Koelvloeistof in Warmtepompen: Werking, Types en Invloed op Efficiëntie

Published by Redactie on september 27, 2025 | Category warmtepomp

Inleiding

Een warmtepomp is een technologie die steeds vaker wordt ingezet in woningen en gebouwen voor het opwekken van warmte uit de omgeving. Deze apparaten zijn niet alleen energiezuinig, maar ook duurzaam en geschikt voor zowel verwarming als koeling. Een belangrijk onderdeel van de werking van een warmtepomp is de koelvloeistof, ook wel koudemiddel genoemd. Deze stof speelt een centrale rol in het warmteoverdrachtsproces en bepaalt mede de efficiëntie van het systeem. In dit artikel worden de eigenschappen, werking en invloed van koelvloeistoffen in warmtepompen besproken, met aandacht voor technische processen, typen koudemiddelen en de rol in het rendement van warmtepompinstallaties.

Werking van Koelvloeistof in een Warmtepomp

De koelvloeistof is het centrale element in de cyclus van een warmtepomp. Het vloeistof- en gasmengsel circuleert door een gesloten systeem dat bestaat uit een verdamper, een compressor, een condensor en een expansieventiel. Tijdens deze cyclus treedt warmte op vanuit de omgeving, wordt deze verwerkt en afgegeven aan het verwarmingssysteem van een woning.

Het cyclusproces

Het proces van een warmtepomp kan worden opgedeeld in vier fasen, waarin de koelvloeistof een essentiële rol speelt:

Verdamping in de verdamper
De koelvloeistof stroomt als vloeistof door de verdamper, waar het in contact komt met een warmtebron zoals lucht, water of grond. Omdat de temperatuur van de koelvloeistof lager is dan die van de omgeving, absorbeert het de warmte en verdampt het. Hierbij verandert de koelvloeistof van vloeistof naar damp. Dit proces vindt plaats bij lage druk.
Compressie
De damp die is ontstaan in de verdamper wordt aangezogen door een compressor. Deze compressor verhoogt de druk van de damp, wat ertoe leidt dat de temperatuur sterk stijgt. Dankzij deze compressie kan de koelvloeistofdamp nu warmte afgeven bij hogere temperaturen dan de omgeving.
Condensatie in de condensor
De hete damp bereikt nu de condensor, waar het zijn warmte afgeeft aan het verwarmingssysteem van de woning (zoals een cv-systeem of vloerverwarming). Tijdens dit proces condenseert de damp weer in vloeistof. Het gecondenseerde koudemiddel heeft nu een lage temperatuur en is gereed voor de volgende cyclus.
Expansie
Het koudemiddel passeert een expansieventiel of expansieklep, waarbij zowel de druk als de temperatuur van het koudemiddel aanzienlijk dalen. Hierdoor is het koudemiddel opnieuw in staat om warmte op te nemen vanuit de omgeving, waarna de cyclus zich herhaalt.

Dit proces is vergelijkbaar met dat van een koelkast, waarbij warmte opgenomen wordt in de verdamper, samengeperst wordt in de compressor en afgegeven in de condensor. In de context van warmtepompen wordt echter het doel om warmte aan te zetten, in plaats van af te voeren.

Eigenschappen van Koelvloeistoffen

De keuze van een geschikt koudemiddel is van groot belang voor het functioneren en rendement van een warmtepomp. Omdat het koudemiddel verantwoordelijk is voor de warmteoverdracht, moet het aan bepaalde technische eisen voldoen.

1. Laag kookpunt en kritieke eigenschappen

Een essentieel kenmerk van een goed koudemiddel is dat het een laag kookpunt heeft. Dit maakt het mogelijk om warmte op te nemen uit omgevingen met lage temperaturen, zoals lucht of grond. Bovendien moet het koudemiddel een hoge warmtecapaciteit en goede thermodynamische eigenschappen hebben, zodat het efficiënt kan werken in het warmtepompcircuit.

Bijvoorbeeld, in bron [2] wordt beschreven dat het koudemiddel verdampt bij ongeveer -20°C bij 2 bar druk. Dit betekent dat het koudemiddel warmte kan opnemen zelfs bij temperaturen die onder nul liggen. De lage druk vereist een lage energieinput van de compressor, wat gunstig is voor het rendement.

2. Milieuvriendelijkheid

Naast de technische eigenschappen is de milieuvriendelijkheid van het koudemiddel ook belangrijk. Traditionele koudemiddelen zoals R22 (chlorfluorkoolwaterstof) zijn schadelijk voor de ozonlaag en hebben een hoge broeikaseffectfactor. Daarom worden moderne warmtepompen vaak uitgerust met koudemiddelen met een lage GWP (Global Warming Potential), zoals R32, R410A of CO₂ (R744). Deze stoffen hebben een geringere impact op klimaatverandering en voldoen aan huidige milieuwetten.

3. Verenigbaarheid met componenten

Het koudemiddel moet ook compatibel zijn met de materialen van de warmtepompcomponenten, zoals de compressor, de leidingen en de warmtewisselaars. Sommige koudemiddelen kunnen corrosief zijn op bepaalde materialen, wat de levensduur van het systeem kan verkorten. Daarom wordt zorgvuldig gekozen voor een koudemiddel dat chemisch stabiel is en samenwerkt met de gebruikelijke componenten van warmtepompen.

Invloed van Koelvloeistof op de Efficiëntie van Warmtepompen

De efficiëntie van een warmtepomp wordt vaak uitgedrukt in de COP (Coefficient of Performance) of SCOP (Seasonal Coefficient of Performance). Deze waarden geven aan hoeveel warmte de warmtepomp levert per eenheid energie die erin wordt gestopt. De keuze van het koudemiddel beïnvloedt deze efficiëntie aanzienlijk.

1. Temperatuurverschil tussen warmtebron en verwarmingsaanvoer

Een belangrijk aspect is het temperatuurverschil tussen de warmtebron (bijvoorbeeld grondwater of lucht) en de aanvoertemperatuur van het verwarmingssysteem. Hoe kleiner dit verschil, hoe efficiënter de warmtepomp kan werken. In bron [5] wordt uitgelegd dat als de warmtebron bijvoorbeeld 10°C is en de aanvoertemperatuur 30°C, de compressor relatief weinig energie nodig heeft om de temperatuur te verhogen. In tegenstelling daarmee, bij een aanvoertemperatuur van 50°C moet de compressor dubbel zoveel energie investeren.

Dit betekent dat een warmtepomp met een koudemiddel dat goed werkt bij lage aanvoertemperaturen, zoals die gebruikt voor vloerverwarming of lage-temperatuur-radiatoren, een hoger COP kan behalen dan een systeem dat werkt met hoge-temperatuur-radiatoren.

2. Dructoename en energieconsumptie

De compressor speelt een centrale rol in het proces van warmteverhoging. Door het koudemiddel te comprimeren, wordt de temperatuur verhoogd, maar dit vereist energie. De efficiëntie van het koudemiddel bepaalt hoeveel energie nodig is voor deze compressie. Koudemiddelen met een hogere verdamptemperatuur bij lage druk kunnen het proces efficiënter maken, wat bijdraagt aan een lager energieverbruik en hogere COP.

3. Thermodynamische eigenschappen

De thermodynamische eigenschappen van het koudemiddel, zoals de verdamptemperatuur, de verdampingssnelheid en de warmtecapaciteit, bepalen de mate waarin het warmte kan opnemen en afgeven. Een koudemiddel met een hoge verdampingssnelheid en een hoge warmtecapaciteit is bijvoorbeeld geschikt voor systemen die snel reageren op temperatuurveranderingen of die werken bij extreme temperaturen.

Types van Koelvloeistoffen en Hun Toepassingen

Er zijn verschillende typen koudemiddelen die in warmtepompen worden gebruikt, elk met hun eigen eigenschappen en toepassingsgebieden. Hieronder volgt een overzicht van de meest voorkomende soorten:

1. Fluorkoolwaterstoffen (F-gassen)

Deze stoffen zijn synthetische koudemiddelen die vaak worden gebruikt in warmtepompen. Ze hebben goede thermodynamische eigenschappen en zijn compatibel met meeste warmtepompcomponenten. Voorbeelden zijn:

R32: Een koudemiddel met een relatief lage GWP en goede thermische prestaties. Het wordt vaak gebruikt in split-systemen en warmtepompen.
R410A: Een mengsel van R32 en R125. Het is niet schadelijk voor de ozonlaag en heeft goede warmtewisselingscapaciteit.
R290 (propane): Een natuurlijke koudemiddel met een zeer lage GWP. Het is brandbaar, wat beperkt toepassingsgebieden, maar het wordt vaak gebruikt in kleine systemen.

2. Koolstofdioxide (CO₂, R744)

CO₂ is een natuurlijke koudemiddel dat steeds vaker wordt ingezet in warmtepompen. Het heeft een uiterst lage GWP en is duurzaam. Echter, het vereist hoge drukten in het systeem, wat technische uitdagingen met zich meebrengt. CO₂ is geschikt voor systemen die werken bij hoge temperaturen en grote vermogens, zoals industriële toepassingen of grote verwarmingsinstallaties.

3. Ammoniak (R717)

Ammoniak is een andere natuurlijke koudemiddel met uitstekende thermodynamische eigenschappen. Het is echter giftig en gevaarlijk bij lekken, wat het vooral geschikt maakt voor industriële toepassingen in gecontroleerde omgevingen.

4. Amines en andere alternatieven

Nieuwe koudemiddelen op basis van amines of andere stoffen worden onderzocht voor gebruik in warmtepompen. Deze stoffen hebben het potentieel om milieuvriendelijker en efficiënter te zijn, maar ze zijn nog niet wijdverspreid in de markt.

Invloed van de Keuze van Koelvloeistof op de Werking van Warmtepompen

De keuze van het koudemiddel heeft directe gevolgen voor de werking van de warmtepomp. Hieronder worden enkele van de belangrijkste aspecten besproken:

1. Rendement en energiebesparing

Het rendement van een warmtepomp wordt sterk beïnvloed door de eigenschappen van het koudemiddel. Een koudemiddel met een laag kookpunt en hoge warmtecapaciteit kan bijvoorbeeld efficiënter werken bij lage omgevingstemperaturen, wat resulteert in een hogere COP. In bron [5] wordt verder uitgelegd dat de efficiëntie wordt bepaald door het verschil tussen de warmtebron en de aanvoertemperatuur. Een koudemiddel dat snel kan reageren op deze temperaturen, draagt bij aan een hoger rendement.

2. Werking bij lage temperaturen

Bij zeer lage omgevingstemperaturen, zoals in de winter, kan het koudemiddel extra uitdagingen opleveren. In bron [2] wordt beschreven dat het koudemiddel verdampt bij ongeveer -20°C, wat betekent dat het warmtepomp kan werken zolang het niet onder -20°C komt. Echter, bij temperaturen lager dan dat, kan de warmteopname verminderen, wat het rendement negatief beïnvloedt. In zo’n geval kunnen hybride systemen worden overwogen, waarin een warmtepomp samenwerkt met een conventionele verwarmingsinstallatie.

3. Invloed op het verwarmingssysteem

De keuze van het koudemiddel heeft ook invloed op het type verwarmingssysteem dat wordt gebruikt. Warmtepompen die werken met koudemiddelen die efficiënter zijn bij lage aanvoertemperaturen, zijn het beste te combineren met vloerverwarming of lage-temperatuur-radiatoren. In tegenstelling daarmee, warmtepompen met koudemiddelen die werken bij hogere temperaturen, kunnen worden gebruikt met conventionele radiatoren.

4. Milieugevolgen

De keuze van het koudemiddel heeft ook directe gevolgen voor het milieu. Koudemiddelen met een hoge GWP kunnen schadelijk zijn voor de klimaatverandering. Daarom wordt er steeds meer aandacht besteed aan milieuvriendelijke alternatieven, zoals CO₂ of R32. In bron [3] wordt verder uitgelegd dat warmtepompen energiezuinig en milieuvriendelijk zijn, maar dat de keuze van het koudemiddel een grote rol speelt in het totale milieueffect.

Conclusie

Koelvloeistoffen vormen een essentieel onderdeel van de werking van warmtepompen. Het koudemiddel speelt een centrale rol in het warmteoverdrachtsproces en bepaalt mede de efficiëntie van het systeem. De eigenschappen van het koudemiddel, zoals kookpunt, thermodynamische prestaties en milieuaspecten, bepalen de werking van de warmtepomp. Door de juiste keuze van koudemiddel kan het rendement worden verhoogd, energie worden bespaard en het milieu effectiever worden beschermd.

In de praktijk zijn er verschillende soorten koudemiddelen beschikbaar, elk met hun eigen toepassingsgebieden en voordelen. Voor woningen met vloerverwarming of lage-temperatuur-radiatoren zijn koudemiddelen met een laag kookpunt en hoge warmtecapaciteit het meest geschikt. In industriële toepassingen of systemen die werken bij hoge temperaturen kan CO₂ of ammoniak beter functioneren.

De keuze van het koudemiddel heeft ook gevolgen voor het verwarmingssysteem en de werking van de warmtepomp bij lage temperaturen. Voor een efficiënte en duurzame oplossing is het belangrijk om zorgvuldig te kiezen voor een koudemiddel dat niet alleen technisch geschikt is, maar ook milieuvriendelijk en compatibel met het verwarmingssysteem.

Bronnen

vloeistof