Bronsoorten voor warmtepompen

Er kunnen globaal drie soorten bronnen voor warmtepompen worden onderscheiden:

• Lucht (Ventilatielucht, omgevingslucht of een combinatie van beiden)
• Bodemwarmte
• Restwarmte

Deze drie bronnen komen zowel voor als ‘natuurlijke’ bron (buitenlucht, bodemwarmte, grondwater, oppervlaktewater en directe zonnestraling) en als restproduct (afvalwarmte uit ventilatielucht, afvalwater, industriële processen enz.).
De keuze van de bron is afhankelijk van een aantal factoren, zoals de beschikbaarheid van de bron, de mogelijkheid tot grondboringen en de aanwezigheid van afvalwarmtestromen. Per toepassing dient een goede afweging te worden gemaakt met betrekking tot de meest optimale warmtebron.

Selectie warmtepompbron
Om een warmtepomp goed te kunnen toepassen, zal op voorhand moeten worden gekeken naar een geschikte bron. De keuze zal afhangen van de plaatselijke omstandigheden en de warmtepomp toepassing.  Bij bodemwarmte worden de begrippen brijn en sole gehanteerd. Wanneer bijvoorbeeld wordt gesproken van een brijn/water (B/W) warmtepomp, dan wordt daarmee bedoeld dat de warmte uit de bron wordt onttrokken met een water/glycolmengsel. Dergelijke systemen worden uitgevoerd als gesloten systeem. Het doel is om warmte te kunnen onttrekken op een niveau lager dan 0 °C. Met sole wordt de bodem bedoeld die als bron wordt gebruikt voor het warmtepomp systeem.  Voor de juiste keuze van de bron zijn factoren van belang als: warmtebehoefte, (eventueel gewenste) koudebehoefte, beschikbaarheid brontypen, gemiddelde brontemperatuur, minimale brontemperatuur in de winter en brontemperatuur na één of meerdere seizoenen. Afhankelijk van de situatie kan op basis hiervan worden gekozen voor een bepaald type bron. Hieronder worden de verschillende bronnen één voor één toegelicht.

Lucht

Als luchtbronnen komen alle beschikbare luchtstromen in aanmerking. Binnen deze omschrijving worden vooral ventilatielucht en buitenlucht als bron bedoeld.

Ventilatielucht
De moderne woningen / gebouwen in Nederland dienen te worden geventileerd om de bewoners een gezond binnenmilieu te bieden en om de bouwkundige delen tegen vochtinwerking te beschermen. De afgezogen lucht is gemiddeld 20°C en kan prima als bron voor bijvoorbeeld een warmtepomp(boiler) dienen om het cv- en tapwater te verwarmen. Door hun universele toepassing zijn deze warmtepompboilers zeer populair in Europa. Warmtepompen voor cv-toepassingen zijn in opkomst.

Hoewel de hoeveelheid beschikbare lucht vrij beperkt is zit er meer warmte in dan via het verwarmen van tapwater kan worden benut. Vooral vanuit Duitsland, Oostenrijk en Scandinavië komen ook grotere toestellen, welke in staat zijn extra warmte terug te winnen voor centrale verwarming.

Omgevingslucht
De omgevingslucht heeft als groot voordeel dat deze overal in onbeperkte mate voorhanden is. De aanschaf- en installatiekosten voor het benutten van de omgevingslucht als warmtebron voor een warmtepomp zijn dan ook relatief laag. Het nadeel is dat de buitentemperatuur laag is als er veel warmte nodig is. Dit resulteert in een relatief lage COP van de warmtepomp. Een soortgelijke situatie ontstaat bij koelen in de zomer wanneer de buitentemperatuur hoog is. Dit betekent dat het gemiddelde jaarrendement van dergelijke systemen wat lager is dan bij systemen die gebruikmaken van bodem- of restwarmte
Bodemwarmte

Om de bodemwarmte als bron te benutten, worden open of gesloten bodemwarmtewisselaars gebruikt. Hierdoor is het mogelijk om in de bodem opgeslagen warmte te benutten.

De aardbodem slaat namelijk de door de zon ingestraalde warmte op en hierdoor heerst er al vanaf een geringe diepte een vrij constante temperatuur van 10°C à 12°C.

Er zijn een aantal soorten bodemwarmtewisselaars te onderscheiden:

• De horizontale bodemwarmtewisselaar is gemakkelijk aan te leggen en levert een goed jaarrendement. De bodemwarmtewisselaar dient te worden gedimensioneerd aan de hand van de plaatselijke bodemgesteldheid. Het nadeel is wel dat er een relatief grote oppervlakte nodig is, welke bij de meeste woningen in Nederland vaak niet beschikbaar is
• Indien de benodigde grondoppervlakte er niet is, kan de bodemwarmtewisselaar verticaal worden ingebracht. De monobron (of sonde) vergt een gedegen bodemanalyse vooraf, en een nauwe samenwerking met een grondboorbedrijf dat ervaring heeft op dit terrein
• Gebruikelijk worden er in Nederland aquifers toegepast tot een diepte van 20 à 80 m. De juiste diepte, het aantal en de afstand tussen de bodemwarmtewisselaars zijn afhankelijk van de bodemgesteldheid, de beschikbare ruimte en de uiteindelijke warmte- en koudeonttrekking
• In een aantal gevallen is het mogelijk open water of oppervlaktewater als bron te gebruiken voor de warmtepompinstallatie. Hierbij valt te denken aan rivieren, beken of zeewater. Aandachtspunt is overleg met de betreffende autoriteiten over het gebruik

Bodemwarmte horizontale bodemwarmtewisselaar
Om de warmte uit de bodem te halen wordt gebruik gemaakt van een gesloten bronsysteem, bestaande uit kunststof leidingen (de collector), gevuld met een antivriesmengsel (water/glycol, sole). De gesloten bronsystemen worden veelal toegepast in de woningbouw.

De laatste jaren zijn er veel ontwikkelingen geweest op het gebied van dimensionering, materiaal, productie en kwaliteitsboring van de grondcollectortechniek. De dimensionering van de grondcollectoren gebeurt aan de hand van de bodemgesteldheid en de verwarmingsbehoefte. Voor horizontale grondcollectoren is een diepte van 1,2 tot 1,5 meter gebruikelijk. Op deze diepte kunnen grondcollectoren het hele jaar door voldoende warmte aan de bodem onttrekken.

Bodemwarmte monobron

Vanwege het relatief grote oppervlak dat nodig is voor horizontale grondcollectoren wordt in Nederland vaak gebruik gemaakt van verticale grondcollectoren, een zogenaamde ‘sonde’. Bij dit type bron wordt geboord tot op een diepte van 30 tot 50 m.

De temperatuur van het Nederlandse grondwater ligt tussen de 10°C en de 12°C op 30 – 70 m. Het voordeel van grondwater als bron is de hogere temperatuur die na langere periode beschikbaar is. De kosten per woning vallen lager uit wanneer meerdere woningen gebruik maken van één bron. Als aandachtspunten kunnen de bodemwaterkwaliteit en de benodigde vergunningen worden genoemd.

Bodemwarmte Aquifer / open bron
Een alternatief voor de gesloten bodemwarmtewisselaar is het direct benutten van het grondwater als warmtebron, een open bronsysteem. Hierbij wordt grondwater onttrokken en nadat de warmte is onttrokken wordt het grondwater via een tweede bron in de bodem geïnjecteerd.

Restwarmte processen

In deze restcategorie zijn andere mogelijke bronnen te benoemen die hiervoor nog niet zijn genoemd. Te denken valt aan restwarmte uit bijvoorbeeld (industriële) processen, maar ook aan restwater afvalstromen zoals de riolering of mestputten van boerderijen. Het temperatuurniveau van afvalwarmte van industriële processen is vaak relatief hoog wat tot gunstige COP’s leidt. De beschikbaarheid in de nabije omgeving en de frequentie van beschikbaarheid zijn punten van aand

Wet- en regelgeving bronnen

Een ander aspect van de bronkeuze is de eventuele noodzaak voor een vergunningaanvraag. Afhankelijk van het soort bronsysteem kan een vergunning nodig zijn:

• Voor warmteterugwinning voor een warmtepompboiler uit ventilatielucht is geen vergunning vereist.
• Voor plaatsing van een luchtwarmtewisselaar voor een warmtepompboiler aan de buitenkant van een huis moet een bouwvergunning bij de gemeente worden aangevraagd, of kan worden volstaan met een melding bij de gemeente, afhankelijk van de plaats op het dak of aan de gevel. De gemeentelijke Dienst Bouw- en Woningtoezicht kan meer informatie geven.
• Voor kleine gesloten bronsystemen voor individuele woningen is geen vergunning nodig. Het Ministerie van Binnenlandse Zaken, departement Wonen, Wijken en Integratie (WWI)  heeft regelgeving in voorbereiding,  deze wordt naar verwachting pas begin 2012 van kracht.
• Voor open bronsystemen (meestal grotere systemen voor bedrijven of woonwijken) is een vergunning nodig in het kader van de Grondwaterwet. De vergunningaanvraag hier voor  moet bij de provincie worden ingediend.