Hoe werkt geothermie: complete gids over energie uit de ondergrond

Kort antwoord: Geothermie benut de stabiele temperatuur van de ondergrond —in Spanje het hele jaar door rond de 10-18 °C— om gebouwen te verwarmen en te koelen. Een netwerk van ondergrondse leidingen neemt die warmte op met behulp van een vloeistof. Een geothermische warmtepomp brengt de warmte vervolgens op een bruikbare temperatuur voor verwarming, koeling en warm water. Voor elke verbruikte kWh elektriciteit levert het systeem 4 tot 5 kWh thermische energie.

Wat is geothermie en waar komt de energie vandaan?

Geothermie is het benutten van warmte die in de ondergrond is opgeslagen. Op enkele meters diepte werkt de bodem als een enorme thermische batterij: hij slaat energie van de zon op en houdt het hele jaar door een vrijwel constante temperatuur, onafhankelijk van schommelingen in het weer aan de oppervlakte.

Er zijn twee toepassingen te onderscheiden:

• Ondiepe geothermie of geothermie met zeer lage temperaturen, die wordt gebruikt om woningen en gebouwen te verwarmen en te koelen. Daarover gaat deze gids.
• Diepe geothermie of geothermie met hoge temperaturen, die warmte uit reservoirs op grote diepte benut om in geothermische centrales elektriciteit op te wekken.

Bij woningen en kleinschalige industriële toepassingen bedoelen we met de werking van geothermie vrijwel altijd de eerste vorm: systemen die een ondergrondse warmtewisselaar combineren met een geothermische warmtepomp.

Het principe: de constante temperatuur van de ondergrond

De kern van geothermie is eenvoudig. Terwijl de luchttemperatuur varieert van onder nul in de winter tot meer dan 35 °C in de zomer, stabiliseert de bodemtemperatuur vanaf ongeveer 5-10 meter diepte zich, afhankelijk van de regio, rond de 10-18 °C. Die temperatuur blijft het hele jaar door vrijwel gelijk.

Die stabiliteit maakt het systeem zo efficiënt:

• In de winter is de ondergrond veel warmer dan de buitenlucht, waardoor het weinig energie kost om er warmte aan te onttrekken.
• In de zomer is het omgekeerd: de bodem is koeler dan de lucht en kan overtollige warmte uit de woning afvoeren.

Anders dan een luchtwarmtepomp (aerothermie), die op dagen met de grootste warmtevraag met zeer koude buitenlucht moet werken, begint geothermie altijd bij een gematigde en stabiele temperatuur. Daaraan dankt het systeem zijn hogere rendement.

Hoe werkt geothermie stap voor stap?

Een compleet geothermisch systeem bestaat uit drie onderdelen die achtereenvolgens hun werk doen.

1. De warmtewinning: het ondergrondse leidingcircuit

Dit is de warmtewisselaar die het systeem met de bodem verbindt. Hij bestaat uit een gesloten circuit van ingegraven polyethyleen leidingen, waar een warmtedragende vloeistof (water met antivriesmiddel) doorheen stroomt.

Die vloeistof stroomt door de ondergrond, neemt er warmte op en keert enkele graden warmer terug naar de warmtepomp. Het is een doorlopende, gesloten kringloop: dezelfde vloeistof circuleert telkens opnieuw zonder te worden verbruikt.

2. De geothermische warmtepomp

Dit is het hart van het systeem. De warmtepomp ontvangt de bodemwarmte op lage temperatuur en brengt die via een thermodynamische cyclus met vier fasen op een bruikbaar niveau:

1. Verdamper. De warmte die de vloeistof uit de ondergrond meebrengt, laat een koudemiddel onder lage druk verdampen.
2. Compressor. Deze comprimeert het gas, waardoor de druk en daarmee de temperatuur sterk stijgen.
3. Condensor. Het warme koudemiddel geeft zijn warmte af aan het verwarmings- of warmwatercircuit van de woning en condenseert.
4. Expansieventiel. De druk en temperatuur van het koudemiddel dalen, waarna het terugkeert naar de verdamper en de cyclus opnieuw begint.

Het enige noemenswaardige elektriciteitsverbruik komt van de compressor. Omdat het grootste deel van de energie gratis uit de ondergrond komt, is het rendement zeer hoog.

3. De warmteverdeling in de woning

De opgewekte warmte wordt verspreid via het afgiftesysteem: vloerverwarming (het efficiëntst, omdat die op lage temperatuur werkt), ventilatorconvectoren of lagetemperatuurradiatoren. Hetzelfde toestel kan ook warm water voor huishoudelijk gebruik produceren en in de zomer de cyclus omkeren om te koelen.

Soorten geothermische warmtewinning

Niet elke bodem en niet elk perceel is hetzelfde. Er zijn drie belangrijke systemen om warmte te winnen:

• Horizontale warmtewinning. De leidingen worden in sleuven op 1,5-2 meter diepte ingegraven en over een groot oppervlak verdeeld. Dit is de voordeligste optie om te installeren, maar er is wel voldoende grond voor nodig.
• Verticale warmtewinning (bodemsondes). Er worden boringen van 50 tot 150 meter diep gemaakt waarin de sondes worden geplaatst. Dit vergt zeer weinig ruimte aan de oppervlakte en biedt het hoogste rendement, maar de boorkosten zijn hoger.
• Warmtewinning uit grondwater (open systeem). Hierbij wordt water uit een watervoerende laag rechtstreeks als warmtebron gebruikt. Dit is zeer efficiënt waar die bron beschikbaar is.

De keuze hangt af van de beschikbare ruimte, het bodemtype en de energievraag van het gebouw.

Geothermie voor verwarming, koeling en warm water

Een van de grote voordelen van geothermie is dat één toestel het hele jaar door in alle thermische behoeften van de woning voorziet:

• Verwarming in de winter, met een stabiel rendement, zelfs tijdens de koudste nachten.
• Koeling in de zomer, door de cyclus om te keren of via passieve koeling (waarbij de koele temperatuur van de bodem rechtstreeks wordt benut, met minimaal verbruik).
• Warm water voor huishoudelijk gebruik gedurende het hele jaar.

Daardoor zijn een aparte verwarmingsketel en airconditioner niet nodig.

Waarom geothermie zo efficiënt is

De maatstaf voor het rendement van een warmtepomp is de COP (prestatiecoëfficiënt): de verhouding tussen de geleverde thermische energie en de verbruikte elektriciteit.

Een goed gedimensioneerd geothermisch systeem haalt een COP van 4 tot 5 of hoger. Dat betekent dat het voor elke verbruikte kWh elektriciteit 4 tot 5 kWh warmte levert. Daar zijn twee redenen voor: het systeem benut een bron met een stabiele, gematigde temperatuur en heeft geen last van de rendementsverliezen die aerothermie op extreem koude dagen ondervindt.

Over een heel jaar levert deze efficiëntie een aanzienlijke besparing op ten opzichte van conventionele gas-, stookolie- of elektrische systemen, en gaat zij gepaard met zeer lage emissies.

Geothermie met Ecoforest: het ecoGEO-assortiment

Ecoforest is de enige Spaanse fabrikant van geothermische warmtepompen. Het ecoGEO-assortiment maakt gebruik van inverter-technologie: de compressor past zijn vermogen voortdurend aan de werkelijke vraag van de woning aan, in plaats van op vol vermogen te draaien en vervolgens te stoppen. Dit zorgt voor een nog hoger rendement en een langere levensduur van het toestel.

Daarnaast maakt de HTR-technologie (superheater) het mogelijk om efficiënt warm water voor huishoudelijk gebruik te produceren tot 80 °C. De app Ecoforest Home, met Easynet-technologie, bewaakt en optimaliseert het systeem in realtime.

Ontdek het ecoGEO-assortiment geothermische warmtepompen

Veelgestelde vragen over de werking van geothermie

Werkt geothermie in elke bodem? In de meeste gevallen wel. Wat verschilt, is de meest geschikte manier van warmtewinning (horizontaal, verticaal of uit water). Voorafgaand bodemonderzoek bepaalt de beste oplossing.

Verbruikt het veel elektriciteit? Het verbruikt elektriciteit, maar heel weinig in verhouding tot de warmte die het produceert. Bij een COP van 4-5 komt ongeveer 75-80 % van de geleverde energie gratis uit de ondergrond; alleen de rest is elektriciteit.

Kan geothermie ook in de zomer koelen? Ja. Het systeem kan zijn cyclus omkeren of passieve koeling gebruiken om de woning in de zomer met een zeer laag verbruik te koelen.

Hoe lang gaat een geothermische installatie mee? Het ondergrondse leidingcircuit heeft een levensduur van tientallen jaren (50 jaar of meer). De warmtepomp gaat ongeveer 20-25 jaar mee en vergt minimaal onderhoud.

Wat is het verschil tussen geothermie en aerothermie? Beide systemen gebruiken een warmtepomp. Aerothermie haalt warmte uit de buitenlucht, geothermie uit de ondergrond. Doordat geothermie een stabielere begintemperatuur heeft, biedt het een hoger en constanter rendement, vooral in koude klimaten.