Sue Butler besloot dat het tijd was om af te stappen van fossiele brandstoffen. Toen haar verouderde gasverwarmingsketel aan vervanging toe was, zocht ze daarom een oplossing in de natuur.
Ze heeft een geothermisch systeem geïnstalleerd – ook wel een grondwarmtepomp, een waterwarmtepomp of een geo-uitwisselingssysteem genoemd – dat sinds kort haar woning in Cambridge, Massachusetts, verwarmt en koelt. Butler zei dat ze hiertoe werd gemotiveerd door milieuredenen en door haar bezorgdheid over koolmonoxide als gevolg van de verbranding van aardgas.
“Het is niet zo veel duurder en ik zou het wel kunnen betalen. Bovendien betekent het dat er geen verbrandingsprocessen meer plaatsvinden en dat het gebouw koolstofvrij wordt, wat dringend nodig is,” zei ze.
Warmtepompen die gebruikmaken van aardwarmte bestaan al tientallen jaren, maar lijken elk jaar weer meer huiseigenaren en organisaties aan te trekken die op zoek zijn naar alternatieven voor traditionele verwarming en koeling. Ze kunnen worden aangesloten op bestaande systemen voor geforceerde warme lucht en warm water, maar niet op stoomverwarming.
Starting in 2006, nearby Harvard University installed six ground-source warmtepompen as part of its Green Campus initiative. Administration buildings and athletic facilities are already online and two more buildings planned.
De pompkamer van een appartementencomplex in Fitchburg, Massachusetts.
(Bron: MassInnovation)
Een vastgoedontwikkelaar, MassInnovation, heeft geothermische energie tot een integraal onderdeel gemaakt van zijn milieuvriendelijke woon- en kantoorgebouwen. Na een seniorencentrum te hebben uitgerust met geothermische energie, is het bedrijf nu van plan om een voormalige gigantische 19e-eeuwse fabriek om te bouwen tot een van de grootste geothermische installaties in New England, aldus CEO Robert Ansin.
Mensen die voor geothermische energie kiezen, zijn daar doorgaans in geïnteresseerd omdat het een schone energietechnologie is of omdat ze willen ontsnappen aan de prijzen van fossiele brandstoffen, aldus Diona Roberg, operationeel directeur bij Water Energy Distributors, dat geothermische systemen van ClimateMaster distribueert.
“De zaken lopen uit de hand – we kunnen het nauwelijks bijhouden,” zei Roberg. Ongeveer de helft van de klanten kiest voor geothermische energie om de kosten voor verwarming en koeling te verlagen. Maar de andere helft “maakt het niet uit wat het kost, ze willen gewoon milieuvriendelijk zijn”, aldus Roberg. Het familiebedrijf is de afgelopen vier jaar in omvang verdubbeld.
Open en gesloten regelkring<br/ >Strictly speaking, what’s often called a “geothermal system” is a misnomer because it implies tapping the heat in the Earth, something already done at large scale to supply electricity to utilities. This geothermal energy–and its offshoot enhanced geothermal–works only works in certain geographies and uses different technology.
In plaats van gebruik te maken van ondergrondse warmte, maken geothermische warmtepompen die aan gebouwen zijn gekoppeld gebruik van de constante temperatuur van de bodem of diepe waterputten. In feite behandelen ze de aarde als een gigantische energiebank, waar ze, afhankelijk van de tijd van het jaar, warmte storten of opnemen.
Twee aardwarmtepompen die boven elkaar zijn geplaatst. Warmte wordt onttrokken aan of toegevoegd aan water dat ondergronds wordt gepompt.
(Credit:Martin LaMonica/china-heatpump Networks)
In de zomer pompen de systemen de warmte uit de binnenruimte naar de ondergrond en maken ze gebruik van de lagere temperaturen van de aarde om een gebouw te koelen. In de koudere maanden verloopt hetzelfde proces in omgekeerde richting: de warmte uit de grond wordt dan gebruikt om de binnenlucht te verwarmen.
Binnen staan doosvormige warmtepompen die water of een werkvloeistof, zoals antivries, uit de grond aanzuigen en er weer in terugpompen. Met behulp van hetzelfde compressorcircuit als in een koelkast onttrekt een warmtewisselaar energie aan de circulerende vloeistof om een gebouw te verwarmen of te koelen.
Er zijn verschillende configuraties mogelijk voor de vloeistoftransportlussen: ofwel waterputten van enkele honderden feet diep, die naar verluidt het meest efficiënt zijn, ofwel spiraalbuizen die slechts enkele meters onder de grond kunnen worden ingegraven. Anderen gebruiken een watermassa, zoals een vijver, als warmteafvoer.
Ongeacht het type worden aardwarmtepompen echter beschouwd als een van de meest efficiënte manieren om te verwarmen en te koelen.
De International Ground Source Heat Pump Association, gevestigd in Stillwater, Oklahoma, stelt dat geothermische verwarming 50 tot 70 procent efficiënter is dan andere systemen. Het Amerikaanse Ministerie van Energie geeft aan dat een grondwarmtepomp 25 tot 50 procent minder elektriciteit verbruikt dan conventionele verwarmings- en koelsystemen.
Roberg zei dat de onderhoudskosten voor geothermische systemen de helft bedragen van die van traditionele verwarmings- en koelsystemen. De terugverdientijd van geothermische systemen, die vroeger ongeveer zeven jaar bedroeg, is nu doorgaans vier jaar, aldus Roberg. De onlangs aangenomen federale stimuleringsmaatregelen voor hernieuwbare energie omvatten nu een belastingvermindering van $2.000 per jaar.
Green Edge<br/ >But even with these benefits, geothermal heating and cooling still remains a relatively niche product, with about 50,000 units installed a year in the U.S., according to the Department of Energy.
Een van de redenen zijn de initiële kosten. Alles bij elkaar genomen zal een installatie voor geothermische verwarming en koeling, inclusief het leidingwerk, ongeveer 50 procent duurder zijn dan een systeem op basis van fossiele brandstoffen, aldus Roberg.
Het boren vormt doorgaans het grootste deel van de kosten, omdat dit alleen al tienduizenden dollars kan kosten. De aardwarmtepompen zelf voor woningen kunnen volgens Butler tussen de $17.000 en $30.000 kosten.
A “vertical” loop of a ground-based, or an open-loop ground-source heat pump.
(Bron: WaterFurnace International)
Deskundigen waarschuwen dat de installatie van deze systemen sterk afhankelijk is van de specifieke omstandigheden ter plaatse – een onjuiste aanleg van de leidingen kan bijvoorbeeld leiden tot een slecht presterende installatie.
Bovendien lijken bepaalde regio’s beter geschikt te zijn voor geothermische warmtewisselingstechnologie; sommige projectontwikkelaars hebben gemeld dat pompen die het grootste deel van het jaar warmte de grond in pompen en slechts een klein deel van de tijd warmte uit de grond halen, op den duur minder goed presteren.
In zijn analyse van de eerste zes geothermische systemen (klik voor PDF) heeft Harvard een aantal uitdagingen bij de installatie vastgesteld die verband houden met het ontwerp van de putten en het inzicht in de ondergrondse watervoorraden.
Een meer subtiele uitdaging is de huidige situatie. Huiseigenaren die niet op de hoogte zijn van geothermische systemen zullen kiezen voor wat aannemers – die eveneens niet bekend zijn met de technologie – hen aanbevelen.
Ansin, van ontwikkelingsbedrijf MassInnovation, kreeg deze scepsis van de overheid aan den lijve te voelen tijdens de renovatie van een verlaten schoenenfabriek in Fitchburg, Massachusetts.
Hij was van plan een aanzienlijk deel van zijn totale budget – ongeveer $500.000 – uit te geven aan een standaard industriële oven en koelmachine, toen hij toevallig een vriend tegenkwam die in de boorbranche werkt en die hem voorstelde dat geothermische warmtepompen wellicht goedkoper zouden zijn.
Ansin had nog nooit van geothermische energie gehoord, maar toen hij zich er eenmaal in verdiepte, besefte hij dat dit niet alleen kosteneffectief kon zijn, maar hem ook de mogelijkheid bood om zijn gebouwen op een andere manier te onderscheiden dan alleen door hun locatie. Het complex, genaamd Anwelt Heritage Apartments, wordt op de markt gebracht als een milieuvriendelijk gebouw dat gebruikmaakt van een aardwarmtepomp en zonnepanelen.
Het systeem is ongeveer de helft goedkoper dan de traditionele opstelling, aldus Ansin, die inmiddels mede-eigenaar is van een boorbedrijf. Hij geeft de lagere energiekosten door aan de bewoners van de 86 woningen, die nu minder dan de helft betalen van wat ze voorheen aan energierekeningen betaalden.
Hij is erg enthousiast over de technologie, maar geeft toe dat de geothermische sector nog in de kinderschoenen staat in vergelijking met de traditionele verwarmings- en koelingssector.
“Hoewel warmtepompen en geothermische klimaatbeheersing al een tijdje bestaan, wordt het nog steeds als een vrij nieuwe markt beschouwd en zijn er daarom bij lange na niet genoeg aannemers en ingenieurs,” zei hij, eraan toevoegend dat voor een installatie de coördinatie van verschillende aannemers nodig kan zijn. “Helaas zal het pas echt wijdverbreid worden als er een totaaloplossing uit één hand komt.”
