Werking van Warmtepompen in Elektrische Auto’s: Uitleg en Technische Aspecten

Published by Redactie on september 28, 2025 | Category warmtepomp

Een warmtepomp speelt een cruciale rol in de thermische beheersing van elektrische voertuigen, zoals de Volkswagen e-Golf. Deze technologie is niet alleen toepasbaar in woningen of bij verwarmingssystemen, maar ook in de automotive sector. In dit artikel wordt ingegaan op de werking van warmtepompen in elektrische auto’s, met een focus op de technische principes, het gebruik van koudemiddelen en de voordelen die deze systemen bieden. De informatie is gebaseerd op de beschikbare gegevens en bevat uitleg over de cyclus van een warmtepomp, de invloed van buitentemperatuur en de rol van de COP (Coefficient of Performance).

Principe van Werking van een Warmtepomp

Basisprincipe

Een warmtepomp is een systeem dat warmte overbrengt van een koele naar een warme plek. In het geval van elektrische auto’s zoals de Volkswagen e-Golf, is de warmtepomp verantwoordelijk voor het opwekken van warmte in de winter en het afkoelen in de zomer. Deze technologie is een geavanceerde vorm van airco en verwarming in één.

De werking van een warmtepomp berust op een cyclus waarin een koudemiddel verdampt en condenseert. Dit proces maakt het mogelijk om warmte uit de omgeving (bijvoorbeeld lucht of aarde) op te nemen en deze te verplaatsen naar een gewenste locatie (bijvoorbeeld het klimaat van de passagiersruimte van een auto). De cyclus kan als volgt worden beschreven:

Warmteopname: De warmtepomp onttrekt warmte uit de omgeving via een verdamper. Dit kan lucht, water of grond zijn.
Verdamping en compressie: Het koudemiddel verdampt en wordt daarna met een compressor samengeperst, waardoor de temperatuur en druk stijgen.
Warmteafgifte: De hete damp geeft zijn warmte af in een condensor, bijvoorbeeld aan een verwarmingssysteem of een zwembad.
Expansie en cyclusherhaling: Het koudemiddel wordt door een expansieventiel afgekoeld en de cyclus begint opnieuw.

Deze cyclus is vergelijkbaar met die in verwarmingssystemen voor huizen en zwembaden, maar op een kleinere schaal en afgestemd op de specifieke eisen van een auto.

COP (Coefficient of Performance)

Een belangrijk maatstaf voor de efficiëntie van een warmtepomp is de COP (Coefficient of Performance). Deze waarde geeft aan hoeveel warmte de pomp genereert voor elke kWh elektriciteit die wordt verbruikt. Hoe hoger de COP, hoe efficiënter de warmtepomp is.

Bijvoorbeeld, bij een buitentemperatuur van 26 °C kan een warmtepomp van EXIT Toys een COP van tot wel 6,5 bereiken. Dit betekent dat bij elke ingezette kWh elektriciteit er 6,5 kWh aan warmte wordt opgewekt, met een warmtewinst van 5,5 kWh. Deze aanzienlijke energiebesparing maakt de warmtepomp een aantrekkelijke optie, zowel voor woningen als voor voertuigen.

De COP-waarde is echter afhankelijk van de buitentemperatuur. Hoe hoger de buitentemperatuur, hoe hoger de COP. Bij lagere temperaturen daalt de efficiëntie, wat ook duidelijk is te zien bij de toepassing van warmtepompen in elektrische auto’s.

Toepassing van Warmtepompen in de VW e-Golf

Traditioneel Koudemiddel

De basis-airco in de Volkswagen e-Golf-familie gebruikt R1234yf als koudemiddel. Dit is een traditioneel koudemiddel dat ook in veel andere airco-systemen wordt gebruikt. Het is een milieuvriendelijke keuze, omdat het een lage GWP (Global Warming Potential) heeft en daardoor minder schadelijk is voor het milieu.

Echter, sommige modellen van de VW e-Golf zijn uitgerust met een warmtepomp die gebruikmaakt van een ander koudemiddel: R744, ook bekend als CO2. Dit koudemiddel is bijzonder geschikt voor warmtepompen in elektrische auto’s vanwege zijn thermodynamische eigenschappen.

CO2 als Koudemiddel

Het gebruik van CO2 (R744) als koudemiddel in een warmtepomp biedt verschillende voordelen. CO2 heeft een zeer lage kookpunttemperatuur, wat betekent dat het relatief eenvoudig warmte uit de omgeving kan opnemen. Daarnaast heeft CO2 geen negatieve impact op de atmosfeer, omdat het een natuurlijk voorkomend gas is en geen potentieel schadelijke emissies produceert.

Het CO2-koudemiddel wordt in een gesloten systeem gebruikt, waarbij het door een compressor wordt samengeperst, waardoor de temperatuur en druk stijgen. Daarna wordt het gas in een platenwisselaar (condensor) gestuwd, waar het in aanraking komt met het koudere systeemwater. Tijdens dit proces wordt warmte overgedragen van het gas naar het water, waardoor het gas afkoelt en condenseert.

Na de condensor wordt het koudemiddel door een expansieventiel geleid, waarbij de druk afneemt en verdamping kan plaatsvinden in de volgende platenwisselaar (verdamper). Het verdampingsproces neemt energie op uit de omgeving (het bronwater wat aan de andere kant door de verdamper loopt). Vervolgens begint de compressor het gasvormig middel weer samen te persen, waardoor de cyclus zich herhaalt.

Waarom CO2?

De keuze voor CO2 als koudemiddel is niet willekeurig, maar is het resultaat van een zorgvuldige analyse van de thermische en milieu-eigenschappen van verschillende koudemiddelen. CO2 is een gevoelige keuze bij lage buitentemperaturen, waarbij traditionele koudemiddelen minder efficiënt werken. Omdat CO2 een hogere druk nodig heeft om warmte effectief over te dragen, is het systeem wat complexer, maar het biedt in ruimere temperatuurbanden een hogere COP dan traditionele middelen.

Daarnaast is CO2 volledig recyclebaar en heeft het geen negatieve invloed op de atmosfeer. Het is dus een duurzame keuze die goed aansluit bij de duurzame doelen van moderne elektrische voertuigen.

Bijkomende Werkingen en Toepassingen

Bivalent-parallelle en bivalent-alternatieve werking

Ook in de context van elektrische auto’s kan de werking van een warmtepomp worden aangevuld met andere warmtegeneratoren. In de meeste installaties wordt 80% van het benodigde warmtevermogen ingezet als warmtepompvermogen. Het aandeel van de jaarlijkse activiteit van de warmtepomp/compressor bedraagt dan ongeveer 97%, terwijl het elektrische element slechts 3% van het totale warmtevermogen levert.

In het geval van een bivalent-parallelle werking wordt de warmtepomp tijdens de verwarmingswerking aangevuld met een bijkomende warmtegenerator. In de praktijk betreft dit bijvoorbeeld een gasgestookte CV-ketel. Het verwarmingsvermogen van de warmtepomp wordt meestal met een Bétafactor tussen 0,4 en 0,7 (40% tot 70% van het benodigde totaal vermogen) ingezet. In de periode dat de warmtepomp zelf onvoldoende energie kan leveren, wordt dus een tweede warmtegenerator bijgeschakeld.

In het geval van een bivalent-alternatieve werking wordt de warmtepomp gebruikt voor een bepaalde periode, waarna geheel gewisseld wordt naar een andere warmtegenerator. Dit komt bijvoorbeeld voor bij lucht/water warmtepompen. Bij buitentemperaturen onder een bepaalde drempelwaarde (bijvoorbeeld 6 °C) kan een HR aardgasketel efficiënter zijn dan een lucht/water warmtepomp. In dat geval wordt de warmtegenerator automatisch aangeschakeld.

R+ (Renewable + / Regeneration +)

Alle genoemde inzetmethoden kunnen worden aangevuld met R+ (Renewable + / Regeneration +), wat inhoudt dat het systeem wordt uitgebreid met duurzame energiebronnen of regeneratieprocessen. Dit kan bijvoorbeeld het gebruik van zonne-energie of warmteopslag zijn, waardoor de warmtepomp nog efficiënter en duurzamer werkt.

Aandachtspunten bij het Gebruik van Warmtepompen in Auto’s

Net zoals bij warmtepompen in woningen of zwembaden, zijn er ook bij warmtepompen in auto’s enkele aandachtspunten die het belangrijk zijn om te kennen.

1. Efficiëntie bij lage temperaturen

Bij lage buitentemperaturen daalt de efficiëntie van de warmtepomp, wat betekent dat het verbruik van elektriciteit toeneemt. Dit heeft een directe impact op de rijafstand van de elektrische auto. In dit geval kan het noodzakelijk zijn om een alternatief verwarmingssysteem bij te schakelen, zoals een elektrische verwarming of een bijkomende warmtegenerator.

2. Koudemiddelverlies

Het verlies van koudemiddel is een probleem dat optreedt bij zowel woningen als auto’s. In de context van auto’s kan dit leiden tot een verminderde efficiëntie of zelfs tot het falen van het warmtepompsysteem. Het is daarom belangrijk om regelmatig te controleren of het systeem lek is.

3. Onderhoud

Hoewel warmtepompen in auto’s relatief weinig onderhoud nodig hebben, is het toch belangrijk om het systeem regelmatig te controleren. Dit geldt vooral voor de filterwatten en de luchtkanalen, die eventueel verstopt kunnen raken of smerig kunnen worden.

4. Aanpassing aan omgeving

Het is belangrijk om rekening te houden met de specifieke omgeving waarin de auto wordt gebruikt. Bijvoorbeeld, in regio’s met zeer lage wintertemperaturen is het mogelijk dat een warmtepomp minder efficiënt werkt en het noodzakelijk is om het systeem aan te passen of aanvullende verwarming te gebruiken.

Voordelen van Warmtepompen in Elektrische Auto’s

1. Energiebesparing

Een warmtepomp is een efficiënt systeem dat energie bespaart. In vergelijking met traditionele verwarmingssystemen, zoals elektrische verwarming of gasgestookte verwarming, verbruikt een warmtepomp minder energie om dezelfde hoeveelheid warmte op te wekken. Dit resulteert in een verlenging van de rijafstand van de auto.

2. Milieuvoordeel

Het gebruik van een warmtepomp in elektrische auto’s is ook een milieuvriendelijke keuze. Omdat de warmtepomp geen fossiele brandstoffen gebruikt en geen schadelijke emissies produceert, draagt het bij aan de duurzame doelen van elektrische voertuigen.

3. Comfort

Een warmtepomp zorgt voor een hogere comfortniveau in de passagiersruimte. Het systeem kan zowel verwarming als afkoeling leveren, afhankelijk van de omgevingstemperatuur. Dit maakt het mogelijk om in alle weersomstandigheden comfortabel te reizen.

4. Duurzame uitbreidingen

Sommige warmtepompen kunnen uitgebreid worden met printplaten of extra circuits. Bijvoorbeeld een uitbreidingsprintplaat voor een regelaar zoals de Luxtronic 2.1 kan twee extra mengcircuits toevoegen en ondersteuning bieden voor zonne-energie en comfortkoeling. Deze uitbreidingen maken het mogelijk om het systeem aan te passen aan de specifieke eisen van de gebruiker.

Conclusie

De werking van warmtepompen in elektrische auto’s, zoals de Volkswagen e-Golf, is een complex maar efficiënt proces dat gebaseerd is op het principieel verplaatsen van warmte. Door het gebruik van CO2 als koudemiddel en het combineren van verschillende inzetmethoden, zoals bivalent-parallelle en bivalent-alternatieve werking, is het mogelijk om een warmtepomp te gebruiken die efficiënt, duurzaam en comfortabel is.

Hoewel er enkele aandachtspunten zijn, zoals de efficiëntie bij lage temperaturen en het noodzakelijke onderhoud, is de warmtepomp een waardevolle technologie voor elektrische voertuigen. Het draagt bij aan het verlengen van de rijafstand, het verlagen van het energieverbruik en het bieden van een hogere comfortniveau voor de gebruiker.

Bronnen

werken
golf