Fabio Reinders
Mede-oprichter INTU
Alles over de warmtepomp
Je bent vast niet de enige huiseigenaar die schrikt van een torenhoge energierekening. Veel mensen zoeken naar manieren om hun gasverbruik en kosten te verlagen, zeker nu duurzame alternatieven steeds populairder worden. Misschien heb je gehoord over de warmtepomp als groene oplossing, maar het klinkt als complexe techniek. Je vraagt je af: werkt zo’n apparaat ook als het buiten koud is? en wat komt er allemaal bij kijken?
Bereken hier je besparing >
Temperatuur vs. warmte: wat is het verschil?
Iedereen kent het begrip temperatuur – dat is de maat voor hoe warm of koud iets aanvoelt, uitgedrukt in graden. Warmte daarentegen is de energie die in materie aanwezig is. Een belangrijk inzicht is dat ook lucht die koud aanvoelt, nog warmte-energie kan bevatten. Sterker nog, zolang de temperatuur boven het absolute nulpunt (-273,15 °C) is, zit er warmte in.
Dit betekent dat zelfs vrieskoude winterlucht nog bruikbare warmte-energie bevat. Dat klinkt misschien vreemd, maar denk er zo aan: bij -10 °C bewegen moleculen weliswaar langzaam, maar niet helemaal niet – er is nog energie aanwezig in de vorm van warmte.
Een warmtepomp maakt precies hiervan gebruik. Het apparaat onttrekt warmte uit een koudere omgeving en “upgradet” die naar een hogere temperatuur. Dit proces gaat tegen onze intuïtie in (normaal stroomt warmte van warm naar koud), maar met slim toegepaste techniek kan warmte uit koude lucht toch nuttig worden gewonnen.
Het verschil tussen temperatuur en warmte is dus dat temperatuur aangeeft hoe heet iets is, terwijl warmte de totale energie-inhoud is. Een warmtepomp kan die energie verplaatsen en benutten, ook al is de temperatuur van de bron laag.
Belangrijk om te realiseren is dat een warmtepomp geen warmte uit het niets creëert – hij verplaatst bestaande warmte-energie. Hierbij komt wel wat hulpenergie kijken in de vorm van elektriciteit.
Maar omdat de pomp warmte uit de omgeving “leent” in plaats van het zelf op te wekken door verbranding, is het systeem veel efficiënter. Bij een traditionele cv-ketel wordt energie (gas) verbrand om warmte te maken, terwijl een warmtepomp alleen energie gebruikt om warmte van buiten naar binnen te transporteren.
Dat is een wezenlijk verschil. In de praktijk resulteert dit erin dat de warmtepomp voor elke kWh elektriciteit meerdere kWh aan warmte kan leveren. Zo kan één kilowattuur stroom via een warmtepomp ongeveer 3 tot 5 kilowattuur warmte opleverenl – een rendement van 300-500%. (Ter vergelijking: een moderne hr-ketel haalt rond 90% rendement uit gas, en elektrische straalkachel 100%.)
Dit hoge rendement is mogelijk juist doordat de warmtepomp slim gebruikmaakt van bestaande omgevingswarmte.
Bereken hier je besparing >
Hoe werkt een warmtepomp?
Een warmtepomp werkt eigenlijk volgens hetzelfde principe als een koelkast, maar dan omgekeerd. Een koelkast onttrekt warmte aan de binnenkant (je etenswaren) en voert die af aan de keuken. Een warmtepomp onttrekt juist warmte aan buitenlucht (of de grond) en geeft die warmte binnenshuis af.
Dit doet hij door middel van een gesloten kringloop met een speciaal koudemiddel (koelvloeistof) dat warmte kan opnemen en afgeven. Hieronder zetten we stap voor stap op een rij hoe een (lucht-water) warmtepomp warmte verplaatst van buiten naar binnen:
Warmte opnemen (verdamper): Buiten in de verdamper stroomt het koudemiddel langs de koude buitenlucht. Dankzij een zeer laag kookpunt verdampt het koudemiddel al bij temperaturen ver onder 0 °C. Zelfs bij vrieskou bevat de buitenlucht genoeg energie om het koudemiddel te laten verdampen – de warmte-energie uit de lucht wordt hierbij opgenomen. Bij een luchtwarmtepomp blaast een ventilator continu buitenlucht over de verdamper om voldoende warmtewisseling te krijgen. Het koudemiddel, dat nu in gasvorm is, heeft de warmte van buiten “meegekregen”.
Compressie (compressor): Het gasvormige koudemiddel wordt naar de compressor geleid. De compressor werkt als een fietspomp: hij perst het gas samen, waardoor de druk en temperatuur sterk toenemen. Na compressie is het koudemiddelgas heter dan de temperatuur die nodig is voor je verwarmingssysteem. Hier gebeurt het “trucje” waarmee de warmtepomp lage-temperatuur warmte opwaardeert naar bruikbare hoge temperatuur.
Warmte afgeven (condensor): Het hete gas stroomt vervolgens naar de condensor, een warmtewisselaar in de binnenunit. In de condensor ontmoet het hete koudemiddelgas het koelere medium van je verwarmingssysteem – bijvoorbeeld water in je cv-leidingen of lucht in een ventilatiesysteem. Het koudemiddel geeft zijn warmte af aan het verwarmingswater (of de lucht). Daardoor koelt het koudemiddel zelf af en condenseert het terug tot vloeistof. Ondertussen is het cv-water opgewarmd en kan dit warme water naar de radiatoren, vloerverwarming of boiler in huis om jouw kamers te verwarmen.
Druk verlagen (expansie): Nadat het koudemiddel zijn warmte heeft afgegeven, wordt het via een expansieventiel terug in druk verlaagd. Dit expansieventiel zorgt ervoor dat de druk en daarmee de temperatuur van het vloeibare koudemiddel weer daalt. Het koudemiddel koelt voldoende af en wordt weer naar de verdamper geleid, waar het opnieuw warmte kan opnemen. De kringloop begint dan weer van voren af aan. Op deze manier draait het systeem continu rond: warmte opnemen, comprimeren, afgeven en weer opnieuw.
Deze cyclus maakt duidelijk waarom een warmtepomp zo efficiënt is. Er wordt voornamelijk gratis omgevingswarmte verplaatst, en maar een relatief klein deel betaalde energie (stroom voor de compressor en pompen) toegevoegd.
Let wel: het rendement van een warmtepomp hangt af van de omstandigheden. Hoe kleiner het temperatuurverschil is dat overbrugd moet worden (tussen buitenbron en binnenverwarming), hoe hoger de efficiëntie en besparing. Daarom werken warmtepompen het best in combinatie met lagetemperatuurverwarming – bijvoorbeeld vloerverwarming of speciale LTV-radiatoren – zodat het water niet heter dan ~35-45 °C hoeft te worden. Bij zulke systemen kan de warmtepomp met gemak COP-waarden van 4 of meer halen over het stookseizoen.
Is het buiten extreem koud, dan daalt de COP (de pomp moet harder werken), maar moderne warmtepompen kunnen zelfs bij -15 °C nog een huis verwarmen. Veel huishoudens kiezen voor een hybride warmtepomp waarbij bij strenge vorst de vertrouwde cv-ketel een handje helpt – zo zit je altijd warm en blijf je toch grotendeels van het gas af.
(NB: Veel warmtepompen kunnen in de zomer ook koelen door het proces om te draaien. Zo heb je in één apparaat zowel verwarming als airconditioning.)
Bereken hier je besparing >
Onderdelen van een warmtepomp
Om de bovengenoemde cyclus uit te voeren, zit een warmtepomp vol met slimme techniek. Toch is het geheel niet zo ingewikkeld wanneer je het opdeelt. Elke warmtepomp heeft een aantal essentiële onderdelen:
Verdamper (buitenwarmtewisselaar): de verdamper is het onderdeel dat buiten of in de bron zit en waar het koudemiddel warmte opneemt uit de omgeving. Bij een lucht/water-pomp is dit een buitenunit met een warmtewisselaar (vergelijkbaar met een autokoelrooster) en meestal een ventilator om voldoende buitenlucht langs te voeren. In de verdamper verdampt het koudemiddel doordat het warmte opneemt uit de buitenlucht, ook bij lage temperaturen.
Compressor: dit is de pomp van het systeem, vaak een elektrisch aangedreven compressormotor. Hij zuigt het gasvormige koudemiddel aan en perst het samen, waardoor druk en temperatuur van het koudemiddel flink omhoog gaan. De compressor verbruikt elektriciteit, maar hierdoor kan de warmtepomp het temperatuurniveau “oppompen” naar bruikbare warmte.
Condensor (binnenwarmtewisselaar): de condensor is een tweede warmtewisselaar, binnen in huis of in de unit. Hier komt het hete, onder hoge druk staande koudemiddelgas in contact met het water van je cv-systeem (of lucht van een luchtverwarming). De condensor geeft de warmte van het koudemiddel af aan het verwarmingswater en koelt daarmee het koudemiddel af. Het gas condenseert terug naar vloeistof terwijl het verwarmingswater opwarmt om je radiatoren/vloer te voeden.
Expansieventiel: dit onderdeel (ook wel smoorventiel genoemd) is een klep of vernauwing in het circuit. Het expansieventiel laat het vloeibare koudemiddel gecontroleerd terugstromen naar de verdamper en verlaagt de druk. Hierdoor daalt de temperatuur van het koudemiddel weer sterk (denk aan een deodorantspray die koud wordt bij uitstroom). Na het expansieventiel is het koudemiddel weer klaar om in de verdamper opnieuw warmte op te nemen. Het expansieventiel zorgt er tevens voor dat de compressor een drukverschil kan opbouwen tussen de hoge druk in de condensor en de lage druk in de verdamper.
Koudemiddel: dit is de speciale vloeistof/gas die rondgepompt wordt en de drager van de warmte is. Koudemiddelen hebben een laag kookpunt, vaak ver onder 0 °C, waardoor ze bij lage temperaturen al verdampen. Door steeds van vloeistof naar gas (en terug) te gaan, transporteert het koudemiddel de warmte door het systeem. Er zijn verschillende soorten koudemiddelen in gebruik – van synthetische HFK’s tot natuurlijke middelen als propaan of CO₂ – elk met hun eigen milieukenmerken. Belangrijk om te weten is dat het koudemiddel in een gesloten circuit blijft en bij normaal gebruik niet verbruikt wordt.
Samen zorgen deze onderdelen ervoor dat de warmtepomp zijn werk kan doen. In een monoblock warmtepomp zitten alle componenten in één buitenunit; bij een split-systeem vind je meestal de compressor en verdamper buiten en de condensor binnen, verbonden door leidingen. Welke uitvoering ook wordt gekozen, het principe van bovengenoemde onderdelen blijft hetzelfde.
Check je eigen energierekening besparing
Met een warmtepomp haal je dus slim warmte uit je omgeving en verbruik je véél minder gas – goed voor zowel klimaat als portemonnee. Natuurlijk vraagt het om een investering en moet je huis er geschikt voor zijn (goede isolatie en bij voorkeur lagetemperatuurverwarming helpen enorm).
Maar de technologie is inmiddels bewezen en betrouwbaar: uit onderzoek blijkt dat warmtepompen over hun levensduur duidelijk klimaateffectiever zijn dan cv-ketels. Benieuwd hoeveel jij zou kunnen besparen met een warmtepomp in jouw woning?
