Het ontwerpen van een bodemenergiesysteem


Hoe werkt bodemwarmte

Uiteigenbodem maakt gebruik van ondiepe geothermie waarbij er energie uit de bodem wordt onttrokken door middel van bodemcollectoren. In de bodemcollector wordt water opgewarmd en daarna getransporteerd naar de woning. Het opgewarmde water dient als voeding voor de warmtepomp waardoor een hoge efficiëntie behaald wordt en weinig extra stroom nodig is. De warmtepomp warmt het water in het cv-systeem op tot de gewenste temperatuur en stuurt afgekoeld water terug de bodem in.

Hierbij is het cruciaal dat we de bodem niet te veel afkoelen. Dit geldt voor de korte termijn, zoals de piek in de winter, maar ook voor de lange termijn over meerdere jaren. Om dit goed te kunnen ontwerpen bestaan er professionele softwaretools zoals de Earth Energy Designer tool die dit voor lange termijn doorrekenen. Om een nog beter inzicht te krijgen van het temperatuurverloop in de bodem wordt er ook een eigen softwaretool ontwikkeld door Dr. Ir. J.S. Kanger in combinatie met het Uiteigenbodem team. Onderstaande video laat de gesimuleerde bodemtemperatuur zien over meerdere jaren.     


Onze eigen software tool

Uiteigenbodem ontwikkelt haar eigen softwaretools, waaronder een programma om te kunnen bepalen hoeveel warmte uit de bodem kan worden gehaald. Het doel van deze tool is het voorspellen van de bodemtemperatuur na langdurig gebruik. We ontwikkelen onze eigen tools ook omdat bestaande programma’s beperkingen hebben die dit niet inzichtelijk kunnen maken.

We maken hierbij gebruik van de finite element method (FEM) waarbij de grond wordt opgedeeld in kleine individuele elementen. Voor elk klein element wordt dan de 3-dimensionale warmtevergelijking opgelost (zie hieronder) waarbij er door een bodemcollector warmte wordt onttrokken.

Dit wordt dan voor meerdere jaren doorgerekend en gesimuleerd. In de bovenstaande video wordt de temperatuurverdeling in de bodem gevisualiseerd. In het midden is de bodemcollector te zien die warmte uit de bodem onttrekt. De zomer-winter cyclus is hierin ook duidelijk zichtbaar. De horizontale lijnen zijn isothermen waarop de temperatuur gelijk is.

De isothermen zijn de eerste paar jaar aan het verplaatsen totdat er een nieuw evenwicht ontstaat. Na een initiële daling wordt er een nieuwe en stabiele evenwichtssituatie bereikt waarmee het systeem oneindig lang voor warmte zal zorgen. Dit is goed te zien in onderstaande figuren.         

Na 0 jaar
Na 1 jaar
Na 10 jaar
Na 20 jaar


De Earth Energy Designer

De Earth Energy Designer (EED) is hét professionele softwarepakket om gesloten bodemcollectoren te modelleren en te ontwerpen. Het EED gebruikt onder andere de warmtevraag, de eigenschappen van de warmtepomp en de bodemparameters om tot een geoptimaliseerd ontwerp te komen. Hierbij wordt specifiek rekening gehouden met thermische interferentie die optreedt tussen de individuele bodemcollectoren. Door dit slim aan te pakken garandeer je dat het systeem in evenwicht blijft met de bodem en dat zelfs bij langdurig gebruik (denk meer dan 50 of 100 jaar) het nog steeds precies doet wat nodig is.

Het EED kijkt in meer detail naar de eigenschappen van de bodemcollector terwijl ons eigen model nauwkeuriger de bodem in kaart brengt. Deze combinatie zorgt ervoor dat we altijd gegarandeerd genoeg warmte kunnen blijven aanbieden!