Hoe werkt een warmtepomp?

Vanwege de energietransitie en de overgang naar duurzame energie is de warmtepomp momenteel hot topic, maar wordt het de vervanger van de cv-ketel?

Als je kijkt naar de nieuwbouwwijken die erbij komen, zie je dat bijna geen woning meer op het gasnet wordt aangesloten. Zonder gas kan een cv-ketel niet draaien. Voor hun verwarming zijn nieuwbouwhuizen afhankelijk van een warmtepomp. Maar is de warmtepomp echt zo’n nieuwe techniek?

Niet echt.

De warmtepomp bestaat al jaren. Eigenlijk is een warmtepomp niks anders dan een omgekeerde koelmachine. Elke koelmachine werkt volgens een kringloopprincipe dat warmte van de ene omgeving naar de andere pompt.

Voor koeldoeleinden pakt de koelmachine thermische energie uit de te koelen ruimte en brengt die naar buiten. Een warmtepomp doet dat net andersom. Deze pakt thermische energie van buiten en brengt het naar binnen, de woonkamer in.

Maar hoe kan dat? Hoe zit dat dan als het buiten kouder is en binnen warmer? Is er wel genoeg energie?

Dat en meer lees je hieronder.

Wat maakt een warmtepomp energiezuinig?

Een cv-ketel verstookt aardgas en warmt daarmee het water in de warmtewisselaar op. Dat warme water (variërend tussen de 70°C – 90°C) wordt door middel van een circulatiepomp door het leidingnet verspreidt. Een cv-ketel gebruikt 100% aardgas.

Een warmtepomp gebruikt stroom, daarmee wordt de compressor aangedreven. Maar dan zijn we er nog niet. Het grootste gedeelte van de energie komt uit de omgeving. Kijken we naar de verdeling dan haalt een warmtepomp ongeveer 80% uit de omgeving en maar 20% uit het stopcontact.

Afbeelding 1: energieverhouding warmtepomp

Dat maakt de warmtepomp een stuk energiezuiniger dan een cv-ketel. Door koudemiddel op een lage druk te verdampen onttrekt de warmtepomp thermische energie uit de buitenlucht of uit een bron. Het maakt niet uit of het 15°C is of -10°C, er zit nog steeds energie in de omgeving dus kun je er warmte uit halen. Zelfs op een temperatuur van -5°C zit er nog genoeg thermische energie in de lucht.

Een warmtepomp is een omgekeerde koelmachine. Denk bijvoorbeeld aan een vriezer. Ook daar zit een verdamper in waar het koudemiddel verdampt bij temperaturen van -20°C. Pas op het absolute nulpunt (-273°C of 0 Kelvin) kun je geen energie meer uit de lucht halen. Dan staat alles stil.

Afbeelding 2: Schematische weergave warmtepomp

Een warmtepomp gebruikt de gratis thermische energie uit de buitenlucht en voegt er voor een klein gedeelte elektrische energie in de compressor aan toe. Zo verwarmt hij het water of de lucht tot 30°C – 40°C.

Hoe werkt een warmtepomp?

Verdampen en condenseren. In een warmtepomp vindt een kringproces plaats waarbij de machine koudemiddel rondpompt dat aan de ene kant verdampt en aan de andere kant condenseert. Nu is het begrip koudemiddel misschien wat verwarrend in de context van een warmtepomp, maar dat komt omdat het als eerste werd gebruikt in een koelmachine. Koudemiddel is de energiedrager van het systeem.

Verdampen onttrekt warmte uit de omgeving. Altijd. Zit je ‘zomers met een warme fles bier op het strand zonder koeling? Wikkel hem in een natte handdoek en leg hem in de zon, die zorgt ervoor dat het water in de handdoek verdampt en dat kost (thermische) energie. Deze energie wordt uit de fles getrokken waardoor je biertje kouder wordt.

Bij condenseren is het net andersom. De damp in de lucht condenseert op een koud oppervlak en geeft daarbij warmte oftewel thermische energie af. Kijk naar een condensdroger, die geeft veel warmte af.

Hoe krijgen we dan warmte van een lage temperatuur naar warmte van een hoge temperatuur?

Daar helpt de compressor ons mee. Door de druk te verhogen zal het koudemiddel condenseren op een hoge temperatuur. Andersom geldt hetzelfde, door de druk te verlagen zal het koudemiddel verdampen (koken) op een lage temperatuur.

Afbeelding 3: Werking warmtepomp

In de compressor comprimeert het koudemiddel van lage naar hoge druk. Ook dat zorgt voor een significante temperatuurverhoging. Op deze manier zorgt de warmtepomp ervoor dat warmte van een lage temperatuur stroomt naar warmte van een hoge temperatuur.

Dat is geheel tegen de natuurlijke verhoudingen in. Een kopje koffie zal nooit warmer worden in een koude omgeving. Hoe dat precies zit? Het heeft allemaal met entropie te maken, maar dat is een onderwerp voor de volgende keer.

Welke type warmtepompen zijn er?

Er zijn verschillende type warmtepompen zoals lucht-lucht, lucht-water of water-water en zelfs bron-water. De benaming doelt op de positie van de buiten- en binnenunit, oftewel de verdamper en de condensor.

Afbeelding 4: Lucht-lucht opstelling

Afbeelding 5: Lucht-water opstelling

Staat de buitenunit op de grond of op het dak en in de buitenlucht opgesteld, dan haalt het de thermische energie uit de lucht. Hetzelfde geldt voor de binnenunit. Hangt deze gewoon in de ruimte, dan blaast het de thermische energie in de vorm van warme lucht de ruimte in. Is hij waterzijdig aangesloten, dan geeft de condensor zijn thermische energie af aan het warmwaternet.

Afbeelding 6: Water-water opstelling

Afbeelding 7: Bron-water opstelling

Bij een waterzijdige binnenunit zit er een verwarmingssysteem met radiatoren en/ of vloerverwarming op aangesloten. Omdat de temperaturen bij een warmtepomp een stuk lager liggen dan bij een cv-ketel moet het systeem goed zijn ingeregeld, zodat de warmte evenredig verspreidt over de woning.

Verder is er ook nog zoiets als een hybride of bivalent systeem. Dit betekent dat er naast de warmtepomp een cv-ketel wordt aangesloten. Deze zorgt bij piekbelasting, zoals een hele strenge winter, voor net dat extra beetje warmte. Maar het kan ook dat hij alleen geldt als verwarmer van douche- en badwater.

Conclusie

Het lijkt er misschien op dat de warmtepomp een hele nieuwe en innovatieve manier van verwarmen is, maar eigenlijk bestaat de techniek al meer dan honderd jaar. Een warmtepomp haalt het grootste gedeelte van zijn energie uit de natuur, dat maakt hem zo duurzaam. En als straks het merendeel van de elektrische energie op een groene manier wordt opgewekt maakt dat de warmtepomp alleen maar duurzamer.

Meer informatie

Het is altijd goed om je te verdiepen in de materie aan de hand van blogs, video’s en voorlichting. IN veel gevallen is dat ook voldoende. Toch blijven woorden ondersteund door plaatjes een beperkt middel. Helemaal als je zelf handelingen moet verrichten aan een ingewikkelde machine zoals een warmtepomp. Soms moet je het gewoon zien en zelf ervaren om echt te begrijpen hoe iets werkt.

Daarom starten we binnenkort met de Bootcamp Airco’s en Warmtepompen. Deze richt zich speciaal op (cv-)installateurs die woningen voorzien van warmtepompen en kleine airconditioningsystemen zoals een split-unit. Hier zit ook het F-gassen categorie 2 certificaat inbegrepen. Deze training staat gepland voor het eerste kwartaal van 2022.

Wil je niks missen? Schrijf je dan in voor onze nieuwsbrief en blijf op de hoogte van de laatste blogs, nieuws en info over trainingen.