Geothermie

In streken waar het 's winters hard vriest is het voordeliger om de warmte aan de bodem te onttrekken dan aan de lucht.

In Nederland en België zijn de winters niet zo streng en is het seizoensrendement van een bodem/water warmtepomp nauwelijks beter dan dat van een lucht/water warmtepomp. De extra investering van het captatienet of de boring is dan ook niet altijd terug te verdienen. Maar een geothermische warmtepomp heeft behalve een hoger rendement in de winter ook nog het voordeel dat er in de zomer passief mee gekoeld kan worden en dat er geen zichtbare en hoorbare buiten unit aanwezig is. 

Thermotrade levert alle kennis en benodigdheden voor het zelf aanleggen van een captatienet.

Berekenen captatienet:

Het captatienet moet beneden de vorstvrije diepte van 1,2 meter  worden ingegraven.

De grootte van het captatienet moet overeenstemmen met het afgegeven vermogen van de warmtepomp.

Een warmtepomp met een afgifte vermogen van 10 kW moet een captatienet hebben dat tot aan het eind van de winter 10 kW kan leveren.

De oppervlakte die hier voor nodig is hangt af van de bodemgesteldheid.

Aan droge zandgrond kan minder warmte worden onttrokken dan aan natte leemgrond.

Droge zandgrond

10 à 15 W/m²

Natte zandgrond

15 à 20 W/m²

Droge leemgrond

20 à 25 W/m²

Natte leemgrond

25 à 30 W/m²

Grondwatervoerend

30 à 35 W/m²

Naarmate de winter langer duurt kan er steeds minder warmte aan de bodem worden onttrokken.

1800 uur verwarmen:

12 Watt/m2 droge grond

28 Watt/m2 vochtige grond

40 Watt/m2 verzadigde grond

2400 uur verwarmen:

10 Watt/m2 droge grond

23 Watt/m2 vochtige grond

33 Watt/m2 verzadigde grond

Er is dus 10 tot 40 Watt per vierkante meter te onttrekken aan de grond afhankelijk van de omstandigheden.

Legafstand

De verdeling van de buizen heeft ook invloed op de mate waarin warmte kan worden onttrokken aan de grond.

Naarmate de buizen dichter op elkaar liggen kan de warmte sneller worden onttrokken maar er kan nooit meer warmte worden onttrokken dan de maximale vermogens zoals aangegeven in bovenstaande tabel aangezien de bodemtemperatuur hiervoor niet snel genoeg regenereert.

Buizen in meander patroon worden met een H.O.H afstand van minimaal 50 en maximaal 80 cm gelegd.

Hoewel meer afstand natuurlijk ook mag als er voldoende oppervlakte beschikbaar is heeft het geen zin om de buizen verder dan 2,5 meter uit elkaar te leggen aangezien de buizen buiten deze afstand geen warmte meer onttrekken.

Verharde oppervlakte 

Niet doordringbare grond heeft slechts een zeer beperkt regeneratie vermogen waardoor deze oppervlakte moet worden beschouwd als onbruikbaar voor warmtecaptatie.

De buizen die dus onder een verharde oppervlakte doorlopen worden niet meegerekend als captatie oppervlak en dienen te worden geïsoleerd.

Het nuttige captatienet moet minimaal 2,5 meter van verharde oppervlakte verwijderd blijven.

 Oppervlakte captatienet

Vloerverwarming heeft een vermogen nodig van 40 tot 100 Watt per vierkante meter.

In het gunstigste geval bij een goed geïsoleerde woning en verzadigde grond zou de oppervlakte van de vloerverwarming en het captatienet gelijk kunnen zijn maar meestal zal de oppervlakte die gebruikt wordt voor het captatienet 2 tot maximaal 10 maal groter moet zijn dan de vloerverwarmingoppervlakte.

Gemiddeld is er 25 Watt per vierkante meter captatienet beschikbaar en zal de vloerverwarming  50 watt per vierkante meter vragen.

De vuistregel is daarom dat het captatienet minimaal 2x zo groot moet zijn als de vloerverwarming.

Maar aangezien de warmtebehoefte in de winter hoger ligt en de bronaan het eind van de winter zijn laagste temperatuur bereikt moet het captatienet groter gedimensioneerd worden dan de gemiddelde warmtebehoefte.

Noodzakelijke collector oppervlakte

Noodzakelijke totale bodembuislengte

Diameter hoofdleiding van collector naar warmtepomp:

32mm tot 10 kW

40 mm tot 15 kW

50 mm tot 30 kW

63 mm tot 45 kW

Meander captatienet

H.O.H. 50 cm

Oppervlakte: 100m2

Afmetingen 10x10 meter

Totale buislengte: 200 meter

Capaciteit: 2,5 kW

H.O.H. 50 cm

Oppervlakte: 150m2

Afmetingen 10x15 meter

Totale buislengte: 300 meter

Capaciteit: 3,75 kW

Legafstand vergroten

Het opgenomen vermogen per meter buis kan tot 15% worden vergroot als de buizen verder uit elkaar worden gelegd.

H.O.H 50 + 0%

H.O.H 60 + 5%

H.O.H 70  +10%

H.O.H 80  +15%

Dit komt omdat de captatie oppervlakte groter wordt. Er wordt dus niet meer warmte aan de bodem onttrokken per vierkante meter, maar er wordt aan meer vierkante meter warmte onttrokken met dezelfde hoeveelheid buis.

De legafstand vergroten heeft dus enkel zin als er meer captatieoppervlakte beschikbaar is dan noodzakelijk.

Er zou natuurlijk ook meer oppervlakte kunnen worden benut en toch een legafstand van 50 cm aanhouden, maar dan wordt het captatienet duurder doordat er meer buis een grotere verdeler en meer graafwerk nodig is.

De captatieoppervlakte overdimensioneren is gunstig voor de COP vooral aan het eind van de winter.

Het heeft echter geen zin om het captatienet onnodig veel groter te maken aangezien de extra kosten niet in verhouding staan tot het verhogen van het rendement.

De bodem koelt af gedurende de winter doordat de warmte die in de zomer is opgeslagen in de bodem langzaam afneemt maar ook doordat de warmtepomp warmte aan de bodem onttrekt.

De bodem zal bij een warmteonttrekking van 2400 uren per jaar ongeveer 25% minder warmtevermogen per vierkante meter leveren dan bij een warmteonttrekking van 1800 uren per jaar.

Legafstand verkleinen

Wanneer er weinig ruimte beschikbaar is om een captatienet in te graven kunnen de buizen dichter op elkaar worden gelegd om een vermogens piek te kunnen leveren.

De bodemtemperatuur zal echter snel dalen wanneer er in korte tijd veel warmte aan wordt onttrokken waardoor er een onstabiele brontemperatuur ontstaat.

De buizen dicht op elkaar leggen heeft dus enkel zin om kortstondig een hoger vermogen te kunnen leveren.

Wanneer de oppervlakte van het captatienet maar net groot genoeg is voor de aangesloten warmtepomp kan een kleinere buisafstand ervoor zorgen dat de warmtepomp beter zal functioneren wanneer deze met grote intervallen wordt ingeschakeld zodat de bodemtemperatuur in de tussentijd weer kan herstellen.

De legafstand verkleinen tot slechts enkele centimeters zoals bij de Vaillant VWZ KK collectoten wordt gedaan kan leiden tot bevriezing van de collector doordat er te snel teveel warmte kan worden onttrokken.

Een installatie die is uitgerust met dit type collector mag daarom enkel worden opgestart wanneer de temperatuur van de woning al meer dan 15°C is.

De Energeo MS 32 collector heeft een buisafstand van +/-16 cm (6 buizen op één meter breedte) .

Ook hier kan de bron bevriezen als er te lang een te groot vermogen aan wordt onttrokken, maar is de kans al minder groot.

Bij een buisafstand van 50 cm is de kans op bevriezing redelijk beperkt, de buizen verder dan 50 cm uit elkaar leggen zal de bontemperatuur stabieler maken waardoor bij langdurige warmte onttrekking de temperatuur minimaal zal dalen.

Bodemtemperatuur België:

Tot 70 cm diepte varieert de bodemtemperatuur van 0 tot 17°C

Op 1,2 meter diepte varieert de bodemtemperatuur van 4 tot 12°C

 Op 18 m diepte is de bodemtemperatuur  stabiel op 8 tot 10°C.

 Dieper in de bodem stijgt de temperatuur met 2 tot 3°C per 100 m.

In de kern van de aarde is de temperatuur 5000°C

Een verticalen bron heeft dus niet perse een hoger temperatuur dan een horizontale bron maar aan het eind van de winter zal de brontemperatuur van de verticalen bron minder zijn gedaald dan de horizontale bron terwijl de horizontale bron in het begin van het stookseizoen juist een iets hogere temperatuur kan hebben.

Henco Geokorf of Solarpro aardwarmtekorf.

Is beperkt in warmteabsorbtie aangezien er niet meer energie uit een m3 aarde kan worden onttrokken dan erin aanwezig is. Het systeem is wel in staat om de beschikbare energie iets sneller te onttrekken maar door de traagheid waarmee de grond regenereert heeft dit vrijwel geen toegevoegde waarde.

De warmte wordt wel iets dieper aan de grond onttrokken wat in geval van beperkt beschikbare oppervlakte voor een kleine winst kan zorgen.

Twee captatienetten boven elkaar leggen is niet zinvol aangezien de buizen tot 2,5 meter rondom warmte opnemen waardoor het onderste captatienet 5 meter dieper zou moeten liggen.

Geothermische verdelers

Tot 3 kringen kan de REGA 1,2 of 3 groep geïsoleerde verdeler in de kelder worden geplaatst.

Tot 4 kringen kan de ongeïsoleerde RS collector in de kelder worden geplaatst.

Tot 6 kringen kan de NOMO 2,3,4,5 of 6 groepscollector tegen de buitengevel worden geplaatst

Meer dan 6 kringen of kringen die ver van de woning samen komen wordt de NEW BRADO collectorput geplaatst met 2 tot 12 kringen.

Bij 8 tot 18 kringen wordt de ALTRA NOVA collectorput geplaatst

Bij 15 tot 25 kringen wordt de SPIDER collectorput geplaatst

Glycol

Antivorst tot -15°C is voldoende voor een captatienet

Druk bodemcircuit

1 tot 2 bar overstort klep 3 bar

Propyleen glycol MPG(minst geschikt voor een captatienet)

Niet giftig

Hoge viscositeit bij lage temperatuur

25°C - 5,4

-35°C - 263

77°C -1,2

Vriespunt bij 50% verdunning: 34°C

Ethyleen glycol MEG (geschikt voor een captatienet)

Giftig

Lage viscositeit bij lage temperatuur

25°C - 3,4

-35°C - 64

77°C -1,04

Vriespunt bij 50% verdunning: 36°C

Klillfrost Geo (meest geschikt voor een captatienet met hoog drukverlies)