Geothermische verwarmingssystemen voor een buitenhuis: bijzonderheden van het zelf aanleggen

Wij weten dat geothermie de warmte van de aarde is, en het begrip 'geothermisch' associëren wij vaak met vulkanen en geisers. In Rusland wordt geothermische energie voornamelijk op industriële schaal gebruikt; er bestaan bijvoorbeeld elektriciteitscentrales in het Verre Oosten die werken op basis van de warmte van onze planeet.

Velen zijn ervan overtuigd dat het zelf aanleggen van geothermische verwarming van uw huis iets uit het rijk der fabelen is. Is het niet? Maar dat is helemaal niet waar! Met de ontwikkeling van moderne technologie is het huishoudelijk gebruik van “groene energie” heel reëel geworden.

Wij vertellen u over de werkingsprincipes van alternatieve verwarming, de voor- en nadelen ervan, en vergelijken deze met traditionele verwarmingssystemen. Ook leert u over de manieren om de warmtewisselaar te plaatsen en hoe u geothermische verwarming zelf kunt installeren.

Enkele historische feiten

Toen in de jaren '70 van de vorige eeuw de oliecrisis uitbrak, ontstond er in het Westen een dringende behoefte aan alternatieve energiebronnen. Juist in die tijd werden de eerste geothermische verwarmingssystemen ontwikkeld.

Vandaag de dag zijn ze wijdverbreid in de Verenigde Staten, Canada en West-Europese landen.

In Zweden wordt bijvoorbeeld actief gebruik gemaakt van water uit de Oostzee, met een temperatuur van +4°C. In Duitsland wordt de invoering van geothermische verwarmingssystemen zelfs op staatsniveau gesubsidieerd.

In Rusland zijn de geothermische centrales Pauzjetskaja, Verchne-Moetnovskaja, Okeanskaja en andere in bedrijf. Maar er zijn zeer weinig gevallen van het gebruik van aardenergie in onze particuliere sector.

Echte voor- en nadelen

Als geothermische verwarming in de particuliere sector in Rusland relatief weinig voorkomt, betekent dat dan dat het idee de kosten van de uitvoering niet waard is? Misschien moeten we ons er niet mee bezighouden? Het blijkt dat dit niet het geval is.

Het gebruik van een geothermisch verwarmingssysteem voor een woning is een voordelige oplossing. Daar zijn verschillende redenen voor. Daaronder is de snelle installatie van apparatuur die gedurende lange tijd zonder onderbrekingen kan werken.

Als in het verwarmingssysteem geen water maar hoogwaardige antivries wordt gebruikt, zal het niet bevriezen en zal de slijtage minimaal zijn.

Laten we ook de andere voordelen van dit type verwarming opsommen.

• Het verbrandingsproces van brandstof is uitgesloten. We creëren een absoluut brandveilig systeem dat tijdens het gebruik geen schade aan de woning kan toebrengen. Bovendien worden een aantal andere aspecten die verband houden met de aanwezigheid van brandstof geëlimineerd: u hoeft nu geen opslagruimte te zoeken, geen brandstof in te slaan of te laten bezorgen.
• Aanzienlijk economisch voordeel. Tijdens het gebruik van het systeem zijn er geen extra investeringen nodig. De jaarlijkse verwarming wordt geleverd door natuurkrachten die we niet kopen. Natuurlijk wordt er bij het functioneren van de warmtepomp elektrische energie verbruikt, maar de hoeveelheid geproduceerde energie overstijgt het verbruik aanzienlijk.
• Ecologische factor. Geothermische verwarming van een particulier buitenhuis is een milieuvriendelijke oplossing. Het ontbreken van een verbrandingsproces voorkomt de uitstoot van verbrandingsproducten in de atmosfeer. Als velen dit beseffen en een dergelijk warmtetoevoersysteem op grote schaal wordt toegepast, zal de negatieve invloed van mensen op de natuur aanzienlijk verminderen.
• Compactheid van het systeem. U hoeft in uw huis geen aparte stookruimte in te richten. Het enige wat u nodig heeft is een warmtepomp, die u bijvoorbeeld in de kelder kunt plaatsen. Het grootste circuit van het systeem bevindt zich onder de grond of onder water, u ziet het niet op het oppervlak van uw perceel.
• Multifunctionaliteit. Het systeem kan zowel werken voor verwarming in de koude periode van het jaar als voor koeling tijdens de zomerse hitte. Het vervangt u dus niet alleen een verwarming, maar ook een airconditioner.
• Akoestisch comfort. De warmtepomp werkt vrijwel geluidloos.

Het kiezen van een geothermisch verwarmingssysteem is economisch voordelig, ondanks dat u zult moeten uitgeven aan de aanschaf en installatie van de apparatuur.

Overigens worden de kosten die u zult moeten maken om het systeem te installeren en gereed te maken voor gebruik juist als nadeel genoemd. U zult de pomp zelf en enkele materialen moeten kopen, en werkzaamheden moeten verrichten voor de montage van de buitenverzamelaar en het binnencircuit.

Overigens worden deze kosten reeds in de eerste paar jaren van gebruik terugverdiend. Het latere gebruik van de in de grond gelegde of in het water ondergedompelde verzamelaar maakt aanzienlijke besparingen mogelijk.

Bovendien is het montageproces zelf niet zo complex dat u externe specialisten moet inschakelen. Als u niet hoeft te boren, kunt u al het overige zelf doen.

Opgemerkt moet worden dat sommige handige mensen, in hun streven om geld te besparen, hebben geleerd om een geothermische warmtepomp zelf te bouwen.

Over de bronnen van geothermische verwarming

Voor geothermische verwarming kunnen de volgende bronnen van aardwarmte worden gebruikt:

• hoogtemperature;
• laagtemperature.

Tot de hoogtemperaturebronnen behoren bijvoorbeeld thermale bronnen. Ze kunnen wel worden gebruikt, maar hun toepassingsgebied wordt beperkt door de feitelijke locatie van dergelijke bronnen.

Als in IJsland deze vorm van energie actief wordt toegepast, dan bevinden de thermale wateren in Rusland zich ver van bewoonde gebieden. Ze zijn het meest geconcentreerd op Kamtsjatka, waar het grondwater wordt gebruikt als warmtedrager en wordt geleverd aan warmwatersystemen.

Daarentegen hebben wij alle noodzakelijke voorwaarden voor de toepassing van laagtemperatuurbronnen. Voor dit doel zijn de omringende luchtmassa's, de grond of het water geschikt.

Om de benodigde energie te winnen wordt een warmtepomp gebruikt. Hiermee wordt de omgevingstemperatuur omgezet in thermische energie, niet alleen voor verwarming maar ook voor de warmwatervoorziening van een particulier huishouden.

Werkingsprincipe van dergelijke verwarming

Als u bekend bent met hoe een airconditioner of een koelkast werkt, dan is de overeenkomst van deze processen met het werkingsprincipe van geothermische verwarming duidelijk. De basis van het systeem is een warmtepomp, die is opgenomen in twee circuits – extern en intern.

Om een traditioneel verwarmingssysteem in een willekeurig huis te organiseren, moeten er leidingen worden geïnstalleerd voor het transport van de warmtedrager, en radiatoren, bij verwarming waarvan de warmte de ruimtes binnenkomt. In ons geval zijn leidingen en radiatoren ook nodig. Zij vormen het interne circuit van het systeem. Aan het schema kunnen vloerverwarming worden toegevoegd.

Het externe circuit ziet er veel grootschaliger uit dan het interne, hoewel de afmetingen alleen tijdens de planning en installatie kunnen worden beoordeeld. Tijdens bedrijf is het onzichtbaar, omdat het zich onder de grond of onder water bevindt. Binnen dit circuit circuleert gewoon water of antivries op basis van ethyleenglycol, wat veel de voorkeur heeft.

Warmtedrager In het externe circuit wordt het opgewarmd tot de toestand van de omgeving waarin het is ondergedompeld, en wordt het in 'verwarmde' vorm naar de warmtepomp gestuurd. Hierdoor wordt de geconcentreerde warmte overgedragen aan het interne circuit, met als gevolg dat het water in de leidingen, radiatoren en vloerverwarming opwarmt.

Dus het belangrijkste onderdeel dat het hele systeem tot leven brengt, is de warmtepomp. Als u in uw huis een gewone wasmachine heeft, weet dan: deze pomp zal ongeveer een vergelijkbare oppervlakte innemen.

Voor de werking heeft hij elektriciteit nodig, maar met een verbruik van slechts 1 kW levert hij 4-5 kW warmte. En dit is geen wonder, omdat de bron van 'extra' energie bekend is – het milieu.

Twee soorten plaatsing van de warmtewisselaar

Er zijn twee opties voor verwarming van een privéwoning met behulp van laagtemperatuur-energie van omgevingselementen. De basis van het systeem is in alle drie gevallen een geothermische pomp.

Het interne circuit blijft ongewijzigd voor elke verwarmingsmethode, en het belangrijkste verschil zit in de locatie van het externe circuit.

Geothermische verwarming heeft een warmtewisselaar die is geplaatst:

• verticaal – worden geplaatst in boorgaten die al dan niet een watervoerende laag doorsnijden;
• horizontaal – de warmtewisselaars van de systemen worden in een put of open waterlichaam gelegd in de vorm van een soort spiraal.

Elk van de hier genoemde verwarmingstypen heeft zijn eigen kenmerken, nadelen en voordelen.

Als u van plan bent om zo'n verwarmingssysteem met uw eigen handen te maken, dan zult u geïnteresseerd zijn om meer over elk type te weten te komen.

Optie #1. Verticale plaatsing van de externe collector

Dit type verwarming is gebaseerd op een interessant natuurverschijnsel: op een diepte van 50-100 m en meer onder het oppervlak heeft de aarde het hele jaar door dezelfde constante temperatuur van 10-12°C.

Om deze energie van de aarde te kunnen gebruiken, is het noodzakelijk om verticale boorgaten te boren. De technologie is vrijwel identiek aan de voorbereiding van een waterwinningsbron.

Met het oog op maximaal behoud van het landschap kunnen meerdere leidingen vanaf één startpunt worden geboord, maar onder verschillende hoeken.

Het externe circuit van het systeem wordt direct in deze boorgaten gemonteerd. Dit maakt het mogelijk om de warmte efficiënt aan de grond te onttrekken. Uiteraard is deze methode moeilijk eenvoudig en goedkoop te noemen.

Het is relevant in het geval dat het aangrenzende terrein al is ingericht en verstoring van het landschap niet wenselijk is. De boordiepte van de put kan variëren van 50 tot 200 meter.

De specifieke parameters van de boorput zijn afhankelijk van de geologische situatie op het terrein en de parameters van de toekomstige constructie. De levensduur van een dergelijke constructie bedraagt ongeveer 100 jaar.

Voor de aanleg van de verticale variant van het systeem met een warmtewisselaar die energie uit het grondwater haalt, moeten er twee waterhoudende boorputten worden geboord.

Uit een van hen, de productieput genoemd, wordt met behulp van een pomp water onttrokken, dat na het afgeven van warmte wordt geloosd in de tweede, de injectieput.

Optie #2. Horizontale plaatsing van de grondcollector

Om de buitenste lus bij horizontale verwarming aan te leggen, moet u weten tot welke diepte de grond in uw regio bevriest.

De buizen worden onder de vorstgrens gelegd in vooraf voorbereide sleuven, waarbij een vrij grote ruimte wordt ingenomen: om een huis met een oppervlakte van 200-250 m² te verwarmen, is ongeveer 600 m² warmtewisselaar nodig, oftewel zes are.

Het is duidelijk dat onder dergelijke omstandigheden de hoeveelheid grondwerk aanzienlijk zal zijn. Bovendien moet in het plan rekening worden gehouden met de locatie van bomen en andere begroeiing op het terrein om ze niet te laten bevriezen. Zo mogen de leidingen van de collector niet dichter dan anderhalve meter van de bomen worden geplaatst.

Deze installatiemethode wordt doorgaans gebruikt in gevallen waarin het terrein pas wordt ontwikkeld voor bouw. Het is het beste om alle berekeningen en plannen voor de bouw van het huis, de organisatie van de verwarming en de indeling van het terrein gelijktijdig uit te voeren.

Onderdompeling van de horizontale warmtewisselaar in een waterlichaam

Deze methode vereist een speciale ligging van de woning – op ongeveer 100 m afstand van een wateroppervlak dat voldoende diep is. Bovendien mag dat wateroppervlak niet tot op de bodem bevriezen, waar de buitenste kring van het systeem zal worden geplaatst. Daarvoor mag het wateroppervlak niet kleiner zijn dan 200 m².

Een duidelijk voordeel van deze methode is het ontbreken van verplichte, arbeidsintensieve graafwerkzaamheden, hoewel men toch wat moeite zal hebben met de onderwaterplaatsing van de collector. Ook is er een speciale vergunning nodig voor dergelijke werkzaamheden.

Overigens is de geothermische installatie die gebruikmaakt van waterenergie toch het meest economisch.

Zelf doen: wat en hoe

Als u het geothermische verwarmingssysteem zelf wilt monteren, kunt u de buitenste kring beter kant-en-klaar kopen. Natuurlijk bekijken we alleen de methoden voor horizontale plaatsing van de externe warmtewisselaar: onder het grondoppervlak of onder water.

Het zelf monteren van een verticale boorgatcollector is veel moeilijker als u niet over de apparatuur en boorvaardigheden beschikt.

De warmtepomp is niet te omvangrijk. In uw huis zal hij niet veel ruimte innemen. Hij is qua formaat namelijk vergelijkbaar met bijvoorbeeld een gewone houtketel. Het aansluiten van de binnencircuit van uw huis is een eenvoudige taak.

Eigenlijk wordt alles precies hetzelfde gedaan als bij de organisatie en verdeling van verwarming met behulp van traditionele warmtebronnen. De grootste moeilijkheid is de aanleg van het externe circuit.

De beste optie is het gebruik van een wateroppervlak als dat zich op een afstand van niet meer dan 100 m bevindt. Het is nodig dat de oppervlakte groter is dan 200 m² en de diepte 3 m (gemiddelde bevriezingsparameter). Als dit wateroppervlak niet van u is, kan het verkrijgen van een vergunning voor het gebruik ervan een probleem zijn.

Als de waterpartij een vijver is die u bezit, wordt het eenvoudiger. U kunt het water tijdelijk uit de vijver pompen. Dan kunt u gemakkelijk werkzaamheden op de bodem uitvoeren: u moet de buizen in een spiraal leggen en ze in die positie vastzetten.

Graafwerkzaamheden zijn alleen nodig voor het graven van een sleuf die nodig is om de buitenste lus aan te sluiten op de warmtepomp.

Na het voltooien van alle werkzaamheden kan de vijver opnieuw met water worden gevuld. De komende honderd jaar moet de externe warmtewisselaar naar behoren werken en geen problemen veroorzaken voor de eigenaar.

Als u de beschikking heeft over een stuk grond waarop u nog een woning moet bouwen en een tuin moet aanleggen, is het zinvol om een horizontale grondwarmtewisselaar te plannen.

Hiervoor moet u een voorlopige berekening maken van de oppervlakte van de toekomstige collector, uitgaande van de parameters die hierboven zijn vermeld: 250-300 m² collector per 100 m² verwarmde vloeroppervlakte van het huis.

De sleuven waarin de buizen van de lus worden gelegd, moeten worden gegraven onder de vorstgrens van de grond.

Nog beter is het om eenvoudigweg de grond tot de vriesdiepte te verwijderen, de buizen te leggen en daarna de grond terug te plaatsen. Het is een arbeidsintensieve, complexe klus, maar met veel motivatie en vastberadenheid kunt u het volbrengen.

Kosten en vooruitzichten op terugverdientijd

De kosten voor apparatuur en installatie tijdens de bouw van geothermische verwarming zijn afhankelijk van het vermogen van het apparaat en de fabrikant.

De fabrikant kiest u op basis van uw eigen overwegingen en informatie over de reputatie en betrouwbaarheid van een bepaald merk. Het vermogen hangt echter af van de oppervlakte van de ruimte die moet worden bediend.

Als we specifiek naar het vermogen kijken, varieert de prijs van warmtepompen in de volgende bereiken:

• op 4-5 kW – 3000-7000 conventionele eenheden;
• op 5-10 kW – 4000-8000 conventionele eenheden;
• op 10-15 kW – 5000-10000 conventionele eenheden.

Als we bij dit bedrag de kosten optellen die nodig zijn voor de installatiewerkzaamheden (20-40%), dan krijgen we een bedrag dat voor velen volkomen onrealistisch zal lijken.

Maar al deze kosten zullen binnen redelijke termijnen worden terugverdiend. Verder hoeft u alleen nog maar de geringe elektriciteitskosten te betalen die nodig zijn voor de werking van de pomp. En dat is alles!

Zoals de praktijk laat zien, is geothermische verwarming bijzonder voordelig voor huizen met een totale verwarmde oppervlakte van 150 m². Binnen vijf tot acht jaar zijn alle kosten voor het aanleggen van verwarmingssystemen in deze huizen volledig terugverdiend.

Als geothermische verwarming niet bijzonder in trek is bij eigenaren van particuliere woningen, dan hebben bewoners van zuidelijke regio's de effectiviteit van heliosystemen al gewaardeerd. De technologie van het bouwen van zonneverwarming is vrij eenvoudig, en haar zuinigheid en bruikbaarheid worden bevestigd door jarenlange ervaring in westerse landen en door onze landgenoten.

Aanvullende informatie over alternatieve energiebronnen wordt gepresenteerd in dit artikel.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Als u visuele informatie gemakkelijker kunt verwerken, dan stelt deze video u in staat om met eigen ogen te zien hoe een geothermisch systeem precies werkt, en ook om meer te weten te komen over voor wie en waarom dit type verwarming voordelig is.

Wij raden u aan een korte video te bekijken waarin de eigenaar van een horizontale ondergrondse collector zijn ervaringen met het gebruik ervan deelt. Daarnaast zult u na het bekijken van deze video meer te weten komen over de lopende kosten die verband houden met het gebruik van een geothermisch verwarmingssysteem.

Iedere eigenaar van een particuliere woning kiest zelf of hij de diensten van energiebedrijven koopt of alleen op zichzelf vertrouwt. Daarbij laat hij zich leiden door een hele reeks overwegingen.

Het doel dat wij ons hebben gesteld, is niet om u tot een kant-en-klare conclusie te brengen, maar om informatie te delen over de mogelijke oplossingen voor het probleem dat voor u ligt.

Heeft u nog aanvullingen of vragen over geothermische verwarming voor particuliere woningen? U kunt reacties achterlaten op het artikel. Het contactformulier bevindt zich in het onderste blok.