Welke vloeistof zit er in een warmtepomp: Uitleg over koudemiddelen en glycol

De keuze van vloeistof in een warmtepomp speelt een cruciale rol in het functioneren en rendement van het systeem. In dit artikel wordt nader ingegaan op de vloeistoffen die gebruikt worden in warmtepompsystemen, met een focus op glycol, koudemiddelen en hun toepassing. We behandelen de technische achtergrond, toepassingsgebieden, voordelen en eventuele nadelen. Hierbij wordt uitsluitend gebruikgemaakt van informatie uit betrouwbare bronnen.

Inleiding

Een warmtepomp maakt gebruik van vloeistoffen om warmte te onttrekken aan de omgeving en deze om te zetten in bruikbare warmte voor verwarming en warm water. De vloeistoffen die in een warmtepomp worden gebruikt, zijn meestal glycol en koudemiddelen. Deze vloeistoffen zijn essentieel voor het functioneren van het systeem, omdat ze ervoor zorgen dat de warmteoverdracht vlekkeloos verloopt en bevroren systemen worden voorkomen. In dit artikel zullen we de werking en eigenschappen van deze vloeistoffen toelichten, gebaseerd op de beschikbare informatie.

Wat is glycol en waarvoor wordt het gebruikt in een warmtepomp?

Glycol is een antivriesmiddel dat vaak in combinatie met water wordt gebruikt in warmtepompsystemen. Er zijn twee soorten glycol die in dit verband worden genoemd: Mono Ethyleen Glycol (MEG) en Mono Propyleen Glycol (MPG). In de meeste gevallen wordt MEG het meest toegepast.

De voornaamste reden voor het gebruik van glycol in een warmtepomp is het voorkomen van ijsvorming in het bronsysteem. Glycol verlaagt het vriespunt van het water in het systeem, waardoor de warmtepomp niet bevroren raakt in koud weer. Een bevroren warmtewisselaar kan namelijk ernstige schade aan het systeem veroorzaken en het rendement van de warmtepomp negatief beïnvloeden.

De glycol-oplossing vormt de basis van het bronsysteem en wordt vooral gebruikt in bodem- of waterbronnen van warmtepompen. In een lucht-water warmtepomp is glycol minder essentieel, omdat de bron direct lucht is, wat niet bevriest. Toch kan glycol ook worden toegevoegd aan het systeem om extra bescherming te bieden.

Een belangrijk nadeel van glycol is dat het het rendement van de warmtepomp iets verlaagt. Glycol heeft namelijk een lagere warmtegeleiding dan puur water, wat betekent dat er iets meer energie nodig is om dezelfde hoeveelheid warmte over te dragen. Desalniettemin is dit nadeel overwogen door de voordelen van bevroren systemen voorkomen.

De verhouding van glycol in het systeem is afhankelijk van de omgevingstemperatuur. In regio's met lage temperaturen kan een hogere glycolconcentratie nodig zijn, terwijl in milde klimaten een lage concentratie voldoende is. Het is belangrijk dat de juiste verhouding wordt aangebracht, meestal door de leverancier van de warmtepomp of een professional.

Wat zijn koudemiddelen en hoe werken ze in een warmtepomp?

Naast glycol worden ook koudemiddelen gebruikt in een warmtepomp. Deze vloeistoffen vormen de basis van het kringloopproces dat zorgt voor de warmteoverdracht. Een warmtepomp gebruikt een koudemiddel met een laag kookpunt, waardoor het gemakkelijk kan koken en verdampen bij lage temperaturen.

Het koudemiddel stroomt door verschillende onderdelen van de warmtepomp, zoals de verdamper, compressor, condensor en expansieventiel. In de verdamper neemt het koudemiddel warmte op uit de omgeving (bijvoorbeeld lucht, grond of water), waarna het in gasvorm verandert. Deze gasvormige warmte wordt vervolgens door de compressor samengeperst, waardoor de temperatuur toeneemt. Het hete gas wordt daarna in de condensor geleid, waar het warmte afstaat aan het verwarmingswater. Vervolgens wordt het koudemiddel door het expansieventiel geleid, waar het drukverlies leidt tot verdamping en het kringloopproces opnieuw begint.

In sommige warmtepompen wordt CO2 gebruikt als koudemiddel. Dit is een alternatief voor traditionele koudemiddelen en heeft het voordeel dat het minder schadelijk is voor de omgeving. CO2 heeft echter ook beperkingen, zoals hogere drukverhoudingen, wat impliceert dat het systeem robuuster moet zijn.

Werking van glycol en koudemiddelen in het bronsysteem

Het bronsysteem van een warmtepomp kan verschillende vormen aannemen, afhankelijk van het type warmtepomp. In de meeste gevallen is het systeem een gesloten kring waarin glycol of water met glycol stroomt. Deze vloeistof onttrekt warmte aan de omgeving, bijvoorbeeld de bodem of het grondwater.

In een aardwarmtepomp, wordt een buis in de bodem geplaatst, waarin glycol of een glycol-watermengsel stroomt. Deze buis onttrekt warmte aan de aarde, die door de zon wordt verwarmd. Op een diepte van ongeveer vijftig meter heeft de aarde een constante temperatuur van ongeveer 10°C. Deze warmte wordt door de glycol-oplossing opgepikt en via een verdamper in de warmtepomp geleid. Daar wordt de warmte via een compressor verder opgewarmd, waarna het geschikt is voor verwarming of warm water.

In een lucht-water warmtepomp wordt de warmte uit de omgevingslucht onttrokken. Ook hier wordt vaak glycol gebruikt in het bronsysteem, vooral als de bron ver verwijderd is van de warmtepomp zelf. De glycol-oplossing transporteert de opgevangen warmte naar de verdamper in de warmtepomp.

In een hybride warmtepomp werkt een combinatie van een lucht-water warmtepomp en een cv-ketel. Ook hier kan glycol worden gebruikt in het bronsysteem van de warmtepomp, afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de gewenste bescherming tegen bevriezen.

Voordelen van glycol in warmtepompsystemen

• Bescherming tegen bevriezen: Glycol verlaagt het vriespunt van het bronsysteem, waardoor bevroren warmtewisselaars worden voorkomen.
• Stabiele werking in koud weer: Door de aanwezigheid van glycol kan een warmtepomp effectief blijven werken in lage temperaturen.
• Lange levensduur: Glycol is een stabiele vloeistof die niet snel bederft of verontreinigt, waardoor het systeem langer meegaat.
• Toepasbaar in diverse systemen: Glycol kan worden gebruikt in zowel bodem- als waterbronnen en in combinatie met verschillende soorten warmtepompen.

Nadelen van glycol in warmtepompsystemen

• Lagere warmtegeleiding: Glycol heeft een lagere warmtegeleiding dan puur water, wat het rendement van de warmtepomp iets verlaagt.
• Hogere viscositeit: Glycol is dikkiger dan water, wat kan leiden tot grotere drukverliezen in het systeem en dus meer energieverbruik.
• Toxisch: Mono Ethyleen Glycol is giftig bij inname en vereist daarom zorgvuldig afhandeling en opslag. Mono Propyleen Glycol is minder toxisch, maar is ook niet volledig onschuldig.
• Hogere kosten: Glycol is duurder dan puur water, wat de initiele investering in het systeem kan verhogen.

Glycolconcentratie en temperatuur

De glycolconcentratie in een warmtepompsysteem is afhankelijk van de omgevingstemperatuur. In milde klimaten is een lage glycolconcentratie meestal voldoende, terwijl in strengere winters een hogere concentratie noodzakelijk is. De juiste concentratie moet worden bepaald door een professional, aangezien een te hoge glycolconcentratie het rendement verder kan verminderen en een te lage concentratie het systeem bevroren kan raken.

De meest voorkomende glycolconcentraties zijn:

• 10% glycol: geschikt voor temperaturen boven 0°C.
• 20% glycol: geschikt voor temperaturen tot -5°C.
• 30% glycol: geschikt voor temperaturen tot -10°C.
• 40% glycol: geschikt voor temperaturen tot -15°C.
• 50% glycol: geschikt voor temperaturen tot -20°C.

Het is belangrijk om de glycolconcentratie regelmatig te controleren en eventueel aan te passen als de omstandigheden veranderen. Een te laag glycolgehalte kan leiden tot bevroren systemen, terwijl een te hoog glycolgehalte het rendement van de warmtepomp verder vermindert.

Toekomstige ontwikkelingen in koudemiddelen en glycol

De warmtepompindustrie is zich bewust van de beperkingen van traditionele glycol-oplossingen en koudemiddelen. Daarom wordt onderzoek gedaan naar alternatieven die efficiënter zijn en minder schadelijk voor de omgeving. Een voorbeeld is het gebruik van natuurlijke koudemiddelen, zoals CO2, die minder schadelijk zijn voor de ozonlaag en een lager klimaatimpact hebben.

Bovendien wordt er gewerkt aan glycol-mixen die een hogere warmtegeleiding bieden, waardoor het rendement van de warmtepomp verbeterd kan worden. Onderzoekers proberen ook om de viscositeit van glycol te verminderen, zodat het beter door het systeem kan stromen en het energieverbruik daarmee lager wordt.

Hoewel deze ontwikkelingen nog in een vroege fase zijn, tonen ze het potentieel om de huidige systemen te verbeteren en de toekomst van warmtepompen duurzamer te maken.

Kort overzicht: Vloeistoffen in verschillende warmtepompmodellen

Hieronder volgt een overzicht van de vloeistoffen die worden gebruikt in verschillende soorten warmtepompen:

Kosteneffecten van glycol in warmtepompsystemen

Het gebruik van glycol in een warmtepompsysteem heeft zowel directe als indirecte kosteneffecten. De initiele investering in glycol is hoger dan in puur water, maar deze wordt vaak gecompenseerd door de voorkoming van bevroren systemen en het verminderen van onderhoudskosten. Een bevroren warmtewisselaar kan leiden tot duurdere reparaties of zelfs tot vervanging van onderdelen.

Daarnaast heeft glycol een licht negatief effect op het rendement van de warmtepomp, wat kan leiden tot iets hogere stroomkosten. De impact is echter meestal klein en wordt gecompenseerd door het feit dat glycol het systeem betrouwbaarder maakt in koud weer.

Milieuaspecten van glycol en koudemiddelen

De productie en toepassing van glycol en koudemiddelen hebben ook milieuaspecten. Glycol is een chemische stof die, indien verkeerd afgelopen of verwerkt, schadelijk kan zijn voor het milieu. Het is daarom belangrijk dat glycol wordt gebruikt in gesloten systemen en dat eventueel verlies wordt voorkomen of correct afgevoerd.

Koudemiddelen, vooral traditionele soorten, kunnen schadelijk zijn voor de ozonlaag of een hoge klimaatimpact hebben. Daarom worden in de warmtepompindustrie steeds meer eco-vriendelijke koudemiddelen gebruikt, zoals CO2 of R32, die minder schadelijk zijn.

Conclusie

De vloeistoffen die in een warmtepomp worden gebruikt, zoals glycol en koudemiddelen, spelen een essentiële rol in het functioneren en rendement van het systeem. Glycol wordt vooral gebruikt om het bronsysteem te beschermen tegen bevriezen en warmte te transporteren van de bron naar de warmtepomp. Koudemiddelen zorgen voor de warmteoverdracht in het kringloopproces en zijn essentieel voor de werking van de compressor, condensor en verdamper.

De keuze van glycolconcentratie en het type koudemiddel is afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de toepassing van de warmtepomp. Terwijl glycol het systeem robuuster maakt, heeft het ook een licht negatief effect op het rendement. Toekomstige ontwikkelingen richt zich op het verbeteren van deze vloeistoffen, zodat warmtepompen efficiënter en duurzamer worden.

Bronnen

1. Warmtepomp-gids.nl - Werking van de warmtepomp
2. Warmtepomp-info.nl - Technische informatie
3. Duurzaamheidsvergelijker.nl - Werking van de warmtepomp
4. Anders-verwarmen.nl - Glycol in warmtepompen
5. Milieucentraal.nl - Warmtepomp en duurzaam verwarmen
6. Viessmann.nl - Werking van lucht/water-warmtepompen