Schema en werking van warmtepompinstallaties – een duidelijk overzicht voor renovatie en nieuwbouw

Inleiding

Een warmtepompinstallatie is een moderne en duurzame oplossing voor het verwarmen en koelen van woningen en gebouwen. Het systeem maakt gebruik van gratis energie uit lucht, water of grond om verwarming en warm water te genereren. Daarbij wordt slechts een klein aandeel aan elektriciteit verbruikt, wat resulteert in een hoge energie-efficiëntie. Tegenwoordig zijn warmtepompen steeds vaker te vinden in zowel nieuwe bouwprojecten als renovaties, aangezien ze een aantrekkelijke alternatieve oplossing bieden voor traditionele verwarmingsmethoden zoals CV-ketels.

Bij de installatie van een warmtepomp is het belangrijk om te begrijpen hoe het systeem werkt, welke componenten nodig zijn, en hoe het schema van de installatie eruitziet. Dit artikel geeft een overzicht van de werking van verschillende warmtepompvarianten – lucht-lucht, lucht-water, water-water en geothermische warmtepompen – met aandacht voor de thermodynamische cyclus, installatietips en de belangrijkste kenmerken van elk type. Op basis van de beschikbare informatie wordt ook ingegaan op de voordelen, nadelen en levensduur van de verschillende warmtepompen.

1. Werking van een warmtepomp – thermodynamische cyclus

De werking van een warmtepomp is gebaseerd op een thermodynamische cyclus, die bestaat uit vier essentiële stappen: verdamping, compressie, condensatie en expansie. Deze cyclus is hetzelfde voor alle warmtepompvarianten, ongeacht de energiebron (lucht, water of grond).

1.1 Verdamping (verdamper)

In de verdamper onttrekt het koelmiddel warmte uit de omgeving (bijvoorbeeld lucht, water of grond). Het koelmiddel verandert hierbij van vloeistof naar gas bij lage temperatuur en lage druk. De verdamper is dus de plek waar de warmte wordt opgenomen.

1.2 Compressie (compressor)

De compressor verhoogt de druk van het gasvormige koelmiddel, wat leidt tot een aanzienlijke temperatuurstijging. Dit proces vereist energie, maar het resultaat is dat het koelmiddel nu warm genoeg is om warmte af te geven aan een verwarmingssysteem of warm water.

1.3 Condensatie (condensor)

De condensor is de plek waar het warme, gecomprimeerde koelmiddel zijn warmte afgeeft aan het verwarmingssysteem of warmwaterreservoir. Hierbij verandert het gasvormige koelmiddel weer in een vloeistof.

1.4 Expansie (expansieventiel)

Het vloeibare koelmiddel passeert een expansieventiel, waarbij de druk en de temperatuur snel dalen. Hiermee begint de cyclus opnieuw.

Deze vier stappen vormen samen de basis van de thermodynamische cyclus die centraal staat in de werking van warmtepompen. Deze cyclus is essentieel voor het begrijpen van het schema van een warmtepompinstallatie, aangezien het bepaalt hoe warmte wordt getransporteerd en omgezet in verwarming of koeling.

2. Schema’s van warmtepompinstallaties

Bij de installatie van een warmtepomp is het belangrijk om het schema van het systeem goed te begrijpen. Dit schema bevat informatie over de opstelling van de componenten, de stroomrichting van het koelmiddel en de aansluiting op het verwarmingssysteem of warmwaterreservoir. Hieronder worden de schema’s van enkele veelvoorkomende warmtepompvarianten besproken.

2.1 Lucht-lucht warmtepomp

Een lucht-luchtwarmtepomp verwarmt of koelt een ruimte door warmte uit de buitenlucht te onttrekken en deze via een ventilatorconvector naar binnen te brengen. In de koelmodus werkt het systeem omgekeerd: het onttrekt warmte uit de binnenlucht en geeft deze af naar de buitenlucht.

Een typisch schema van een lucht-luchtwarmtepomp bevat een externe eenheid (met compressor, condensor en expansieventiel), een interne eenheid (verdamper met ventilator), en een regelinstallatie. Het schema is relatief eenvoudig en vereist geen hydraulische componenten, zoals pompen of slangen.

2.2 Lucht-water warmtepomp

Een lucht-waterwarmtepomp haalt warmte uit de buitenlucht en zet deze om in warm water of verwarming via een hydraulisch systeem. Het schema van deze warmtepomp bevat naast de externe eenheid ook een interne eenheid met een condensor, en een verwarmingssysteem zoals radiatoren, vloerverwarming of een warmwaterreservoir.

De hydraulische aansluiting is essentieel bij deze warmtepomp, en vereist het gebruik van isolatie, pompen en eventueel glycol om vorstschade te voorkomen. De installatie is daarom iets complexer dan bij een lucht-luchtwarmtepomp.

2.3 Water-water warmtepomp

Een water-waterwarmtepomp haalt warmte uit een waterbron, zoals een meer, rivier of grondwater, en gebruikt deze om warm water of verwarming te genereren. Het schema van deze warmtepomp bevat twee putten: een aanvoerput en een retourput. Het grondwater wordt via de aanvoerput onttrokken, waarbij warmte wordt overgedragen aan het koelmiddel. Het afgekoelde water stroomt daarna via de retourput terug in de grond.

Deze warmtepomp is zeer efficiënt, maar vereist een goed gepland wateraanlegplan en voldoende grondwater. Het schema is complexer dan bij lucht-luchtwarmtepompen, en vereist een goed geïsoleerde leidinginstallatie om verliezen te minimaliseren.

2.4 Aardwarmtepomp (geothermische warmtepomp)

Een aardwarmtepomp maakt gebruik van de constante temperatuur van de aarde om warmte te onttrekken of af te geven. Het schema van een geothermische warmtepomp bevat een grondleidingssysteem (horizontaal of verticaal) waarin een vorstvrij vloeistofmengsel circuleert. Deze vloeistof overdraagt warmte aan het koelmiddel in de verdamper, waarna de rest van de cyclus hetzelfde verloopt als bij andere warmtepompvarianten.

De efficiëntie van aardwarmtepompen is hoog, aangezien de grond een stabiele temperatuur heeft. Het schema is echter complexer, en vereist een duidelijke voorbereiding van het terrein, inclusief boringen of grachtgravingen.

3. Installatietips voor warmtepompen

De installatie van een warmtepomp vereist zorgvuldige planning en uitvoering. Hieronder worden enkele praktische tips beschreven die van belang zijn bij het opstellen van het schema en het uitvoeren van de installatie.

3.1 Kwh-meter tussen de voeding

Het is belangrijk om een kWh-meter aan te sluiten tussen de voeding van de warmtepomp en het elektriciteitsnet. Dit maakt het mogelijk om het energieverbruik van de warmtepomp apart te meten en te analyseren.

3.2 Leidingdiameters en isolatie

De leidingen van een warmtepompinstallatie moeten correct bepaalde diameters hebben, anders kan dit leiden tot drukverlies of inefficiëntie. Daarnaast is isolatie van de leidingen belangrijk om warmteverlies te voorkomen, vooral bij water-water- of geothermische warmtepompen.

3.3 Ontluchten en expansievat

Het hydraulische systeem moet goed worden ontlucht om luchtlekken en luchtdrukproblemen te voorkomen. Daarnaast is een expansievat nodig om de expansie van het medium te beheren, wat belangrijk is bij het regelen van de druk in het systeem.

3.4 Glycoltoevoeging

Bij installaties in koude klimaten of bij het gebruik van grondwater is het gebruik van glycol nodig om vorstschade te voorkomen. De concentratie van glycol moet zorgvuldig worden gekozen om zowel vorstbestendigheid als thermische efficiëntie te waarborgen.

3.5 Vloerverwarming en hydraulische verdeler

Voor vloerverwarmingssystemen is het gebruik van een hydraulische verdeler essentieel. Deze verdeler verdeelt de warmte gelijkmatig over het systeem en zorgt voor een optimale efficiëntie.

3.6 Inbedrijfstellen van de warmtepomp

Het inbedrijfstellen van een warmtepomp moet door een ervaren installateur of door de fabrikant zelf worden uitgevoerd. Dit omvat het opstarten van het systeem, het testen van de componenten en het kalibreren van de regelinstallatie.

4. Vergelijking van warmtepompvarianten

Naast het begrijpen van het schema en de werking van een warmtepomp is het ook belangrijk om te weten welke variant het beste past bij een bepaalde situatie. Hieronder volgt een vergelijking van de belangrijkste kenmerken van de verschillende warmtepompvarianten.

De keuze voor een bepaalde warmtepomp hangt af van factoren zoals de beschikbare energiebron, de bouwstijl van het huis, de verwachtingen ten aanzien van energie-efficiëntie en het budget. Het schema van de installatie speelt hierin een belangrijke rol, omdat het bepaalt hoe de warmte wordt getransporteerd en omgezet in verwarming of warm water.

5. Conclusie

Een warmtepompinstallatie is een duurzame en efficiënte oplossing voor verwarming en koeling in woningen en gebouwen. Het schema van de installatie is een essentieel onderdeel van de planning, omdat het aangeeft hoe de warmte wordt getransporteerd en omgezet. De thermodynamische cyclus van verdamping, compressie, condensatie en expansie vormt de basis van de werking van alle warmtepompen, ongeacht de energiebron.

Verschillende warmtepompvarianten – zoals lucht-lucht, lucht-water, water-water en geothermische warmtepompen – hebben elk hun eigen schema en kenmerken. Het kiezen van de juiste variant vereist een duidelijke analyse van de omgevingsfactoren, het verwarmingssysteem en de budgettaire mogelijkheden. De installatie vereist zorgvuldige planning en uitvoering, inclusief het gebruik van glycol, isolatie, expansievaten en hydraulische componenten.

Tot slot is het belangrijk om rekening te houden met het inbedrijfstellen van de warmtepomp, omdat dit een cruciale stap is in de installatiecyclus. Door het schema en de werking goed te begrijpen, kunnen zowel bouwprofessionals als woningeigenaren een efficiënte en duurzame verwarmingsoplossing realiseren.

Bronnen

1. Warmtepomp diagram en bediening
2. Installatietips voor warmtepompen
3. Algemene informatie over warmtepompen