op basis van fossiele brandstoffen, kan het gebruik van een bodemgekoppelde warmtepomp de CO₂-footprint van een gebouw aanzienlijk verlagen.

Voor gesloten bodemwarmtewisselaarsystemen in combinatie met warmtepompen geldt dat deze met name door hun energiebesparing, geringe onderhoud en lange levensduur economisch interessant zijn. Een ander groot financieel voordeel is dat een goed ontworpen bodemenergiesysteem heeft relatief weining elektriciteit gebruikt i.v.m. bijvoorbeeld een luchtwarmtepomp, waardoor het elektriciteitsnet kan worden ontlast.

Kortom, een goed ontworpen en goed geïnstalleerde systemen besparen kosten en onderhoud en leveren jaarlijks geld op. Wat verder aantrekkelijk is, is dat een efficiënt systeem ook bij stijgende energieprijzen, de kostenstijging voor de eindgebruiker beperkt. Dit maakt energiekosten beheersbaar. Als minpunt wordt vaak de hogere kosten bij aanschaf genoemd. Dit kan echter ook worden gezien als investering in de woning. Kortom naast de jaarlijkse besparing op de energierekening, voegt een bodemgekoppelde warmtepomp ook waarde toe aan een woning.  Om de marktpositie van gesloten bodemenergiesystemen ook bij renovatieprojecten te verbeteren, worden nieuwe concepten ontwikkeld. Een voorbeeld daarvan zijn de gesloten collectieve bronnen bij rijtjeswoningen of appartementsgebouwen. Die verminderen de investeringskosten.

Tot slot levert een bodemenergiesysteem winst op voor het klimaat en maakt het ons minder afhankelijk van gas uit het buitenland. Daarnaast heb je als eindgebruiker minder energie nodig dus ben je ook minder afhankelijk van commerciële marktpartijen. Dit zijn pluspunten, die niet direct financieel te maken zijn, maar vanuit het waardecreatie perspectief zeker relevant.

Men spreekt van een hybride warmtepompsysteem wanneer de bodemwarmtewisselaars en de warmtepomp van een gesloten bodemenergiesysteem (GBES) binnen één installatie gecombineerd worden met een (al in het gebouw aanwezige) gasketel.

In een dergelijke constructie zal het GBES gedurende het grootste gedeelte van het jaar de warmte en koudevraag leveren. Voor de echte pieklasten in de winter kan echter nog gebruik worden gemaakt van de gasketel. Op deze manier is het comfortniveau is in alle omstandigheden in orde en de energiebesparing optimaal. Daarnaast is de benodigde hoeveelheid boormeters voor de ondergrondse koppeling van het GBES kleiner, wat de initiële kosten voor de aanleg van het GBES zal beperken. Een hybride warmtepompsysteem is op deze manier een praktische tussenstap naar een volledige elektrische variant.

In Nederland zijn verschillende subsides en regelelingen beschikbaar om het gebruik van bodemgekoppelde warmtepompsystemen te stimuleren. Hieronder vind je een overzicht van enkele belangrijke subsidieregelingen:

1. Investeringssubsidie Duurzame Energie (ISDE): Voor een individuele bodem-warmtepomp start het subsidiebedrag bij € 3.750 en loopt op tot € 5.100 (Subsidie warmtepomp: bedrag en voorwaarden | Milieu Centraal).
2. Stimulering Duurzame Energieproductie en Klimaatransitie (SDE++): Deze regeling is meer gericht op grootschalige energieprojecten en daarvoor interessant voor projectontwikkelaars en overheden.
3. Regionale en lokale subsidies: Naast landelijke regelingen zijn er ook regionale en lokale subsidies beschikbaar.
4. Duurzaamheidsleningen: Verschillende lokale overheden, maar ook banken bieden leningen voor het verduurzamen van uw eigen huis of huurwoning.

Kijk op de website van Rijksdienst voor Ondernemend Nederland voor meer informatie: Ondiepe bodemenergie - gesloten systemen (rvo.nl)

Sinds de invoering van de AMvB Bodemenergie in juli 2013 bestaat een meldingsplicht voor kleine (< 70 kW bodemzijdig) gesloten bodemenergiesystemen. Bevoegd gezag is in principe de gemeente. Voor systemen met een groter bodemzjidig vermogen moet soms zelfs een vergunning op basis van de Wet algemene bepalingen omgevingsrecht (Wabo) worden aangevraagd.

De algemene regels zijn dat het belang van de bodem moet worden meegenomen en dat invulling aan het doelmatig gebruik van bodemenergie wordt gegeven. De algemene regels bieden een algemeen beschermingsniveau voor heel Nederland dat is gericht op de bescherming van bodem en water en de bevordering van een doelmatig gebruik van bodemenergie, met inbegrip van het voorkomen van negatieve interferentie.

Daarnaast is sprake van flankerende wetgeving, die kan afhankelijk van de situatie van toepassing zijn op een bodemenergiesysteem.

Het betreft onder andere:

• Provinciale Milieu Verordening (PMV);
• Spoorwegwet;
• Natuurbeschermingswet;
• Wet bodembescherming;
• Beperkingen bij het boren in waterkeringen.

De Handreiking besluiten bodemenergiesystemen (BUM) en de Handhavings Uitvoerings Methode (HUM) worden gebruikt door het bevoegd gezag (gemeenten en provincies) voor het beoordelen van open en gesloten bodemenergiesystemen.

In deze handreikingen zijn voorschriften uit het Wijzigingsbesluit bodemenergiesystemen en de Provinciale Milieuverordening verder uitgewerkt in een leidraad voor het beoordelen van vergunningaanvragen en voor de toetsing en handhaving van zowel de vergunningen als de algemene regels. Hierin zijn ook specifieke onderwerpen als energiebalans, interferentie en monitoring geoperationaliseerd.

Regel zelf je aanvraag via Melding Bodemenergie! Melding Bodemenergie' verzorgt het hele traject waarbij u er zeker van bent dat de melding of vergunningaanvraag correct wordt ingediend, inclusief de bijbehorende effectenstudies – zoals een interferentiestudie.

Indien het aantal, of de totale lengte van de, bodemwarmtewisselaars (BWW), van een gesloten bodemenergiesysteem (GBES) onvoldoende is, zal het systeem niet naar behoren functioneren. De warmtepomp (WP) zal harder moeten werken, waardoor meer elektriciteit wordt verbruikt en het rendement zal afnemen. In het ergste geval kan het voorkomen dat het systeem überhaupt niet genoeg warmte (of koude) kan leveren om de temperatuur in het gebouw op het gewenste niveau te brengen. Zowel voor het bovengrondse deel als het ondergrondse deel van het systeem moet daarom op een zorgvuldige manier een ontwerp worden opgesteld en worden gedocumenteerd. Gebruikte informatiebronnen  moeten herleidbaar zijn en aannames waarop het ontwerp wordt gebaseerd dienen onderbouwd te worden.

Dit begint dus bijvoorbeeld al bij het berekenen of goed inschatten van het te verwachten energievraagpatroon (warmte, koude en tapwater) van een gebouw en de selectie van de benodigde WP conform de BRL 6000-21. Indien de gebruikte energievraag onvoldoende nauwkeurig of zelfs onjuist bepaald is, kan het gebeuren dat een (in principe correct) ontworpen bronsysteem uiteindelijk alsnog niet kan voldoen aan de werkelijke energievraag.

De omvang en indeling van de ondergrondse koppeling van een GBES (het aantal boringen/boormeters) dient niet alleen goed afgestemd te zijn op de gebouwzijdige kant van de installatie, maar dient ook rekening te houden met de lokale omstandigheden in het gebruikte bodemvolume. Parameters zoals de ongestoorde bodemtemperatuur, thermische eigenschappen van de bodem, grondwaterstroming, de aanwezigheid van andere bodemenergiesystemen of eventuele boordieptebeperkingen zijn allemaal van invloed op hoe een systeem er uiteindelijk uit dient te komen te zien om de gewenste prestaties te kunnen leveren.

Kortom, om de functionaliteit van een GBES over een langjarige periode (>30 jaar) te kunnen garanderen is een goed gedocumenteerd ontwerp opgesteld conform de eisen zoals gespecificeerd in de BRL 11000 benodigd. Voor meer informatie met betrekking tot het ontwerpen van GBES zie ook de ISSO 73 publicatie (Ontwerp en uitvoering van verticale bodemwarmtewisselaars).

Gesloten bodemenergiesystemen (GBES) in Nederland leveren binnen een kalenderjaar over het algemeen meer warmte dan koude aan de gebouwen waarop ze zijn aangesloten. Bij langjarige gebruik van een GBES zal daarom de bodem lokaal netto gaan afkoelen rond een bodemwarmtewisselaar (BWW).

Voor een enkel GBES wordt deze afkoeling in de ondergrond tot op zekere hoogte gecompenseerd door de natuurlijke warmtegeleiding van de ondergrond en eventueel de plaatselijke grondwaterstroming, en deze parameters dienen dan ook al beschouwd te worden binnen het ontwerp van een GBES.

Indien echter meerdere afzonderlijke GBES, één voor één, dicht op elkaar worden aangelegd kunnen deze elkaar ook gaan beïnvloeden. De afkoeling van de bodem rond de BWW van het ene systeem, kan ervoor zorgen dat de bodem ter hoogte van de BWW van een ander systeem ook kouder wordt. Dit wordt thermische interferentie genoemd.

Waarom kan thermische interferentie voor problemen zorgen?

Simpel gezegd zorgt een koudere bodem ervoor dat minder makkelijk energie uit de bodem gehaald kan worden, dat de warmtepomp dus harder moet werken dan initieel voorzien, en dat het rendement van een GBES op termijn ook minder wordt.

Nieuwere systemen kunnen, en dienen, in principe rekening te houden met de effecten van al aanwezige GBES ten tijde van het ontwerp. Echter voor eerder gerealiseerde systemen is het natuurlijk niet mogelijk om nog rekening te houden met systemen die later zijn aangelegd.

Daarom zijn er in Nederland regels met betrekking tot de maximale interferentie die is toegestaan ter hoogte van een GBES, als gevolg van de aanleg van andere GBES. Bestaande systemen worden op deze manier beschermd, maar de keerzijde hiervan is dat het soms erg moeilijk of helemaal niet meer mogelijk is voor nieuwe systemen om gerealiseerd te worden.   

Het voorkomen van dergelijke problemen in drukke gebieden wat betreft bodemenergie (bijv. nieuwbouwwijken) vereist daarom, analoog aan ruimtelijke ordening, een zekere organisatie van de ondergrond. Het kan in sommige gevallen bijvoorbeeld rendabel zijn om op voorhand een bodemenergieplan op te laten stellen, zodat alle woningen in ieder geval de mogelijkheid hebben om gebruik te maken van bodemenergie.

Naast onderlinge thermische interferentie tussen nabij elkaar gelegen GBES kan in sommige gevallen ook interferentie optreden tussen open bodemenergiesystemen (OBES) en GBES. OBES hebben in veel gevallen een ruimtelijke scheiding tussen de warme en koude bronnen, en leggen hiermee een relatief groot beslag op de bodem. Bij veel open systemen zijn hydrologische en thermische effecten in het gebruikte aquifer tot op grote afstanden (>100m) van de bronlocaties nog meetbaar.

Bij GBES is de laterale spreiding van de thermische effecten op de omgeving over het algemeen veel minder ver, maar wanneer een GBES relatief dichtbij de bron van een OBES is gelegen (binnen het thermische invloedsgebied), kan er alsnog sprake zijn van wederzijdse invloed.

Ook voor dergelijke gevallen geldt het principe ‘wie het eerst komt wie het eerst maalt’, en is het de verantwoordelijkheid van de partij die het later aan te leggen systeem wil realiseren om aan te tonen dat er geen sprake is van een negatieve invloed op het al bestaande systeem.    

Het aantal gesloten bodemenergiesystemen (GBES) is de afgelopen jaren flink toegenomen. Met deze ontwikkeling wordt het logischerwijs op verschillende plekken, met name in nieuwbouwwijken, steeds drukker in de bodem. De aanwezigheid van verschillende GBES binnen een klein gebied kan problemen opleveren door de thermische interferentie die ontstaat tussen de losse systemen.

In Nederland zijn er algemene regels met betrekking tot de maximale interferentie die is toegestaan ter hoogte van een GBES. Bestaande systemen worden op deze manier beschermd, maar de keerzijde hiervan is dat het soms erg moeilijk of helemaal niet meer mogelijk is voor nieuwere systemen om nog gerealiseerd te worden.

Als gemeente bent u bevoegd gezag wat betreft de gesloten bodemenergiesystemen. Niet alleen behandelt u de reguliere meldingen en vergunningaanvragen, maar u kunt ook actief het doelmatig gebruik van de bodem in uw gemeente begeleiden door het laten opstellen van een bodemenergieplan, en het aanwijzen van interferentiegebieden. Met een interferentiegebied kunnen gericht zones worden aangewezen waarin alle bodemenergiesystemen vergunningplichtig worden. Daarnaast kunnen er specifieke eisen en gebruiksregels worden vastgelegd in een bodemenergieplan, waar alle GBES aan dienen te voldoen alvorens ze gerealiseerd mogen worden.

Hierdoor kan je als gemeente de regie voeren met betrekking tot de implementatie van bodemenergie. Goed gekozen gebruiksregels kunnen ervoor zorgen dat het voor een gehele wijk mogelijk blijft om op een doelmatige en duurzame manier gebruik te maken van de warmte en koude uit de bodem. Daarnaast is het behandelen en beoordelen van losse reguliere interferentieberekeningen in feite ook niet meer nodig, en wordt de toetsing voor nieuw aan te leggen GBES op deze manier eenvoudiger.

Tot onze opdrachtgevers behoren commerciële partijen zoals boor- en installatiebedrijven, vastgoed- en energiebedrijven, ontwikkelaars en bouwers. Daarnaast werken wij voor overheden zoals gemeenten, provincies of rijksoverheid.

Bij het overwegen van bodemgekoppelde warmtepompsystemen is het van groot belang op voorhand inzicht te hebben in het langjarig functioneren van de systemen. Als gecertificeerd bedrijf beschikt Groenholland over de kennis en ervaring om gesloten bodemenergiesystemen van elk formaat naar de eisen en wensen van de opdrachtgever te ontwerpen.

Wanneer wordt het een succes? Een van de voorwaarden voor succes is een inpandig afgiftesysteem dat geschikt is voor lage temperatuur verwarming en hoge temperatuur koeling. Er zijn ook al een groot aantal projecten gerealisererd waarbij de bodemwarmtewisselaar onder het gebouw is geplaatst. Kortom een verondersteld gebrek aan ruimte hoeft niet onoverkomelijk te zijn! Lees meer bij onze referenties!