Berekening en Werking van Water/Water Warmtepompen voor Verwarming en Koeling

Published by Redactie on september 29, 2025 | Category warmtepomp

In de huidige tijd waar duurzaamheid en energie-efficiëntie voorop staan, worden warmtepompen steeds vaker ingezet als duurzame alternatief voor traditionele verwarmingsinstallaties. In het bijzonder warmtepompen die gebruik maken van water als warmtebron, zoals brine/water warmtepompen of aardwarmtepompen, worden steeds populairder in woningen en bedrijfspanden. Deze systemen zijn niet alleen geschikt voor verwarming, maar ook voor water/water cooling, waarbij het systeem wordt gebruikt om ruimtes te koelen door warmte af te voeren naar een waterbron.

In dit artikel wordt een gedetailleerde inzicht gegeven in de werking van water/water warmtepompen, de technische berekeningen die vooraf gedaan moeten worden bij de installatie, en de voordelen en nadelen van deze systemen. Daarnaast wordt ingegaan op de invloed van de warmteafgiftesystemen, zoals vloerverwarming of radiatoren, op het rendement (COP en SCOP) van de warmtepomp.

Wat is een water/water warmtepomp?

Een water/water warmtepomp haalt warmte op uit een waterbron, zoals grondwater, oppervlaktewater (zoals een meer of kanaal), of een brinebron (glycol/water mengsel in een gesloten systeem), en zet deze om in bruikbare warmte voor verwarming of koeling. De warmtebron en het warmteafgiftesysteem zijn beide gebaseerd op water, vandaar de benaming water/water.

Deze warmtepompen kunnen zowel horizontaal als verticaal worden aangelegd, afhankelijk van de beschikbare grondoppervlakte en de diepte van de grondwaterbron. Bij een horizontale installatie worden buizen in horizontale lagen in de grond aangelegd, terwijl een verticale installatie diepere boren vereist.

Werking van een water/water warmtepomp

De werking van een water/water warmtepomp is gebaseerd op het principe van warmteoverdracht. In het geval van verwarming:

Warmteopname uit de bron: Een glycol/water mengsel wordt door een gesloten leiding in de grond of in oppervlaktewater geleid. Dit mengsel neemt warmte op uit de omgeving.
Verwarmingsproces in de warmtepomp: Het warme mengsel wordt door een warmtepomp geleid, waarin warmte wordt onttrokken en opgewaardeerd tot een hogere temperatuur.
Warmteafgifte: De opgewarmde vloeistof wordt door het warmteafgiftesysteem (zoals vloerverwarming of radiatoren) geleid, waarbij de warmte aan de ruimte wordt afgegeven.
Terugkeer naar de bron: Het afgekoelde mengsel wordt weer teruggepompt naar de grond of waterbron, waar het opnieuw warmte opneemt.

Bij koeling wordt het proces omgekeerd: warmte wordt onttrokken aan de ruimte en afgevoerd naar een koelwaterbron. Dit maakt water/water warmtepompen geschikt voor zowel verwarming als koeling, afhankelijk van de seizoenen en de toepassing.

Technische berekening van een water/water warmtepomp

De installatie van een water/water warmtepomp vereist een aantal essentiële berekeningen om zowel de capaciteit van het systeem als de energie-efficiëntie te bepalen. De belangrijkste parameters zijn:

Warmtebehoefte van het gebouw
Temperatuur van de bron en het afgiftesysteem
COP (Coefficient of Performance)
SCOP (Seasonal Coefficient of Performance)
Bronoppervlakte en diepte
Energieverbruik en CO₂-reductie

1. Warmtebehoefte van het gebouw

Voordat een warmtepomp kan worden ontworpen, moet de warmtebehoefte van het gebouw bepaald worden. Dit houdt in hoeveel warmte nodig is om de woning op de gewenste temperatuur te houden, afhankelijk van de isolatie, het glasoppervlak, de ventilatie, en andere factoren. Deze behoefte wordt meestal uitgedrukt in kW (kilowatt) of kWh per jaar.

Voor een woning met een goede isolatie is de warmtebehoefte lager dan bij een minder geïsoleerde woning. De warmtebehoefte bepaalt de grootte van de warmtepomp en het benodigde bronoppervlak.

2. Temperatuur van de bron en het afgiftesysteem

De temperatuur van de bron en het warmteafgiftesysteem beïnvloeden het rendement van de warmtepomp. De temperatuur van de bron (bijvoorbeeld grondwater of glycol/water mengsel) kan variëren, maar ligt meestal tussen 4°C en 12°C in Nederland. De temperatuur van het warmteafgiftesysteem bepaalt hoeveel warmte de warmtepomp moet opwaarderen.

Vloerverwarming: 20°C tot 35°C
Radiatoren (hoog temperatuur): 60°C tot 80°C

De hogere het temperatuurverschil, hoe lager de COP van de warmtepomp. Dit is een belangrijk aandachtspunt bij het ontwerp van het systeem.

3. COP en SCOP

De COP (Coefficient of Performance) is een maat voor het rendement van de warmtepomp. Het is de verhouding tussen de afgegeven warmte en het elektriciteitsverbruik.

COP = Afgegeven warmte (kW) / Elektriciteitsverbruik (kW)

Bijvoorbeeld: een COP van 5 betekent dat voor elke 1 kWh elektriciteit die verbruikt wordt, er 5 kWh warmte wordt afgegeven. Dit betekent dat 4 kWh uit de bron komt en 1 kWh uit elektriciteit.

De SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) is een jaarlijks gemiddelde COP-waarde, rekening houdend met de seizoensgebonden variatie in de warmtebehoefte en de temperatuur van de bron. De SCOP geeft een beter beeld van het jaarlijks rendement van de warmtepomp.

4. Bronoppervlakte en diepte

De benodigde oppervlakte of diepte van de warmtebron is afhankelijk van de warmtebehoefte van het gebouw en de temperatuur van de bron. Voor een horizontale installatie is een groter oppervlak nodig dan bij een verticale installatie.

Horizontale installatie: 100-150 m² per kW warmtebehoefte
Verticale installatie: 15-20 meter diepte per kW warmtebehoefte

De keuze voor horizontaal of verticaal hangt af van de beschikbare grondoppervlakte en de diepte waarop warmte beschikbaar is.

5. Energieverbruik en CO₂-reductie

Een water/water warmtepomp heeft een verminderd energieverbruik vergeleken met traditionele verwarmingsmethoden zoals een Cv-ketel of elektrische verwarming. Het rendement van de warmtepomp (COP) speelt hier een grote rol.

Elektrische Cv-ketel: COP ≈ 1
Elektrische verwarming: COP ≈ 1
Water/water warmtepomp: COP ≈ 5

Daardoor kan een water/water warmtepomp tot 80% minder elektriciteit verbruiken dan traditionele systemen. Bij gebruik van duurzame elektriciteit (zoals van zonnepanelen) kan er ook een aanzienlijke CO₂-reductie worden bereikt.

Invloed van warmteafgiftesystemen op COP en SCOP

Het warmteafgiftesysteem heeft een directe invloed op het rendement van de warmtepomp. De temperatuur van het afgegeven water bepaalt hoeveel warmte de warmtepomp moet opwaarderen, wat直接影响 de COP-waarde.

Vloerverwarming

Vloerverwarming is een laagtemperatuur verwarmingssysteem. De temperatuur van het water in de vloerbuizen ligt meestal tussen 20°C en 35°C. Dit betekent dat de warmtepomp minder energie moet investeren om het water op te warmen, waardoor de COP hoger is.

Voordeel: Hoger rendement
Nadelen: Vereist goede isolatie van het bouwvolume en een groter oppervlak voor warmteafgifte

Radiatoren (hoog temperatuur)

Radiatoren vereisen een hogere water-temperatuur, meestal tussen 60°C en 80°C. Dit betekent dat de warmtepomp meer energie moet investeren om het water op te warmen, wat resulteert in een lagere COP.

Voordeel: Snellere warmteafgifte
Nadelen: Lagere efficiëntie, hoger energieverbruik

Koppeling met het warmteafgiftesysteem

Bij de installatie van een water/water warmtepomp moet zorgvuldig gekozen worden voor het warmteafgiftesysteem. Voor een optimale COP is vloerverwarming aan te raden. Echter, in woningen waar radiatoren zijn geïnstalleerd, kan de warmtepomp nog steeds efficiënt werken, mits de warmtebehoefte goed wordt berekend.

Water/water cooling: Koelen met warmtepomp

Naast verwarming kan een water/water warmtepomp ook worden gebruikt voor koeling, vooral in gebouwen met hoge koelbehoefte, zoals kantoren of bedrijven. In dit geval fungeert de warmtepomp als koelinstallatie, waarbij warmte wordt onttrokken aan de ruimte en afgevoerd naar een waterbron.

De werking is vergelijkbaar met verwarming, maar dan in omgekeerde richting. De warmtepomp zet de warmte die wordt opgenomen uit de ruimte om in een koelend effect. Het afgevoerde warmte wordt dan afgevoerd naar een koelwaterbron, zoals een diep gelegen waterreservoir of een kanaal.

Voordelen van water/water cooling

Duurzame koeltechnologie
Lage energiekosten
Geen gebruik van fluorhoudende koudemiddelen
Lage CO₂-uitstoot

Invloed van glycol op het systeem

In een water/water warmtepomp wordt vaak gebruik gemaakt van een glycol/water mengsel in het gesloten systeem. Glycol (antivries) voorkomt vriezende temperaturen in de leidingen, vooral in de wintermaanden.

Voordeel: Voorkomt bevroren leidingen
Nadelen: Glycol kan de warmteoverdracht iets verminderen

In het geval van een stroomend waterbron (zoals een rivier of kanaal) is het soms mogelijk om zonder glycol te werken, mits het water continu stroomt en de temperatuur boven de 0°C blijft. Echter, in de praktijk wordt glycol vaak toegevoegd voor extra zekerheid.

Samenvatting van voordelen en nadelen

Voordelen van een water/water warmtepomp:

Zuiverend rendement (COP tot 5)
Duurzame energiebron
Laag energieverbruik
Meer dan 80% CO₂-reductie ten opzichte van elektrische verwarming
Gebruik als verwarming en koeling
Lange levensduur van het systeem (20+ jaar)

Nadelen van een water/water warmtepomp:

Hoog investeringsbedrag
Aanleg van bron (grond of water) vereist
Vereist goede isolatie voor efficiënt gebruik
Voorraad warm water nodig voor sanitaire toepassingen

Conclusie

Water/water warmtepompen zijn een duurzame en energie-efficiënte oplossing voor het verwarmen en koelen van woningen en bedrijven. Het rendement van deze systemen wordt bepaald door de temperatuur van de bron, het afgiftesysteem, en de isolation van het gebouw. Een correcte berekening van de warmtebehoefte en het ontwerp van het bronoppervlak is essentieel voor een optimaal functionerend systeem.

Voor maximale efficiëntie is vloerverwarming aan te raden, gezien het lagere eindtemperatuur vereist. Bovendien kan het systeem ook worden gebruikt voor koeling, wat het een multifunctioneel alternatief maakt voor traditionele verwarmings- en koelinstallaties.

De toevoeging van glycol in het gesloten systeem is essentieel om vriezende temperaturen te voorkomen, hoewel het een kleine invloed kan hebben op de warmteoverdracht. In stroomende waterbronnen kan soms zonder glycol gewerkt worden, maar dit vereist een zorgvuldige evaluatie.

In de huidige tijd, waar duurzaamheid en energie-efficiëntie steeds belangrijker worden, is een water/water warmtepomp een aantrekkelijke optie voor zowel woningbouw als commerciële gebouwen. Door een goed ontwerp, berekening en installatie, kan men profiteren van een efficiënte verwarmings- en koelinstallatie met een langere levensduur en lage operationele kosten.