Om water op te warmen, koelen we ergens anders iets af: lucht, water, de bodem. Wat we afkoelen bepaalt voor een groot deel de prestaties.
Open bronnen, met hun relatief hoge brontemperatuur van 10 of 12ºC zijn efficiënter dan gesloten bronnen, waarbij de aanvoertemperatuur rond 5ºC ligt. Een lucht/water warmtepomp gebruikt de energie in de lucht om de verdamping van het koudemiddel plaats te laten vinden. Maar er draait altijd een pomp om het grondwater op te pompen dan wel het glycol te circuleren, of een ventilator om de lucht over de verdamper te transporteren. Direct verdampende systemen (horizontaal of verticaal), de naam zegt het, maken geen gebruik van pompen of ventilatoren.
Seasonal Coefficient of Performance
Bij hogere buitentemperaturen worden met lucht als bron zeer hoge SCOPs gehaald en bij lage temperaturen moet de machine snel kunnen ontdooien.Temperaturen onder het vriespunt zijn eenvoudiger voor de warmtepomp vanwege de veel lagere relatieve vochtigheid. Omdat het kookpunt van het koudemiddel –48.5ºC bedraagt, is er altijd wel genoeg energie in de buitenlucht om de verdamping plaats te laten vinden, echter, bij temperaturen van 20 graden onder nul is de COP (Coefficient of Performance: de verhouding tussen het geleverde thermische vermogen en het opgenomen elektrische vermogen) van een lucht/water warmtepomp nog slechts ca. 1.5 (1 kWh aan elektrische energie levert 1.5 kWh aan gegenereerde warmte). Een horizontale bodemcollector neemt warmte op van een grasveld, dat door de zon en regen wordt geregenereerd. De energie, die de warmtepomp in de winter uit de bodem haalt, is enorm: sneeuw blijft een aantal dagen langer liggen daar waar de collector op een meter diepte is ingegraven. (In Oostenrijk is dit minder populair: het gras begint later te groeien.)
Horizontale direct-verdampend systeem van Heliotherm
Een water/water warmtepomp, ook wel een open-bron systeem genoemd, pompt grondwater op en infiltreert dit benedenstrooms in de grond. Grondwater heeft een vrij constante temperatuur van ongeveer 10 graden en daarmee zijn deze warmtepomp systemen bijzonder efficiënt. Dit is echter niet overal mogelijk en toestemming wordt enkel gegeven onder bepaalde voorwaarden en met mogelijke jaarlijkse controles. (Bij uw gemeente is een en ander na te vragen.) Rekening houdend met een van de volgende factoren, afhankelijk van welk type bron wordt gekozen:
– De diepte van de boring en de regeneratie moet juist berekend worden voor een verticale bron;
– De oppervlakte van de collector moet groot genoeg zijn en zon en regen mogen niet gehinderd worden, ook spelen de grond en waterdoorlaatbaarheid een rol;
– De volumestroom van het grondwater moet tussen 4 en 10 m3 per uur kunnen zijn (boven 10 m3 stellen gemeentes aanvullende eisen, waardoor particulieren vrijwel uitgesloten zijn, slechts bij grote (>100 kW, 10 woningen) zijn open bronnen nog enigszins rendabel; en,
– Luchttoe- en afvoer moeten vrij zijn. (een omkasting belemmert de luchtstroom en daardoor de efficiëntie)
Een hoge energiebron temperatuur is bepalend voor de efficiëntie van de Heliotherm. Investering, onderhoud en installatie zijn daarnaast bepalend voor de keuze van de verschillende mogelijkheden. Hoe hoger de brontemperatuur, hoe hoger de opbrengst per kWh elektriciteit.
Duratherm boort hier bij een tandarts
Stel, een 10 kW warmtepomp verbruikt 2 kW elektrisch, en dankzij het principe van de warmtepomp kan er dus 10 kW thermisch geleverd worden, waarbij de afgiftetemperatuur van het verwarmingssysteem bepalend is. Hieruit volgt de Seasonal Coefficient of Performance (SCOP), welke met een watertemperatuur van 35 graden 6.7 bij een horizontaal direct verdampend systeem is, rond de 5.8 bij een (dure) verticale boring, en rond de 5.3 bij lucht als bron. Elke bron, behalve lucht, moet hierop berekend worden: het volume van een open waterbron, de diepte van een boring (en een of meer lussen, enkele of dubbele lus), of de oppervlakte en/of diepte voor een horizontaal collectorveld.
Een standaard boorkop: speelwater stuwt de grond omhoog
De warmte, die jaarlijks onttrokken kan worden aan met name bodemgebonden systemen, is beperkt. Warmte toevoegen door ’s zomers te koelen is van tijdelijke aard vanwege regen of een ondergrondse waterstroom. Interferentie door meerdere systemen in de directe omgeving bepaalt deels de benodigde diepte voor de boring. De energiebron is namelijk niet statisch: de temperatuurdaling bij warmte-onttrekking ofwel het vermogen van de bron is een, de weerstand in de bodemlus en de stroomsnelheid van het medium is een ander. Daar het gevraagde vermogen stijgt bij een dalende buitentemperatuur, moet ook de aanvoertemperatuur van het verwarmingssysteem stijgen. Wanneer de energiebron temperatuur ook daalt, gaat de efficiëntie van de warmtepomp achteruit. De opslagcapaciteit van de bodem is evenwel groot en bijzonder stabiel: de temperatuur op 1 meter diepte komt in de regel niet onder het vriespunt. Vaste, natte gronden zijn beter dan droge zandgronden: bevriezing van de bodem is gewenst, omdat de smeltwarmte van water met ca. 0.09 kWh/kg zeer hoog is.
