Het werkingsprincipe van de grond/water-warmtepomp

Om beter te begrijpen hoe een grond/water-warmtepomp werkt, loont het de moeite om de structuur van een dergelijk systeem te bekijken. De eigenlijke warmtepomp bevindt zich boven het aardoppervlak en omvat naast de compressor nog twee warmtewisselaars: de verdamper en de condensor. In de praktijk worden ofwel aardsondes ofwel aardcollectoren gebruikt om de warmte aan de grond te onttrekken.
 

Collectoren en sondes voorzien de warmtepomp van thermische energie

Aardsondes worden via boringen diep in de aarde ingebracht. Aardcollectoren daarentegen bevinden zich net onder het aardoppervlak en beschikken dan ook over grotere oppervlakken die de thermische warmte kunnen opnemen. Beide bestaan uit een gesloten circuit waarin een vorstbestendige vloeistof (de pekel) circuleert. Een ingebouwde pomp zorgt ervoor dat de pekel in beweging blijft en de warmte vanuit de grond doorstuurt naar de warmtepomp.

De afbeelding laat zien hoe de grond/water-warmtepomp Vitocal 300-G met andere systemen werkt

Het koelcircuit als basis voor de werking van een warmtepomp

De thermische energie die via aardcollectoren of aardsondes wordt geproduceerd, wordt gebruikt om een koelmiddel te laten verdampen. Door zijn bijzondere thermische eigenschappen verandert de fysische toestand ervan al bij lage temperatuur. Met de toegevoegde warmte neemt het koelmiddel de vorm van damp aan en gaat de temperatuur ervan de hoogte in. Om de temperatuur op het gewenste niveau te krijgen, wordt de damp van het koelmiddel door een compressor gecomprimeerd. Daarbij neemt niet alleen de druk toe, maar ook de temperatuur. In een andere warmtewisselaar (condensor) geeft de koelmiddeldamp de eerder geproduceerde warmte aan het verwarmingssysteem af en condenseert. Voordat het opnieuw vloeibaar gemaakte koelmiddel weer aardwarmte kan opnemen, wordt het eerst in een expansieklep geëxpandeerd. Daarbij nemen zowel de temperatuur als de druk af. Zodra dit laatste zijn oorspronkelijke toestand heeft bereikt, kan het proces weer van voren af aan beginnen.

De efficiëntie is afhankelijk van heel wat factoren

De warmtepomp genereert warmte door het koelmiddel eerst met behulp van de omgevingsenergie te laten verdampen en vervolgens samen te persen. Voor dit compressieproces heeft de warmtepomp aandrijfstroom nodig.

VDI-richtlijn 4650 wordt gebruikt om de efficiëntie van een dergelijke installatie te voorspellen. Deze berekeningsmethode berekent een jaarlijkse prestatiefactor op basis van de COP van de warmtepomp en verschillende systeemparameters. De COP staat voor de actuele verhouding van de opgewekte nuttige warmte ten opzichte van de gebruikte aandrijvingsenergie in de vorm van elektriciteit in gestandaardiseerde omstandigheden. De jaarlijkse prestatiefactor is dan weer de som van alle COP's die zich binnen een jaar hebben voorgedaan. Om de eigenlijke jaarlijkse prestatiefactor te bepalen, wordt de verhouding tussen de afgelezen warmte- en elektriciteitshoeveelheden (op de warmteverbruiksmeter en de elektriciteitsmeter) bepaald.

Het verschil tussen de warmtebron en de aanvoertemperatuur van het verwarmingssysteem heeft daarbij een beslissende invloed op het rendement van de installatie. Als de begintemperatuur bijvoorbeeld tien graden Celsius en de aanvoertemperatuur 30 graden Celsius bedraagt, moet de grond/water-warmtepomp het koelmiddel met slechts 20 graden Celsius doen stijgen. Bestaat het verwarmingssysteem uit radiatoren met kleine oppervlakken en een minimale aanvoertemperatuur van 50 graden Celsius, dan moet de compressor twee keer zoveel energie opwekken om de benodigde temperatuur te bereiken.
 

Grond/water-warmtepompen voor monovalente werking

Dankzij de relatief constante en hoge warmtebron werken grond/water-warmtepompen het hele jaar door zeer efficiënt. Afhankelijk van het toepassingsgebied zorgen ze doorgaans als enig verwarmingstoestel voor voldoende verwarming en warm water. In sommige gevallen is een combinatie met een bestaand verwarmingssysteem ook zinvol. Dit laatste kan tijdens piekbelastingen worden ingeschakeld en garandeert op elk ogenblik een hoog comfort in de woonruimte. Om een zuinige werking te garanderen, moeten vooraf een aantal punten in acht worden genomen. Gedetailleerde informatie en tips vindt u in het hoofdstuk Een warmtepomp kopen.