Bodemenergie: lokaal duurzaam alternatief voor verwarming en koeling

In dit artikel staat de techniek bodemenergie centraal. Bodemenergie is namelijk een kansrijk, duurzaam alternatief voor het verwarmen en koelen van onze gebouwen. We leggen uit hoe de techniek werkt, welke vormen van bodemenergie er zijn, waarom het de meest duurzame oplossing is en tot slot waarom dit van belang is voor bewoners en bedrijventerreinen in uw gemeente.

Hoe werkt bodemenergie

Een bodemenergiesysteem benut de lokaal aanwezige thermische energie in de bodem en of het grondwater en verplaatst deze naar uw gebouw. Hiertoe maakt de techniek gebruik van enkele duurzame eigenschappen van de bodem en meerdere installatieonderdelen.

Duurzame eigenschappen van de bodem

Een bodemenergiesysteem maakt gebruik van de duurzame eigenschappen van de bodem. Afhankelijk van het type systeem, maakt het in meer of mindere mate gebruik van onderstaande duurzame eigenschappen van de bodem:

1. Constante achtergrondtemperatuur
   Van nature heerst er een constante achtergrondtemperatuur tussen de circa 10⁰ C tot 12⁰ C binnen de eerste 200 tot 250 meter beneden maaiveld.
2. Thermische isolator
   De bodem is een goede thermische isolator, waardoor het lokaal thermische energie kan opslaan/vasthouden.
3. Thermische energie
   Door grondwaterstroming en thermische geleiding kan thermische energie vanuit de omgeving worden toegevoerd of afgevoerd. In de Nederlandse ondergrond zijn de grondwaterstroming en temperatuurflux niet extreem (zoals in bijvoorbeeld IJsland), maar spelen zeker een rol van betekenis. 

Onderdelen van een bodemenergiesysteem

Een bodemenergiesysteem bestaat of uit een installatie in de bodem (bodemzijdig) en een installatie in het gebouw (gebouwzijdig). Op hoofdlijnen bestaat de installatie uit de volgende componenten:

1. Eén of meerdere bronnen die grondwater kunnen onttrekken en infiltreren, of uit één of meerdere afgesloten bodemlussen waarbinnen een vloeistof circuleert (bodemzijdig)
2. Een warmtewisselaar (bodemzijdig en gebouwzijdig)
3. Een warmtepomp (gebouwzijdig)
4. Eventueel een balansvoorziening (gebouwzijdig)

Bodemzijdig onderdeel: Open of gesloten bodemenergiesystemen

Open bodemenergiesystemen verpompen grondwater en maken gebruik van de thermische energie in de bodem en het grondwater. Een open systeem kan enkel gebruikmaken van de achtergrondtemperatuur van het grondwater en/of gebruik maken van de thermische opslagcapaciteit van de bodem:

• Als een bodemenergiesysteem gebruikmaakt van de opslagcapaciteit van de bodem en het grondwater, is sprake van een warmte- en koudeopslagsysteem (WKO). De natuurlijke achtergrondtemperatuur van de bodem en het grondwater wordt ter plaatse van de bronnen plaatselijk verhoogd (warme bron) of verlaagd (koude bron), als gevolg van de extra toegevoegde thermische warmte-/koude-energie afkomstig van het gebouw.
• Als een bodemenergiesysteem enkel gebruikmaakt van de achtergrondtemperatuur van de bodem en het grondwater, is sprake van een recirculatiesysteem. Hierbij wordt het hele jaar door, via hetzelfde onttrekkingsfilter, de constante achtergrondtemperatuur onttrokken. In het infiltratiefilter vindt, afhankelijk van het seizoen, infiltratie van afgekoeld of opgewarmd grondwater plaats.

Gesloten bodemenergiesystemen maken niet direct gebruik van het grondwater. Een gesloten bodemenergiesysteem bestaat namelijk 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.

Onderdeel warmtewisselaar

Zowel de uitwisseling van warmte als koude met de bodem en of het grondwater vindt plaats met een warmtewisselaar. Een warmtewisselaar, ook wel tegenstroom-apparaat genaamd, is niets anders dan een aantal op elkaar gesoldeerde metalen platen, waar warmte-uitwisseling plaatsvindt tussen de bodembron en het gebouw. Hierbij staat de circulatievloeistof uit de bodemlus of het grondwater niet direct in contact met de vloeistof in het gebouwcircuit. De warmtewisselaar zorgt voor een scheidende werking tussen het gebouw- en bodemcircuit. Om een beeld te vormen van een warmtewisselaar is in figuur 1c een voorbeeld opgenomen. 

Onderdeel warmtepomp en balansvoorziening

Door in de winter het gebouw te verwarmen met behulp van een warmtepomp wordt warmte onttrokken aan de bodem. De overgebleven koude, afkomstig van de verdamper van de warmtepomp en eventueel atmosferische koude (gewonnen door een balansvoorziening), wordt via de warmtewisselaar weer in de bodem gebracht. Deze koude wordt in de zomer weer benut voor passieve gebouwkoeling.

Door in de zomer het gebouw te koelen met de koude-energie uit de bodem, wordt zon-thermische energie (aanwezig in een gebouw en eventueel gewonnen door een aanvullende balansvoorziening) vanuit het gebouw via de warmtewisselaar in de bodem gebracht. Deze zon-thermische energie (warmte) wordt in de winter, met behulp van een warmtepomp, weer benut voor gebouw verwarming.

Vormen van bodemenergie

De wijze waarop de onttrekkings- en infiltratiebronnen en de bodemlussen in de bodem worden gedimensioneerd, verschilt van systeem tot systeem. Voor een open bodemenergiesysteem is het van belang dat de bronnen van het systeem beiden binnen eenzelfde watervoerende laag worden geplaatst. Vanuit de Waterwet is het namelijk verboden dat verschillende typen water, uit verschillende watervoerende lagen, met elkaar worden vermengd.

Voor de uitleg van de verschillende vormen van bodemenergie verwijzen wij u naar de website van Branchevereniging Bodemenergie: Soorten bodemenergie | Bodemenergie.

Eén = vijf

Door de toepassing van een bodemenergiesysteem wordt, in vergelijking met het gebruik van cv-ketels en koelmachines, uitstoot van CO2 naar de atmosfeer voor een aanzienlijk deel voorkomen. Immers een groot gedeelte van de thermische energie (zowel warmte als koude) komt uit de bodem. De warmtepomp verplaatst deze energie enkel vanuit de bodem naar het gebouw. De verhouding tussen de benodigde energie om het systeem te laten draaien en de energie die door het systeem wordt geleverd, ligt rond de 1:5. Dit betekent dat er één eenheid energie nodig is om vijf eenheden energie te verkrijgen.

Beperkte CO2-uitstoot

Enkel het gebruik van de elektrische energie ten behoeve van de warmtepomp (in de wintersituatie) en de bronpompen (zowel zomers als ’s winters) leidt nog tot uitstoot van CO2 naar de atmosfeer, indien deze elektriciteit afkomstig is van de niet-duurzaam gestookte energiecentrales. Elektriciteit afkomstig uit een energiecentrale is namelijk volgens de huidige energiemix nog grotendeels opgewekt met behulp van fossiele brandstoffen.

100% duurzame installatie

Indien de benodigde elektriciteit is opgewekt met bijvoorbeeld zonnepanelen of windmolens, is sprake van een 100% duurzame installatie, zonder uitstoot van CO2 naar de atmosfeer. Daarnaast bestaan er mogelijkheden om warmtepompen niet met elektriciteit aan te drijven, maar bijvoorbeeld met biogas, waardoor eveneens sprake is van een 100 % duurzame installatie.

Toepasbaarheid bodemenergie

Een bodemenergiesysteem is een duurzaam laagtemperatuur verwarmingssysteem (afgiftetemperatuur 45⁰C) en een duurzaam hoogtemperatuur koelsysteem (afgiftetemperatuur 8 à 12⁰C). Daarnaast kan het warmtapwater leveren van maximaal circa 65 à 70⁰ C. Nagenoeg overal in Nederland is de ondergrond geschikt voor toepassing van een vorm van bodemenergie. Enkel in een aantal provinciale verbodsgebieden gelden er beperkingen voor toepassing van bodemenergie, ter bescherming van de drinkwaterwinning.

Als enkele installatie

Indien de thermische schil van een gebouw in voldoende mate is geïsoleerd en er het liefst een laag temperatuurafgiftesysteem aanwezig is, kan een bodemenergiesysteem als enkele installatie worden toegepast.

Hybride systeem

Indien de thermische schil onvoldoende is geïsoleerd, kan een bodemenergiesysteem in combinatie met een andere installatie voor warmte- en koude-opwekking (hybride systeem) worden toegepast. In deze situatie is er altijd een aanvullende installatie nodig die als piekvoorziening optreedt, op de momenten dat er een piekvraag is. Het bodemenergiesysteem dient dan enkel voor de invulling van de basislast.

Test of uw gebouw geschikt is

Om te testen of uw gebouw geschikt is voor lage temperatuurverwarming, kunt u de watertemperatuur voor verwarming in uw cv-ketel instellen op 45⁰C. Indien het uw cv-ketel lukt om uw gebouw onder alle klimatologische condities (vooral bij temperaturen < -5⁰C) op comfortabele temperatuur te houden, kunt u in principe uw gasketel vervangen door een bodemenergiesysteem.

Bodemenergie in warmteplannen

Voor gemeenten is het stimuleren van bodemenergie voor bewoners en gebouweigenaren een slimme keuze om meerdere redenen:

1. Duurzaamheid en klimaatdoelen
   Bodemenergie levert gratis, hernieuwbare warmte en koude uit de bodem. Hierdoor draagt het direct bij aan de reductie van CO₂-uitstoot en helpt het gemeenten om hun duurzaamheidsdoelen te behalen​.
2. Besparing op energiekosten
   Bewoners kunnen flink besparen op hun energierekening doordat bodemenergie zorgt voor efficiënte verwarming en koeling. Vooral in combinatie met een warmtepomp kan het rendement oplopen tot 500%​.
3. Betrouwbare en bewezen techniek 
   Bodemenergie wordt in Nederland al meer dan 25 jaar toegepast en heeft zich ontwikkeld tot een robuuste, efficiënte en betaalbare techniek. Gemeenten kunnen hierdoor vertrouwen op een goed functionerend systeem​.
4. Geschikt voor nieuwbouw en bestaande wijken 
   Zowel open als gesloten bodemenergiesystemen zijn beschikbaar, waardoor er altijd een passende oplossing is. Met de juiste infrastructuur kunnen hele woonwijken hiervan profiteren​.
5. Mogelijkheid tot koeling 
   Naast verwarming biedt bodemenergie ook de mogelijkheid tot passieve koeling. Dit is vooral relevant gezien de toenemende temperaturen​.
6. Lange levensduur en lage onderhoudskosten 
   Bodemenergiesystemen gaan vaak langer dan 50 jaar mee en vergen relatief weinig onderhoud in vergelijking met andere duurzame energieopties​.
7. Ruimtebesparing en esthetiek 
   Omdat een groot deel van de installatie ondergronds ligt, blijft de leefomgeving visueel aantrekkelijk en wordt er bespaard op bovengrondse infrastructuur​.

Door bodemenergie actief te bevorderen, kunnen gemeenten hun inwoners voorzien van een duurzame, kostenefficiënte en toekomstbestendige energieoplossing.