All-electric warmtepompen: het Carnot principe toegelicht voor duurzame verwarming

Published by Redactie on september 29, 2025 | Category warmtepomp

Inleiding

De all-electric warmtepomp is een steeds populaardere keuze in de woningbouwsector voor duurzame verwarming. Deze warmtepomp werkt volledig op elektriciteit en maakt gebruik van het Carnot principe om warmte te verplaatsen van een bron met lage temperatuur naar een bron met hoge temperatuur. Het rendement van deze technologie maakt het geschikt voor goed geïsoleerde woningen en is een duurzame alternatief voor conventionele verwarmingsystemen. In dit artikel wordt het Carnot principe in het kader van warmtepompen nader toegelicht, evenals de werking van all-electric warmtepompen, hun voordelen en beperkingen, en de technische principes die deze systemen onderbouwen. Het artikel richt zich specifiek op informatie die beschikbaar is uit de contextdocumenten van Pasma Installatietechniek, WarmtePomp-Weetjes.nl, en WarmtePomp-Tips.nl.

Het Carnot principe in warmtepompen

Het Carnot principe is een fundamenteel concept in thermodynamica, dat beschrijft hoe warmte kan worden overgedragen van een lage-temperatuurbron naar een hoge-temperatuurbron, gebruikmakend van een cyclisch proces. In de context van warmtepompen wordt het principe toegepast om warmte uit de omgeving (zoals buitenlucht, aardbodem of grondwater) op te tillen naar een hogere temperatuur die geschikt is voor woningverwarming.

De warmtepomp haalt warmte uit de omgeving en comprimeert deze via een compressor. Het warme medium, dat nu een hogere temperatuur heeft, wordt afgegeven aan een boiler of direct gebruikt voor verwarming in de woning. Het proces volgt een gesloten kringloop en is een toepassing van de Carnot-cyclus. De Carnot-cyclus bestaat uit vier stappen: compressie, condensatie, expansie en verdamping. In de praktijk wordt dit principe toegepast in all-electric warmtepompen die op elektriciteit werken en geen fossiele brandstoffen gebruiken.

Werking van een all-electric warmtepomp

Een all-electric warmtepomp werkt volledig op elektriciteit. Het systeem haalt warmte uit de buitenlucht, de aardbodem of het grondwater, comprimeert deze via een compressor en levert het op in een boiler of direct in de woning. Deze warmtepomp is geschikt voor woningen met een goede isolatie, omdat de warmte die de pomp levert, voldoende moet zijn om de woning te verwarmen, zelfs op koude dagen.

De boiler kan verschillende capaciteiten hebben, zoals 170 liter, 200 liter of 300 liter, afhankelijk van de behoefte aan warm water. Het warme water uit de boiler wordt vervolgens gebruikt voor verwarming en sanitair gebruik.

Kringloopproces

Het kringloopproces van een warmtepomp omvat vier hoofdfasen:

Verdamping: In deze fase neemt het koudemiddel warmte op uit de omgeving, waarbij het van vloeistof naar gas verandert.
Compressie: Het gasvormige koudemiddel wordt gecomprimeerd, waardoor de temperatuur en druk stijgen.
Condensatie: Het warme gas geeft warmte af aan de woning of boiler, waarbij het weer vloeistof wordt.
Expansie: Het vloeistofvormige koudemiddel wordt afgekoeld en wordt gerecycleerd in de verdampingfase.

Deze cyclus is continu en efficiënt, aangezien het systeem weinig energie verbruikt om de warmte te comprimeren en over te dragen.

Voordelen van all-electric warmtepompen

All-electric warmtepompen bieden verschillende voordelen voor eigenaren en professionals in de bouwsector:

Duurzaamheid: Omdat deze warmtepompen volledig op elektriciteit werken, is er geen gebruik van fossiele brandstoffen. Dit maakt het systeem zeer duurzaam, vooral wanneer de elektriciteit afkomstig is uit hernieuwbare bronnen.
Laag onderhoud: De warmtepomp vereist weinig onderhoud. Een jaarlijkse inspectie door een erkend installateur is voldoende. Tijdens deze inspectie worden de filters vervangen en wordt het systeem gereinigd.
Efficiëntie: De Carnot-cyclus zorgt voor een hoge efficiëntie, waardoor de warmtepomp minder energie verbruikt dan conventionele verwarmingsystemen.
Flexibiliteit: All-electric warmtepompen kunnen worden aangesloten op verschillende warmtebronnen, zoals buitenlucht, aardbodem of grondwater, afhankelijk van de locatie en voorkeuren van de gebruiker.

Beperkingen van all-electric warmtepompen

Hoewel all-electric warmtepompen veel voordelen bieden, zijn er ook enkele beperkingen waarmee rekening moet worden gehouden:

Hoge aanschafkosten: All-electric warmtepompen zijn de duurste optie in de verwarmingsmarkt. De aanschafkosten zijn hoger dan bij conventionele systemen, zoals een gasfornuis of pelletkachel.
Afhankelijkheid van isolatie: Deze warmtepompen zijn meestal geschikt voor goed geïsoleerde woningen. In slecht geïsoleerde woningen is het moeilijker om voldoende warmte te genereren, vooral op koude dagen.
Energieverbruik: Hoewel de warmtepomp efficiënt werkt, is er toch een aanzienlijk elektriciteitsverbruik. Het is belangrijk om zoveel mogelijk duurzame energie te gebruiken om de CO₂-uitstoot te beperken.

Technische principes van warmtepompen

Om de werking van warmtepompen goed te begrijpen, is het belangrijk om enkele technische principes te begrijpen, zoals verdamping, condensatie, compressie en expansie. Deze principes zijn ook van toepassing in koeltechniek en worden vaak gebruikt in koelkasten.

Verdamping

Verdamping is het proces waarbij een vloeistof wordt omgezet in gas. Tijdens dit proces wordt warmte opgenomen uit de omgeving. In het geval van een warmtepomp wordt het koudemiddel verdampt in de verdampingfase, waarbij het warmte opneemt uit de buitenlucht of grondwater. De verdamping zorgt ervoor dat het koudemiddel in gasvorm verandert en klaar is voor de volgende fase.

Condensatie

Condensatie is het proces waarbij gas wordt omgezet in vloeistof. In deze fase geeft het koudemiddel warmte af aan de woning of boiler. Het gascondensatieproces is essentieel voor de warmteafgifte en zorgt ervoor dat de gewenste temperatuur in de woning wordt behaald.

Compressie

Compressie is het proces waarbij het gasvormige koudemiddel wordt gecomprimeerd, waardoor de temperatuur en druk stijgen. In de compressiefase wordt de warmte opgetild naar een hogere temperatuur, waardoor het geschikt wordt voor verwarming.

Expansie

In de expansiefase wordt het vloeistofvormige koudemiddel afgekoeld en wordt het gerecycleerd in de verdampingfase. Het expansieproces is essentieel voor de efficiëntie van de warmtepomp, omdat het ervoor zorgt dat het koudemiddel continu wordt gerecycleerd in de kringloop.

Koudemiddelen in warmtepompen

Een belangrijk aspect van warmtepompen is het gebruik van koudemiddelen. In all-electric warmtepompen worden meestal koudemiddelen zoals R407C en R410A gebruikt. Deze koudemiddelen zijn synthetische stoffen die efficiënt warmte kunnen overdragen. In de nabije toekomst wordt er verwacht dat er een shift komt naar natuurlijke koudemiddelen, zoals propaan (R290), die minder schadelijk zijn voor de omgeving.

Propaan (R290)

Propaan is een natuurlijk koudemiddel dat wordt gebruikt in sommige koelkasten en warmtepompen. Het heeft een lage CO₂-uitstoot en is duurzamer dan synthetische koudemiddelen. Echter, propaan is brandbaar, wat extra veiligheidsmaatregelen vereist.

Rendement van warmtepompen

Het rendement van een warmtepomp wordt vaak uitgedrukt in COP (Coefficient of Performance). De COP geeft het verhouding aan tussen het aantal kilowattuur aan warmte die de warmtepomp levert en het aantal kilowattuur aan elektriciteit dat het verbruikt.

Een COP van 4 betekent bijvoorbeeld dat voor elke 1 kWh elektriciteit dat de warmtepomp gebruikt, er 4 kWh warmte wordt opgewekt. Dit maakt warmtepompen zeer efficiënt vergeleken met conventionele verwarmingsystemen.

De COP kan variëren afhankelijk van de omgevingstemperatuur, de isolatie van de woning en de efficiëntie van de compressor. In koude omstandigheden kan de COP dalen, terwijl het in warme omstandigheden hoger kan liggen.

Toepassing in de realiteit

All-electric warmtepompen zijn vooral geschikt voor woningen met een goede isolatie. In deze woningen is het mogelijk om de gewenste temperatuur te behouden met een relatief laag elektriciteitsverbruik. Voor woningen met een slechte isolatie is het aanbevolen om eerst investeringen in isolatie te doen voordat een warmtepomp wordt aangeschaft.

Voorbeelden

Een woning met een goede isolatie kan met een all-electric warmtepomp voldoende warmte genereren, zelfs op koude winterdagen. De warmte die de pomp levert is voldoende om de woning te verwarmen en warm water te leveren. In een slecht geïsoleerde woning is dit lastiger, omdat de warmte sneller verloren gaat en de pomp continu moet werken om de temperatuur te behouden.

Technische specificaties

Bij de aanschaf van een all-electric warmtepomp zijn er verschillende technische specificaties die moeten worden overwogen:

Capaciteit van de boiler: De keuze van een boiler met een geschikte capaciteit is belangrijk voor het comfort in de woning. Een 300-liter boiler is bijvoorbeeld geschikt voor een woning met meerdere badkamers of een grote huishouden.
Efficiëntie van de compressor: De efficiëntie van de compressor heeft een directe invloed op het rendement van de warmtepomp. Een compressor met een hoger rendement zorgt voor een hogere COP en een lager elektriciteitsverbruik.
Type koudemiddel: De keuze van het koudemiddel beïnvloedt de efficiëntie en duurzaamheid van de warmtepomp. Natuurlijke koudemiddelen zijn duurzamer, maar vereisen extra veiligheidsmaatregelen.

Conclusie

All-electric warmtepompen zijn een duurzame en efficiënte oplossing voor woningverwarming. Ze werken op basis van het Carnot principe en maakt gebruik van een gesloten kringloop om warmte te overdragen van een lage-temperatuurbron naar een hoge-temperatuurbron. De voordelen van deze systemen zijn aantrekkelijk, zoals laag onderhoud, duurzaamheid en efficiëntie. Echter, de beperkingen, zoals de hoge aanschafkosten en afhankelijkheid van isolatie, moeten ook worden overwogen. Voor woningen met een goede isolatie is een all-electric warmtepomp een uitstekende keuze, terwijl het voor slecht geïsoleerde woningen minder geschikt is. De toekomst van warmtepompen lijkt op een shift naar natuurlijke koudemiddelen en meer efficiëntie, wat nog meer duurzaamheid kan bieden.