Bovengrondse bron warmtepomp

Bovengrondse bron warmtepompWarmtepompen die gebruik maken van bodemwarmte hebben nog steeds het hoogste rendement, hoger dan de lucht/water warmtepomp of de varianten die we op deze pagina gaan noemen.

Omdat een boring/bodemcollector toch vrij kostbaar is en daarnaast tegenwoordig ook nog de verplichte certificering om de hoek komt kijken bij installaties met een bodemenergiesysteem, worden er varianten bedacht met andere bovengrondse bron installaties. Want ook een ingegraven korf, ingegraven leidingen of een zgn. horizontale bron in de bodem valt onder de verplichte melding en certificeringsplicht immers het betreft hier een ‘gesloten bodemenergiesysteem’.

Omschrijving volgens Rijkswaterstaat / bodem+

Gesloten bodemenergiesysteem: installatie waarmee, zonder grondwater te onttrekken en na gebruik in de bodem terug te brengen, gebruik wordt gemaakt van de bodem voor de levering van warmte of koude ten behoeve van de verwarming of koeling van ruimten in bouwwerken, door middel van een gesloten circuit van leidingen, met inbegrip van een bijbehorende warmtepomp, circulatiepomp en regeneratievoorziening, voor zover aanwezig.

De meest toegepaste warmtepomp met een bovengrondse bron is natuurlijk de lucht/water warmtepomp. De buitenunits van dit type warmtepomp (Split of Monoblock) zijn voorzien van een ventilator. De ventilator blaast lucht over een lamellen pakket (verdamper) waardoor het koudemiddel stroomt en energie onttrekt aan de lucht. Omdat er maar een bepaalde hoeveelheid energie in een m³ lucht zit (na gelang het temperatuurverschil voor en na de verdamper dat plaats mag vinden, maar hier geldt hoe kleiner dit temperatuurverschil hoe gunstiger) kan met een ventilator voldoende m³ lucht over de lamellen worden gevoerd. Het geluid van de ventilator kan echter als hinderlijk worden ervaren. Ook dit is een van de reden dat onderzoek gedaan wordt naar andere manieren om energie te onttrekken aan de buitenlucht.

Het lastigste punt van energie onttrekken uit de buitenlucht , direct of indirect, is natuurlijk de winterperiode. Als de buitentemperatuur het laagst is, is de energievraag voor warmte het hoogst. Hoe kouder de bron wordt hoe lager het rendement (COP) van een warmtepomp. Ook is het de kunst om voldoende energie te kunnen blijven onttrekken uit de buitenlucht.

Onderstaand wat projecten van alternatieve bovengrondse energie-onttrekking uit de buitenlucht. Soms worden de resultaten in vakbladen positiever afgeschilderd dan dat ze werkelijk zijn. Sommige van deze oplossingen gaan namelijk hartje winter over op puur elektrische verwarming , daardoor gaat het jaar resultaat natuurlijk onderuit. Als men dan alleen het gemiddelde COP noemt van het seizoen waarin de warmtepomp in werking was, liegt men niet maar verzwijgt men wel belangrijke informatie. Natuurlijk is over het jaar gezien het rendement nog bijzonder goed te noemen t.o.v. puur elektrisch verwarmen. Ook is het jaar rendement beter dan bij aardgas, alleen de prijs van aardgas maakt dat in euro gezien de energieverbruik nota soms iets minder interessant wordt.


WarmteWinMuur als bron voor een brine/water warmtepomp

(Artikel van Carla Debets uit het vakblad BouwTotaal / afbeelding Janssen de Jong Bouw )

In Delden staan de eerste twee Nederlandse woningen die zijn gebouwd met het concept WarmteWinMuren van Janssen de Jong Bouw. Het principe hiervan is dat glycolvoerende leidingen in de gevels warmte onttrekken aan de omgeving. Deze warmte wordt met behulp van een warmtepomp opgeslagen en zorgt op die manier voor energiezuinige woningen. Niet alleen de zon speelt hierbij een rol, maar vooral ook de wind en de omgevingstemperatuur.

Al eerder (2004) realiseerde Janssen de Jong een eerste pilotwoning, waarin het concept van de WarmteWinMuur werd getest. Vervolgens werd het systeem doorontwikkeld en toegepast in een kinderdagverblijf in Amsterdam. In beide projecten werden de leidingen ingestort in prefab betonnen gevels. Bij de toepassing in het kinderdagverblijf was het bovendien aantrekkelijk om ruimtes met lagetemperatuurverwarming te creëren, zonder radiatoren. ‘Het integreren van sensoren en het constant monitoren en interpreteren van de gegevens van deze twee projecten hebben bijgedragen aan een verdere optimalisatie van de muur’, vertelt Mark Arends, account manager bij Janssen de Jong Bouw. ‘Aan de hand van verzamelde cijfers hebben we duidelijk de energiebesparing en het rendement van de muur kunnen aantonen. Bovendien bleek een COP/SFP (Seasons Performance Factor) van 5 haalbaar, tegen relatief lage kosten. Een factor van 5 wil zeggen dat het systeem vijf keer zuiniger is dan een elektrische kachel.’

Alternatieve afwerking

Toch liep het bedrijf ook tegen een aantal nadelen op. De twee projecten waren gerealiseerd met betonnen gevels; niet geschikt voor woningbouw, zo oordeelde men. Woningeigenaren of huurders willen toch graag bakstenen gevels. Janssen de Jong ging op zoek naar een mogelijkheid om aan die wens te voldoen en kwam uiteindelijk terecht bij een Duits bedrijf dat prefab betonwanden kon leveren inclusief een afwerking met steenstrips aan de buitenzijde. Hierbij is een uitgebreide keuze in kleuren van gevelstenen en voegen mogelijk. Donkere kleuren absorberen de zonnewarmte beter dan lichtere kleuren, maar het SFP-verschil is zeer gering, volgens berekeningen. Samen met de TU Eindhoven en de Duitse firma werd de muur verder ontwikkeld. Vooral een goede hechting van de steenstrips aan het achterliggende beton was een belangrijke voorwaarde, evenals de vorst- en dooibestendigheid van de afwerking. Omdat de glycolvoerende leidingen in de beton zorgen voor temperatuursverschillen, kan dit leiden tot grote thermische spanningen. Daardoor kunnen met de gebruikelijke steenstrips van gezaagde baksteen problemen optreden. Daarom worden steenstrips toegepast van dubbelhard gebakken tegels. Omdat de elementen in de fabriek worden gemaakt en de steenstrips mechanisch worden gevoegd, is de verdichtingsfactor hoger. Dit is weer gunstig voor de vorst- en dooibestendigheid.

WarmteWinWoningen

De twee WarmteWinWoningen in Delden maken deel uit van een project van in totaal vijfendertig woningen. Beide woningen zijn voorzien van een WarmteWin- Muur. Daarbij is het niet persé noodzakelijk dat deze wanden op het zuiden liggen. Behalve de zon hebben ook de wind en omgevingstemperatuur invloed. In Delden zijn de WarmteWinMuren verwerkt in de vooren zijgevel. De ideale verhouding is dat de oppervlakte van de WarmteWinMuren 20 procent is van het bruto vloeroppervlak. De woningen in Delden hebben een bruto vloeroppervlak van 198 m2, dus 40 m2 aan WarmteWinMuur. De WarmteWinMuur in Delden heeft een totale dikte van 40 centimeter en heeft een Rc-waarde van 5,4 m2K/W. De muur bestaat van binnen naar buiten uit: 13 centimeter lichtbeton, 18 centimeter harde isolatie, 7,5 centimeter beton met de glycolvoerende leidingen en 1,5 centimeter steenstrips. Inmiddels wordt de wand ook geproduceerd met een Rc-waarde van 6,0 m2K/W; hierbij is de isolatie wat dikker. Voor een optimaal rendement liggen de leidingen verticaal in de elementen, over de gehele lengte. Diverse simulaties hebben aangetoond welk patroon, welke leidingdiktes en welke afstanden ten opzichte van de binnen- en buitenmuur het hoogste rendement opleveren.

Werking systeem

Door de glycolvoerende leidingen gaat de warmte naar de warmtepomp. Deze warmtepomp onttrekt de warmte (circa 4 graden) aan de leidingen en geeft deze af aan de vloerverwarming. Ieder segment heeft zijn eigen aansluitingen, die allemaal uitkomen bij de verdeler voor de warmtepomp. Voor opslag van de warmte is ook nog een buffer aangebracht: een betonvloer op zand met eveneens glycolvoerende leidingen. Op deze bufferlaag (15 centimeter) is isolatie aangebracht én de begane grondvloer met vloerverwarming. Wanneer de warmte is onttrokken aan de glycolvoerende leidingen in de muur gaat de 4 graden koudere glycol terug in de muur én/of in de buffer. Met behulp van een slimme thermostaat wordt bepaald waar de warmte wordt onttrokken of naar toe gaat. Dit zorgt voor een optimaal binnenklimaat.

Wat levert het de bewoners op?

Het concept van de WarmteWinMuur levert de bewoners een zeer energiezuinige woning op, met een EPC van 0,59. Janssen de Jong berekende dat het notaverschil tussen een woning met een WarmteWin- Muur of een reguliere HR-ketel kan oplopen tot circa 45 procent. Met aanvulling van zonnepanelen is het zelfs mogelijk een zogenoemde energienotaloze woning te realiseren. De investering voor het Warmte- WinMuur-concept kan in circa zes tot zeven jaar worden terugverdiend. De woningen kunnen bovendien snel worden gebouwd: door de grote mate van prefabricage kan de woning in zeven weken gebouwd worden. Door deze snelle bouwtijd wordt onder meer bespaard op rentekosten. Ter vergelijking: de meer traditionele woningen in het project vergen tien maanden bouwtijd. De woningen hebben geen gasaansluiting; er wordt elektrisch gekookt. Wel is voor de warmtepomp nog enige (elektrische) energie nodig. De WarmteWinMuren leggen de bewoners nauwelijks eisen op. Het is echter niet raadzaam om te boren in de buitenmuren; in de binnenmuren mag en kan alles. Er worden geen beperkingen gesteld aan het ontwerp van de woning en bijvoorbeeld ook niet aan de plaatsing van kasten in de ruimtes.


PVT panelen als bron voor een brine/water warmtepomp

PVT panelen zijn gecombineerde panelen, dus PV (elektra) en Thermisch (verwarming water/glycol) in één systeem.

Onderstaand een opstelling / afbeelding zoals wij die ontvingen van Triple Solar:
Door de PVT panelen loopt een glycol/water mengsel dat als bron dient voor de warmtepomp, eventueel kan in een buffer ook wat warmte worden opgeslagen. Hoewel een buffer voor cv gebruik in de winter natuurlijk al snel te klein is.
In de zomer situatie kan het water/glycol mengsel wat van de panelen komt al snel te warm zijn voor de warmtepomp, vrijwel alle warmtepompen hebben nl. een maximaal brontemperatuur van bijvoorbeeld 20 of 30 °C hiervoor is in bovenstaand schema een mengklep opgenomen, de aanvoer van het paneel wordt gemengd met de retour uit de verdamper van de warmtepomp om naar 20 of 25 graden toe te regelen.

Onderstaande een meting aan een dergelijk systeem:

meting aan pv panelen bron


We zien dat op deze dag in februari overdag de bron uit temperatuur (let op dit is voor een warmtepomp ‘bron in’ ) boven de buiten temperatuur uit komt, dat is dus gunstig . In de nacht zit deze temperatuur (omdat er dan geen licht is nog zon uitstraling) onder de buitentemperatuur, net als bij een lucht/water warmtepomp. Een luchtwater warmtepomp heeft voor de winter een zgn. ‘ontdooi’ functie, dan wordt warmte van binnen teruggehaald om buiten de lamellen (warmtewisselaar) te ontdooien, dit is in dit systeem niet voorzien. Als het een paar dagen goed vriest is het de moeilijkste tijd voor dit systeem. De vraag is in hoeverre het systeem overdag kans ziet om eventuele ijsvorming bij de PVT panelen te voorkomen. Bij een zachte winter zal dit wellicht goed gaan .. de ervaring zal leren hoe dit uitpakt. Een elektrisch element als back-up voor de warmtepomp of een bivalent systeem met ketel is wellicht gewenst. Bij een moderne zeer goed geïsoleerde woning die heel weinig vermogen nodig heeft en ruim voldoende PVT oppervlak heeft is het wellicht goed te doen. In de nabije toekomst horen we hier beslist meer van.

 


Energie zak in de kruipruimte als bron voor een brine/water warmtepomp

Een water/ijszak als bron voor de warmtepomp en gevoed met zonnewarmte is ook een dergelijk alternatief. (foto Solar Freeze)

Zak in kruipruimte


Men stopt een met water gevulde kunststof zak in de kruipruimte van een woning met bijvoorbeeld een inhoud van 12 m³. Deze zak bestaat eigenlijk uit twee onderdelen. Een binnen- en buitenzak. De binnenzak is gevuld met glycol dat via aansluitpunten rond gepompt kan worden door de verdamper van de brine/water warmtepomp. De warmtepomp onttrekt dus energie aan de zak waardoor de temperatuur van het water in de zak daalt. Het water in de zak kan zelfs ijs worden, omdat een faseovergang, van water naar ijs, veel meer energie kost kan er langere tijd energie worden onttrokken aan de zak. De brontemperatuur richting warmtepomp zal op dat moment iets onder de nul graden zijn. Naast dat de warmtepomp op het glycolgedeelte van de zak zit aangesloten, zitten daar ook nog thermische zoncollectoren op. Als de temperatuur op het dak in de collectoren hoger is dan in de zak start een pomp om de zak weer van nieuwe energie te voorzien. Als er al een beetje zon is (overdag dus) komt, ook bij vorst, de temperatuur van het thermisch paneel toch al snel boven 0, en boven de ‘lucht’ temperatuur. Alleen bij langdurige vorst en weinig zon zal er een situatie ontstaan dat er nauwelijks nog energie geleverd kan worden aan de warmtepomp, op dat moment neemt een elektrisch element het over. De toepassing is voornamelijk interessant bij woningen die supergoed geïsoleerd zijn en van zich zelf al weinig energie nodig hebben om warm te blijven. Daardoor kan de zak ook beperkt blijven in de afmeting van bijvoorbeeld 12 m³.

Gratis tot 6 offertes in uw mailbox?

Bent u van plan een warmtepomp te kopen? Dan is het verstandig om vrijblijvend meerdere offertes aan te vragen. Op deze manier krijgt u goed inzicht in de kosten en kunt u tot wel 30% op de kosten besparen. Vul hieronder uw postcode in, vervolgens uw gegevens en vergelijk lokale warmtepomp specialisten.

6x Valse vooroordelen warmtepomp

Warmtepompen komen steeds meer in het nieuws en mensen worden aangemoedigd om zo’n apparaat aan te schaffen. Omdat de initiële …

airco met warmtepomp

5x Valkuilen + veelgemaakte fouten

Met een warmtepomp kun je op een ontzettend energiezuinige (en dus milieuvriendelijke) manier water of lucht verwarmen. Alle …

Stappenplan kopen

Een warmtepomp aanschaffen is een heel goed voornemen. Wie een warmtepomp aanschaft gaat afstappen van het gebruik van milieu …