Warmtepompen zijn zeer in trek dezer dagen. Ze verhogen het rendement tov van een gewone brander aanzienlijk. Terwijl een hoge rendementsketel op 108% zit zal een warmtepomp makkelijk 300% halen. Dit wil zeggen dat voor elke Kw die je er insteekt krijg je 3Kw terug.

De warmtepomp is vooral in trek bij passieve woningen of lage rendementswoningen. Het principe van de wartepomp is eenvoudig, niet in technische termen, want hier zit heel wat research achter. Maar we kunnen het vergelijken met een koelkast maar dan in de omgekeerde richting. Een warmtepomp gaat warmte halen uit de buitenlucht, de grond rondom je huis, of het water dat ondergronds loopt. Het filtert de warmte uit de aarde, lucht of water, en compreseert deze zodanig dat de warmte nog toeneemt. Vermits het hele jaar door warmte valt te halen uit deze drie natuurelementen kan de pomp je het hele jaar door warmte geven. We overlopen vervolgens de drie principes.

Buitenlucht

Buitenlucht is overvloedig aanwezig maar op sterk wisselende temperatuur. Bijgevolg zal de COP van de warmtepomp met buitenlucht als warmtebron sterk wisselen gedurende het stookseizoen.

Dimensionering

De buitenlucht temperatuur kan variëren tussen -15°C en +35°C. Dit betekent dat deze warmtepomp moet uitgerust zijn om deze variaties van temperatuur te kunnen opvangen zonder te veel overgedimensioneerd te worden. De warmtepompen die hier het best aan voldoen zijn inverter gestuurde toestellen. Deze zorgen er voor dat door een variatie van het vermogen van de compressor het rendement zelfs bij lage temperaturen hoog blijft. De dimensionering van de warmtepomp gebeurt bij -10°C buitentemperatuur.

Opstelling

De warmtepomp kan zowel buiten als binnen geplaatst worden. Ook gescheiden opstelling is mogelijk, waarbij de verdamper buiten staat en de rest van de warmtepomp binnen.Luchtaanvoer en -afvoer mogen elkaar niet hinderen. Bij binnenopstelling liggen aanvoer en afvoer dan ook best in een ander gevelvlak.Een afvoer voor condensatiewater is noodzakelijk.

Ontdooisysteem

Warmtepompen met buitenlucht als warmtebron zijn voorzien van een ontdooisysteem.De waterdamp in de buitenlucht zet zich af bij lage temperaturen op de warmtewisselaar van het buitendeel en vormt een ijslaag. Deze vormt een isolatielaag op de warmtewisselaar wat de warmte-uitwisseling vermindert. Hiervoor is een ontdooiing voorzien van deze warmtewisselaar. De ontdooiing gebeurt door kortstondig de werking van de warmtepomp om te draaien. Deze ontdooiing gebeurt voornamelijk tussen -3°C en +4°C.

Ventilatielucht

Een ventilatiesysteem zorgt er voor dat woningen een gezond binnenklimaat kennen. Omwille van de hoge brontemperatuur haalt een warmtepomp met ventilatielucht als warmtebron ook bij hogere afgiftetemperatuur (bijvoorbeeld de Lucht bereiding van sanitair warm water) nog een aanvaardbare COP. Het debiet van het ventilatiesysteem is echter beperkt waardoor slechts in beperkte mate warmte onttrokken kan worden. Het toepassingsgebied beperkt zich dan ook tot de verwarming van sanitair warm water, eventueel gecombineerd met een deel van de woningverwarming. Deze combinatie kan toegepast worden in zeer goed geïsoleerde woningen (vb. K30) waar het hulpverwarmingssysteem beperkt gedimensioneerd kan worden.

Grondwater

In de ondergrondse waterlagen zit grondwater met een constante temperatuur van 10 à 14°C. Dit grondwater is meestal overvloedig aanwezig en zal bij onttrekking van warmte door een huishoudelijke warmtepomp niet in temperatuur dalen. De COP van de warmtepomp zal dan ook hoog zijn en weinig variëren. Meestal zuigt men in de pompput het grondwater met een onderwaterpomp op en stuurt het via de warmtepomp naar de retourput. Een goede waterkwaliteit van het grondwater moet er voor zorgen dat de warmtewisselaar niet wordt aangetast. Het grondwater mag niet met de lucht in aanraking komen. Het grondwatercircuit wordt onder overdruk geplaatst zodat de zuurstof niet uit het grondwater kan vrijkomen.

Uitvoering van de boring en materialen

De pompput voor een warmtepomp is identiek aan een klassieke waterput. De diameter van het boorgat bedraagt 200 à 400 mm. Voor de warmtepompen ligt de gemiddelde diepte tussen 20 en 100 m, afhankelijk van de geologie. Boringen dieper dan 150 m zijn meestal om prijstechnische redenen minder interessant. Met een uitgebreide geologische databank kan voor elke locatie bepaald worden welk systeem het meest interessant is (grond of grondwater als warmtebron). In het geboorde gat wordt nadien de PVC verbuizing geplaatst. Onderaan is een filterelement, omstort met filterzand, waar het water de put kan indringen. Dit filterelement is verbonden met de stijgbuis die tot aan het maaiveld reikt. Rondom deze stijgbuis worden de doorboorde kleilagen die ondoordringbaar zijn, terug afgedicht met bentoniet klei-pellets en de rest van de anulaire ruimte kan met de opgeboorde boorresten terug aangevuld worden. Tot een debiet van 15 m3/uur volstaat een stijgbuis van 125 mm doorsnede. Per kW geleverd thermisch vermogen heeft men ongeveer 0,2 à 0,3 m3/uur water nodig van 10°C. De retourput die het water verplicht in dezelfde watervoerende laag terugstuurt heeft enkele verschilpunten. Water terugpompen is moeilijker dan oppompen. Daarom heeft een retourput een zo lang mogelijk filtergedeelte. Ook de boordiameter ter hoogte van het filterelement moet zo groot mogelijk zijn. Soms is het zelfs noodzakelijk meerdere retourputten te boren. Om te vermijden dat het water langs de buitenkant van de buis terug naar de oppervlakte spoelt, moet een ontlastingsbuis of een cementstop geplaatst worden. In sommige gevallen, als de watervoerende laag voldoende dikte heeft, is het mogelijk om in één boring de pomp en retourfilter in te bouwen. De kosten van de put en de aansluitingen zijn dan uiteraard lager.

Pomp

Meestal wordt geopteerd voor een onderwaterpomp. De juiste keuze van de pomp is zeer belangrijk. Het vermogen van de onderwaterpomp bepaalt mee de winstfactor van het totale systeem. Het vermogen van de pomp wordt bepaald door het debiet, het dynamische waterpeil (dit is het waterpeil tijdens het pompen), de drukverliezen over de leidingen en de warmtewisselaar en ten slotte de overdruk op de retourput. Een te zware motor gaat de totale winstfactor van het systeem drukken. Bij goede dimensionering ligt het nodige aandrijfvermogen van de grondwaterpomp voor een gemiddelde woning tussen 0,37 en 1 kW. Het grondwater mag nergens in contact komen met de lucht om oxidatie te voorkomen. Kalk en ijzer in het water kunnen dan afzettingen en verstoppingen veroorzaken in de leidingen, de warmtewisselaar en de putten zelf. Het kan interessant zijn om het grondwater ook te gebruiken voor sanitaire doeleinden of voor de tuin. Mits het plaatsen van een hydrofoorinstallatie met eventueel een bijkomende pomp is dit perfect mogelijk. Door een tweede pomp, uitsluitend voor het sanitair gebruik, in serie te plaatsen met de onderwaterpomp kan men het vermogen van de onderwaterpomp beperkt houden.

Oppervlaktewater

Bij het gebruik van oppervlaktewater als warmtebron dient men vooral rekening te houden met de kwaliteit en de temperatuur van het water. De temperatuur zal tijdens de winter duidelijk dalen waardoor een groter volume aan water over de verdamper moet worden geleid. Na hoogwaterstand kan er ernstige vervuiling optreden. Een aftakking van het oppervlaktewater met hierin een horizontaal captatienet, zoals een grondwarmtewisselaar, biedt hier een oplossing. Deze warmtebron wordt weinig toegepast omdat een voldoende grote hoeveelheid water zelden beschikbaar is.

Aarde

Horizontale grondwarmtewisselaars bestaan uit een netwerk van buizen, een captatienet dat op een diepte van 1 meter (onder de vorstgrens) of meer in de bodem wordt ingegraven. Op kleinere diepte is de temperatuur van de bodem te sterk afhankelijk van de buitentemperatuur. In de winter, bij de hoogste warmtevraag zal de brontemperatuur bijgevolg laag zijn. De regeneratie van de bodem treedt pas in op het einde van het stookseizoen. Indien mogelijk plaatst men het netwerk onder het waterpeil. Dit systeem kan alleen worden toegepast indien men over voldoende grondoppervlakte beschikt.

Dimensionering

De dimensionering van het captatienet gebeurt in functie van de warmtegeleidingcoëfficiënt van de bodem. Deze hangt af van de samenstelling van de grond en van het vochtgehalte. Algemeen geldt voor de volgende bodemsamenstellingen: Bodem Onttrokken vermogen Droge zandgrond 10-15 W/m2 Natte zandgrond 15-20 W/m2 Droge leemgrond 20-25 W/m2 Natte leemgrond 25-30 W/m2 Grondwatervoerende grond 30-35 W/m2 Afhankelijk van de grondsamenstelling en het compressorvermogen van de warmtepomp zal de benodigde grondoppervlakte voor een gemiddelde woning tussen 200 en 500 m2 liggen.

Uitvoering

Het captatienet bestaat uit soepele kunststof buizen op basis van polyethyleen (zie 5.1.1.). Ze moeten corrosiebestendig zijn en ondoordringbaar door water. De diameter varieert van 20 tot 30 millimeter, de lengte per kring van 100 tot 200 meter. Bij directe expansie wordt de grondwarmtewisselaar opgebouwd uit een netwerk van koperen buizen met meestal een diameter van 15 mm. De buizen liggen op een afstand van minimum 80 cm van elkaar. Indien de buizen te kort bij elkaar worden geplaatst gaat de bodem te sterk afkoelen en zal hij moeilijk regenereren. Ofwel wordt de grond over de volledige oppervlakte afgegraven tot op de diepte van de te plaatsen buizen, ofwel plaatst men de buizen in sleuven. Hier zijn geen speciale machines voor nodig.