Uitleg over het werken van een warmtepomp: principe, soorten en efficiëntie

Inleiding

In de tijd dat duurzame energie steeds belangrijker wordt, is de warmtepomp een populaire keuze voor het verwarmen van woningen, gebouwen en zelfs industriële processen. Maar hoe werkt een warmtepomp precies? Wat zijn de verschillende soorten en hoe bepaal je de efficiëntie van een systeem? In deze uitleg geven we een gedetailleerde overzicht van het principe van warmtepompen, hun werking, de meest voorkomende types, de technische componenten, en de financiële aspecten. De informatie is gebaseerd op betrouwbare bronnen en recente technische kennis uit de sector.

Het basisprincipe van een warmtepomp

Een warmtepomp werkt volgens het principe van thermodynamica, waarbij warmte wordt overgedragen van een lage temperatuur naar een hogere temperatuur. Dit verschilt van een gewone verwarming, waarbij warmte wordt gegenereerd door het verbranden van brandstof. In plaats daarvan maakt een warmtepomp gebruik van een koudemiddel en een compressor om energie uit de omgeving – zoals lucht, water of bodem – te halen en deze om te zetten in bruikbare warmte.

Werking in vier stappen

1. Warmteopname
   Een ventilator of circulatiesysteem onttrekt warmte uit de omgeving. Dit kan lucht, grondwater of de bodem zijn. Zelfs bij lage temperaturen, zoals -20°C, is het mogelijk om warmte te recuperen.

2. Compressie
   Het koudemiddel verdampt bij lage temperaturen en wordt vervolgens door een compressor samengeperst. Hierdoor stijgt de temperatuur van het gas, waardoor het bruikbaar wordt voor verwarming.

3. Warmteafgifte
   De verwarmde damp geeft zijn energie af aan een warmtewisselaar. Deze verwerkt de warmte verder, zodat deze kan worden gebruikt voor verwarming via radiatoren, vloerverwarming of een boiler.

4. Expansie en herhaling
   Het koudemiddel passeert een expansieventiel, waarbij de druk en temperatuur dalen. Daarna begint de cyclus opnieuw, waardoor het systeem continu werkt.

Soorten warmtepompen

Er zijn verschillende soorten warmtepompen, waarbij de keuze van het type afhangt van de beschikbare bron, de grootte van het systeem en de energiebehoeften van de woning of gebouw.

1. Lucht-water warmtepomp

Deze warmtepomp haalt warmte uit de lucht en zet deze om in waterwarmte, die vervolgens wordt gebruikt voor verwarming of warm waterproductie. Het systeem bestaat uit een buitenunit en een binnenunit. De buitenunit verwerkt de lucht en de binnenunit zorgt voor de warmteoverdracht naar het water.

Voordelen:
- Relatief eenvoudig en snel te installeren.
- Nieuwe technologie is gericht op efficiëntie en stilte.
- Werkt goed in meeste klimatologische omstandigheden.

Nadelen:
- De efficiëntie daalt in extreem koude omstandigheden.
- De buitenunit moet goed geplaatst worden voor optimale luchtcirculatie.

2. Bodem-water warmtepomp

Bij deze warmtepomp wordt warmte onttrokken aan de bodem via horizontale of verticale buizen. Het koudemiddel circuleert in een gesloten systeem en zorgt voor het transport van warmte naar een warmtewisselaar.

Voordelen:
- Hoog rendement over het hele jaar.
- Stabiele warmteopbrengst dankzij de constante bodemtemperatuur.
- Minder afhankelijk van luchttemperaturen.

Nadelen:
- Installatie is arbeidsintensief en vereist ruimte voor buizen.
- De investeringskosten zijn hoger dan bij lucht-water warmtepompen.

3. Water-water warmtepomp

Deze warmtepomp maakt gebruik van een open bron, zoals grondwater. Het water wordt uit de bodem opgepompt, energie wordt eruit gehaald en het koudere water wordt op een andere locatie teruggebracht.

Voordelen:
- Uitstekend rendement, vooral in regio’s met veel grondwater.
- Voorziet in passieve koeling in de zomer.

Nadelen:
- Installatie vereist een gecertificeerd bedrijf en toestemming van de gemeente.
- Niet overal toegestaan vanwege milieubeschermingsmaatregelen.

4. Brine-water warmtepomp

Dit is een variatie op de bodem-water warmtepomp. In plaats van grondwater wordt een oplossing van water en glycol (antivries) gebruikt in een gesloten systeem. De warmte wordt uit de bodem of andere bronnen (zoals oppervlaktewater of industrieel afval) gehaald.

Voordelen:
- Veel flexibiliteit in bronselectie.
- Passieve koeling mogelijk in de zomer.
- Werkt goed bij lagere temperaturen.

Nadelen:
- Installatie vereist professionele kennis.
- Kan gevoelig zijn voor vloeistofverontreiniging.

5. Hybride warmtepomp

Een hybride warmtepomp combineert een warmtepompsysteem met een traditionele cv-ketel. Op momenten dat de warmtepomp niet voldoende warmte kan leveren – bijvoorbeeld op extreem koude dagen of bij hoge warmtebehoefte – springt de cv-ketel bij om het systeem aan te vullen.

Voordelen:
- Vermindert het gasverbruik aanzienlijk.
- Biedt extra zekerheid in extreme weersomstandigheden.
- Minder risico op comfortverlies.

Nadelen:
- Verhoogde investeringskosten door het aanleggen van een extra systeem.
- Beperkte duurzaamheid vanwege het gebruik van gas.

Technische componenten van een warmtepomp

1. Koudemiddelkring

De koudemiddelkring bestaat uit de volgende onderdelen:

• Verdamper: waarin het koudemiddel verdampt en warmte opneemt.
• Compressor: die de damp comprimeert, waardoor de temperatuur stijgt.
• Condensor: waarin de damp condenseert en warmte afgeeft.
• Expansieventiel: dat de druk verlaagt en de cyclus herhaalt.

2. Bron

De bron is het natuurlijke milieu waaruit warmte wordt opgenomen. Afhankelijk van de type warmtepomp kan dit lucht, water of bodem zijn. De keuze van de bron heeft een grote invloed op de efficiëntie en de investeringskosten.

3. Afgifte-systeem

Het afgifte-systeem is verantwoordelijk voor het transport van de opgewekte warmte naar de gebruiker. De meest voorkomende opties zijn:

• Vloerverwarming: werkt efficiënt bij lagere temperaturen.
• Radiatoren: vereisen iets hogere temperaturen.
• Boiler: voor warm waterproductie.

Efficiëntie meten: COP en SCOP

De efficiëntie van een warmtepomp wordt uitgedrukt in twee belangrijke parameters: COP (Coefficient of Performance) en SCOP (Seasonal Coefficient of Performance).

COP

De COP geeft het verhouding tussen het verbruikte elektriciteit en de opgewekte warmte. Bijvoorbeeld: een COP van 5 betekent dat voor 1 kWh elektriciteit 5 kWh warmte wordt opgewekt. De COP hangt af van de temperatuur van de bron en de temperatuur van het afgifte-systeem. Hoe kleiner het verschil, hoe hoger de COP.

SCOP

De SCOP is het gemiddelde rendement over een gehele jaarcyclus. Het rekening houdt met seizoensvariaties, zoals lage temperaturen in de winter en warme weersomstandigheden in de zomer. De SCOP is een betrouwbaarder maatstaf dan de COP voor het bepalen van de werkelijke efficiëntie van een warmtepomp.

Kosten van een warmtepompinstallatie

De investering in een warmtepomp is aanzienlijk, maar de terugverdientijd is vaak kort vanwege het lage energieverbruik. De kosten variëren afhankelijk van het type warmtepomp en de maat van het systeem.

Kostenoverzicht

De prijzen zijn richtwaarden en variëren afhankelijk van het merk, de technologie en de specificaties. Het is verstandig om meerdere aanbiedingen te vergelijken en eventueel subsidies te benutten via instanties zoals RVO.

Industriële toepassing

Niet alleen in huishoudens, maar ook in industriële omgevingen wordt gebruik gemaakt van warmtepompen. In fabrieken is het mogelijk om warmtepompen te koppelen aan processen waarbij zowel warmte als koude nodig zijn. Een voorbeeld is een ammoniakgedreven warmtepomp die zorgt voor twee temperatuurniveaus (2°C, 40°C en 77°C). Door het gebruik van tanks met water als transportmedium kan de energie efficiënt worden opgeslagen en hergebruikt.

Toekomstperspectief

De technologie van warmtepompen blijft zich ontwikkelen. Nieuwe ontwerpen zijn gericht op lagere CO₂-uitstoot, hogere efficiëntie en langere levensduur. Tevens worden subsidies en steunmaatregelen steeds belangrijker om het aanschafkostprobleem te verlagen. In combinatie met andere duurzame energiebronnen, zoals zonnepanelen, vormt een warmtepomp een duurzame en toekomstbestendige oplossing voor verwarming.

Conclusie

Een warmtepomp is een efficiënte en duurzame oplossing voor het verwarmen van woningen, gebouwen en industriële installaties. Door het gebruik van koudemiddel, een compressor en een goed afgestemd afgifte-systeem is het mogelijk om warmte te genereren zonder directe verbranding van fossiele brandstoffen. De efficiëntie van een warmtepomp wordt gemeten met COP en SCOP en hangt sterk af van de bron, de technologie en de installatie. Hoewel de aanschafkosten hoog zijn, is het rendement over de jaren doorgaans gunstig. Voor zowel particulieren als professionals is het verstandig om te investeren in een warmtepomp, zowel vanuit een financieel als een ecologisch perspectief.

Bronnen

1. Hoe werkt een warmtepomp
2. Warmtepomp algemeen
3. Warmtepomp weetjes
4. Industriële warmtepompen
5. Alles over warmtepompen van Viessmann