Een gesloten bodemenergiesysteem bestaat uit een of meerdere lussen die samen het bronsysteem vormen. Door deze bodemlussen stroomt een medium, zoals water, eventueel aangevuld met een koelvloeistof. Door middel van geleiding vindt vervolgens uitwisseling plaats van warmte en koude tussen het medium in de bodemlus en de omringende bodem.

Nee, de term WKO (Warmte Koude Opslag) wordt gebruikt voor systemen die grondwater onttrekken. Een WKO onttrekt warmte aan het grondwater of staat het af en brengt vervolgens het grondwater terug in de bodem. Een WKO verplaatst dus grondwater.

Een bodemwarmtewisselaar van een gesloten Bww systeem bestaat in het algemeen uit kunststof (PE100) lussen in de bodem en wisselt slechts energie met de bodem uit. Koude en warmte worden binnen hetzelfde bodemvolume opgeslagen en onttrokken zodat het ondergrondse ruimtebeslag ook veel kleiner is dan bij een WKO. Lees hier een uitgebreider verhaal!  Open bronsystemen zoals toegepast bij WKO kunnen zeer effectief zijn. Echter dient uiteraard sprake te zijn van voldoende water (kwantiteit) maar ook de kwaliteit (geo-chemie) van het water en de kwaliteit van de toegepaste bronnen is zeer belangerijk. 

Officieel spreken we van geothermie als meer dan vijfhonderd meter diepte wordt geboord. Als we minder diep boren spreken we van bodemenergie. Het is een belangrijk onderscheid, omdat verschillende wetgeving van toepassing is en de toepassing ook erg van elkaar verschilt. 

Gesloten bodemwarmtewisselaars (Bww) beperkt zich in de praktijk tot een diepte van 25 tot 200 meter. Met uitzondering van tectonisch actieve gebieden, zoals in breukzones of daar waar sprake is van vulkanisme. Daar is op een dergelijke diepte geen sprake van omgevingstemperaturen die het langjarig klimaats- gemiddelde van de locatie weerspiegelen.

De gemiddelde bodemtemperatuur is in Zweden 8C, in Nederland 10C en in Spanje 17C. Opvallend zijn wel lokale temperatuurafwijkingen in de bodem die het gevolg zijn van menselijk handelen. Zo kan in een stad, als gevolg van bebouwing en verhardingen, de bodemtemperatuur in de ondiepe ondergrond zomaar een paar graden hoger zijn dan in ongestoorde landelijke gebieden.

Een Gesloten Bodemenergiesysteem (GBES) heeft een bodemwarmtewisselaar (Bww), die bestaat uit twee leidingen van PE100 (polyethyleen) “de bodemlus” die aan de onderzijde met een U-vormige koppelstuk zijn verbonden. De lus wordt ingelaten in een gat dat tot ontwerpdiepte in de bodem is geboord, veelal binnen een diepte-interval tussen 50 tot 200 meter. 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. Nadat de bodemlus gespoeld en afgeperst is,wordt deze via een circulatiepomp aangesloten op de warmtepomp (WP). De circulatiepomp circuleert water of water/antivries (MonoPropyleen Glycol) door de lus en WP.

Als de WP wordt ingeschakeld, onttrekt deze warmte via verdamper(bron)zijde aan het langsstromende circulatiemedium. Het afgekoelde water gaat terug de bodemlus in en omdat dit nu kouder is dan de bodem, wordt warmte opgenomen. Dit proces gaat door zolang de warmtepomp warmte voor het huis produceert.

Een electrisch(e) aangedreven GBES is energiebesparend, duurzaam en circulair omdat zij de lage temperatuur omgevingsenergie naar een hoge, in de woning bruikbare, temperatuur omzet en de seizoensmatig geproduceerde koude en warmte in de bodem kan opslaan. De benodigde elektrische energie voor de WP kan met duurzame energie worden opgewekt. Kortom weinig of geen CO2-uitstoot bij verwarming en koeling!

Bij koeling van een gebouw met GBES werkt de bodemlus omgekeerd. Nu wordt de warmte via het circulatiemedium in de lus aan de bodem wordt afgestaan. 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. Bij een relatief kleine bodemwarmtewisselaar zal de temperatuurdaling vrij snel plaatsvinden, bij een grotere bodemwarmtewisselaar duurt dit langer.

Hoe ontwerp je een dergelijk dynamisch proces  Zaken die hierbij een rol spelen zijn onder meer de energievraag van het gebouw, de warmtegeleiding van de bodem, het afvulmateriaal van het boorgat, de geometrie van de lus en het debiet in de lus en de achtergrondtemperatuur van de omliggende bodem.

Een warmtepomp (WP) is in staat warmte en koude te produceren, waarbij electrische energie wordt gebruikt. De verhouding tussen het opgewekte thermische vermogen (kW) en het opgenomen electrische vermogen (kW) is de COP (Co-efficient of Performance). Ter illustratie: een WP die 10 kW thermisch (warmte of koude) levert en daarvoor 2 kW electrisch 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 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, zoals bij (verwarmingsbedrijf) een lage brontemperatuur in de bodem (< 0C) en een hoge afgiftetemperatuur (>45 C) in de woning, dan is de COP laag en neemt ook het vermogen (kW) van de WP af. Een te lage ontwerptemperatuur levert dus minder energiebesparing en kan ook leiden tot een gebrek aan comfort.

Het antwoord op de vraag is dus dat een bodemgekoppelde WP energie efficient kan werken, mits op een goede wijze ontworpen en toegepast! Hier geven we meer over een warmtepomp en bodemenergie.

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 componenten 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.

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

Kortom, een goed ontworpen en goed geinstalleerde systemen besparen kosten en onderhoud en leveren jaarlijks geld op. Wat verder aantrekkelijk is, is dat een efficient systeem ook bij stijgende energieprijzen, de kostenstijging voor de eindgebruiker beperkt. Dit maakt energiekosten beheersbaar. 

Door bijvoorbeeld gebruik te maken van een gasketel voor pieklasten, kan het aandeel van de warmtepompinstalatie en de bodemwarmtewisselaar kleiner worden. Dit systeem blijft wel  in het overgrootte deel van de verwarmingsvraag voorzien.

Het comfortniveau is in alle omstandigheden in orde, de energiebesparing optimaal en de kosten voor het systeem zijn beperkt omdat zowel de Bww als de WP niet in de pieklasten hoeven te voorzien. Een hybride warmtepomp is een tussenstap naar een volledige elektrische variant. 

Kijk bij Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO)!

• Ondiepe bodemenergie - gesloten systemen (rvo.nl)

Sinds de invoering van de AMvB Bodemenergie in 2013 bestaat een meldingsplicht voor kleine (< 70 kW bodemzijdig) gesloten bodemenergiesystemen.Voor sommige systemen moet zelfs een vergunning worden aangevraagd.

Regel zelf uw aanvraag via Melding Bodemenergie! 'Melding Bodemenergie" is opgezet om u hierbij te helpen. 'Melding Bodemenergie' verzorgt het hele traject waarbij u er zeker van bent dat de melding of vergunningaanvraag correct wordt ingediend, inclusief de bijbehorende effectenstudies.

Boorwerkzaamheden mogen in Nederland alleen door een gecertificeerd boorbedrijf uitgevoerd worden. Het ontwerp van een bodemenergiesysteem dient door een daartoe gecertificeerd ontwerper te worden gemaakt.

Ja! Uiteraard dient het ontwerp en de daarmee gemoeide kosten in verhouding te staan tot de omvang van een project, de beoogde besparingen en de mogelijke faalkosten. Kijk hier voor meer uitleg over ontwerp! 

Voor kleinere toepassingen zijn prima ontwerp gereedschappen beschikbaar zoals de ISSO 73 publicatie (ontwerp en uitvoering van verticale bodemwarmtewisselaars ISBN 90-5044-128-9).

De discussie over efficiënt gebruik van de ondergrond geldt ook voor geo-energiesystemen. Daar waar energiesystemen beslag leggen op de ondergrond en zij elkaar onderling beïnvloeden is sprake van interferentie. Lees hier meer over interferentie!  Interferentie hoeft lang niet altijd nadelig te zijn, maar vereist analoog aan ruimtelijke ordening een zekere organisatie van de ondergrond.

Tussen WKO systemen (grondwater gebaseerd) en gesloten bodemwarmte- wisselaarsystemen is wat betreft het beslag en effect op de ondergrond sprake van een zeer wezenlijk verschil.

• Bww systemen wisselen energie (koude/warmte) uit binnen het geactiveerde bodemvolume en hebben buiten dit volume nauwelijks thermisch effect op de omliggende bodem. Naarmate de sytemen qua energiehuishouding meer gebalanceerd zijn, nemen ook de thermische effecten verder af.
• WKO systemen met een noodzakelijke ruimtelijke scheiding tussen de bronnen, leggen een groot beslag op het bodem. Bij de meeste systemen zijn hydrologische en thermische effecten in het aquifer tot op grote afstand van de bronlocaties meetbaar.

Tot onze opdrachtgevers behoren commerciële partijen zoals boor- en installatiebedrijven, vastgoed- en energiebedrijven, ontwikkelaars en bouwers. Daarnaast werken wij voor overheden zoals gemeenten, provincie of rijksoverheid. Deze partijen kunnen overwegen bodemgekoppelde warmetpompsysteem toe te passen om te besparen op energieverbruik.

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 gebrek aan ruimte hoeft niet onoverkomelijk te zijn! Lees meer bij onze referenties!